基于農(nóng)村配網(wǎng)故障定位的適應(yīng)性分析

梁積儲

摘要：農(nóng)村配網(wǎng)系統(tǒng)故障是當(dāng)前農(nóng)網(wǎng)系統(tǒng)研究的重要話題之一，加快配網(wǎng)故障的快速準(zhǔn)確定位，提高故障查找效率，從而及時地恢復(fù)配網(wǎng)系統(tǒng)供電才能提高配網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行水平。本文重點(diǎn)分析了農(nóng)村配網(wǎng)特點(diǎn)以及故障定位方法，并對不同的定位方式的適應(yīng)性做出了具體分析。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村配網(wǎng);故障定位;適應(yīng)性分析

前言

農(nóng)村配網(wǎng)系統(tǒng)由于自動化水平較低，智能化開關(guān)的普及程度有限，導(dǎo)致故障發(fā)生后無法及時地定位故障，為了解決這一問題，就要選擇全新的故障定位原理與方法，然而，不同的定位方法具有一定的適應(yīng)性，需要深入分析其可適應(yīng)范圍，從而做出合理選擇。

1 農(nóng)村配電網(wǎng)特點(diǎn)分析

配網(wǎng)系統(tǒng)是輸電線路與用戶之間的中間過渡地帶，位于電網(wǎng)系統(tǒng)末端，與用電客戶之間的聯(lián)系最為緊密。配網(wǎng)系統(tǒng)有著相對繁瑣的網(wǎng)架構(gòu)造，其中用戶的類型較多，而且所面臨的環(huán)境也相對復(fù)雜，四周地形變化莫測，交通運(yùn)輸條件也難以確定，最主要的是設(shè)備種類紛繁復(fù)雜，可能造成配網(wǎng)系統(tǒng)頻繁陷入故障狀態(tài)，而且其中的故障點(diǎn)難以定位，影響故障的高效識別。特別城區(qū)配網(wǎng)系統(tǒng)，其用戶群體對于供電質(zhì)量、供電安全性等提出了更高標(biāo)準(zhǔn)，整個配網(wǎng)系統(tǒng)安裝了很多智能開關(guān)、故障指示設(shè)備，這些設(shè)備負(fù)責(zé)配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)督、監(jiān)測，其中的監(jiān)測目標(biāo)為：開關(guān)狀態(tài)、系統(tǒng)故障信號，同時，也能收集來自于自動化主站的操作命令與其他相關(guān)信息，從而達(dá)到對配網(wǎng)設(shè)備、線路等的監(jiān)督、控制與檢測，從而達(dá)到設(shè)備故障的準(zhǔn)確定位與高效隔離，也能促進(jìn)非故障區(qū)域與線路的及時復(fù)電。

與城市對應(yīng)的就是農(nóng)村區(qū)域的配網(wǎng)系統(tǒng)，有著自身的特點(diǎn)，體現(xiàn)為：交通阻塞、環(huán)境復(fù)雜、供電范圍較大、用戶分散等，整個配網(wǎng)系統(tǒng)的自動化程度有限，故障跳閘會造成大面積停電，而且難以準(zhǔn)確界定故障范圍，僅憑借人工巡查的方式來逐步查找，從而出現(xiàn)長時間停電、大面積停電的問題。

對此，必須結(jié)合農(nóng)村配網(wǎng)系統(tǒng)特點(diǎn)與現(xiàn)狀來做好故障定位工作，提高故障定位效率，促進(jìn)快速復(fù)電?？梢粤⒆阌谵r(nóng)村配網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、現(xiàn)狀以及其他特點(diǎn)，自動化設(shè)備的狀態(tài)、故障信號等來做好配網(wǎng)故障定位。其中基于統(tǒng)一矩陣算法的故障定位法具有顯著優(yōu)勢。

2 基于統(tǒng)一矩陣算法的配網(wǎng)故障定位原理

當(dāng)配網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，此故障上方的一切開關(guān)都將有故障電流流過，剩下的支線開關(guān)與位于故障區(qū)下級的開關(guān)則依然處于完好狀態(tài)，不會遭受故障電流的干擾，所以，此時就能憑借最后一個流經(jīng)故障電流的開關(guān)來判斷出故障影響的最小范圍。下圖1為配網(wǎng)系統(tǒng)電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖：

上圖中圓的黑點(diǎn)------自動化開關(guān)，開關(guān)1與電源相連，如果在開關(guān)2和3中間出現(xiàn)故障，意味著前方的開關(guān)1、開關(guān)2都將有故障電流流經(jīng)，相反，位于開關(guān)3后方的其他開關(guān)，包括開關(guān)3則處于完好狀態(tài)，沒有故障電流流過。常規(guī)模式下，系統(tǒng)能聚集一切開關(guān)繼保信息以后獲得開關(guān)2后方各工段的故障，基于此條件來分析故障定位法，其中規(guī)定：有故障電流流過的開關(guān)，其狀態(tài)設(shè)置為1，相反，則為0，對應(yīng)能得出開關(guān)狀態(tài)的矩陣，從中發(fā)現(xiàn)開關(guān)中存在故障信號時，矩陣中的對角線元素則呈現(xiàn)為“1”，無故障信號的區(qū)域則都呈現(xiàn)為0，而且，也能得出不同開關(guān)之間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系拓?fù)渚仃?，此時，可以將這兩個矩陣相乘，從而獲得故障信息的矩陣，所形成的新的矩陣雖然內(nèi)涵故障信號，然而，無法直接清晰地呈現(xiàn)出來，必須做出特殊處理，此時則應(yīng)按位實(shí)施異或運(yùn)算，從而得到能夠用來判斷分析故障的全新矩陣。

事實(shí)證明，上述方法能夠準(zhǔn)確高效地定位故障點(diǎn)，從而節(jié)省故障定位時間，也能輔助其他各個位置出現(xiàn)故障時的故障診斷。

3 統(tǒng)一矩陣算法的故障定位分析

統(tǒng)一矩陣算法的故障定位法能夠依托于當(dāng)前的農(nóng)村配電網(wǎng)自動化開關(guān)、故障指示器等的保護(hù)數(shù)據(jù)、單線圖開關(guān)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系等來更為直觀、清楚地鎖定故障位置，其優(yōu)勢體現(xiàn)在：節(jié)省投資、高效快速定位，定位精準(zhǔn)等，然而，必須關(guān)注以下幾大方面：

3.1 適用范圍有限

以上所討論的故障定位方法有一個前提條件，那就是要求故障點(diǎn)上級、下級開關(guān)的繼保動作信息搭建起一個故障信息矩陣，一般適合于配設(shè)了故障指示器、以及基于FTU技術(shù)的智能化開關(guān)，一些農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)，如果未能實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)智能化升級，沒有配設(shè)故障指示器等則不適應(yīng)此方法，會影響故障定位精度。

3.2 需GIS單線功能圖輔助

基于統(tǒng)一矩陣算法的故障定位分析法必須要在GIS單線圖的基礎(chǔ)上來構(gòu)建開關(guān)聯(lián)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，因為配網(wǎng)系統(tǒng)和各個用戶直接聯(lián)系起來，必須及時參照用戶的需求來拓展網(wǎng)架，對此，配網(wǎng)的網(wǎng)架構(gòu)造則較為復(fù)雜、繁瑣，假設(shè)開關(guān)聯(lián)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖無法和配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)保持一致，則可能影響所得到的故障定位結(jié)果準(zhǔn)確度。

3.3 運(yùn)算效率難以確定

由于配網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)置了各類開關(guān)，開關(guān)數(shù)量也十分龐大，選擇此方法最大的問題就是可能造成矩陣維數(shù)較大，從而影響運(yùn)算效率，難以達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。

4 高效定位故障的途徑與方法

4.1 加快智能化改造

因為農(nóng)村配網(wǎng)系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)就是自動化程度有限，從而阻礙了各種現(xiàn)代科技在故障快速定位中的應(yīng)用，要想達(dá)到快速、高效的故障定位的標(biāo)準(zhǔn)，則需先對農(nóng)村配網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)施智能化改造，特別是要安裝智能化開關(guān)，以及做好故障指示器的布點(diǎn)，保證擁有充足的故障信息數(shù)據(jù)能輔助計算，從而提高故障定位效率。統(tǒng)一矩陣算法位數(shù)和線路的智能開關(guān)數(shù)量以及故障指示器的布設(shè)等密切相關(guān)，對此，必須積極地降低維數(shù)，提高計算效率。

4.2 接入分布式電源分析單相接地故障

傳統(tǒng)的分布式電源多選擇普通旋轉(zhuǎn)式，所傳出的故障電流與次暫態(tài)電式、電抗等相關(guān)，卻弱化了電源的出力與控制策略。對此可以選擇逆變型分布式電源，用于故障的深入分析，因為其故障特征和電源的控制策略緊密相連，同時，也對故障分析模型加以優(yōu)化，使其等效為一個壓控電流源模型分析，主要通過正序、負(fù)序、零序構(gòu)成復(fù)合序網(wǎng)，深層次剖析含分布式接入的配網(wǎng)單相接地故障特點(diǎn)。下圖2為含分布式電源的配網(wǎng)復(fù)合序圖：

Es---系統(tǒng)電源，Zs---等值阻抗，ZL1----PCC上游線路等值阻抗，Z∑0----零模阻抗，Zf-----故障電阻

經(jīng)過比較接入分布式電源與未接入分布式電源的復(fù)合序網(wǎng)，與對應(yīng)的公式，根據(jù)上面的公式（1），（2）能判斷出：因為DG接入導(dǎo)致正序網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆兴淖?，從而對正序電流帶來很大干擾，公共連接點(diǎn)的上游正序電流發(fā)生變化，會很大程度減少，相反，位于連接點(diǎn)下游的正序電流則呈現(xiàn)顯著的遞增趨勢，更重要的是上游正序電流減小的程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出下游電流上升的程度。在零序分量方面，由于受到分布式電源等值模型的影響，PCC點(diǎn)上游、下游等的零序電流則沒有太大的浮動，和接入以后的下游正序電流大致相當(dāng)。

所以，如果某一個分布式電源同配網(wǎng)系統(tǒng)連接，意味著只是局部調(diào)整了系統(tǒng)正序網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，不會對零序電網(wǎng)帶來太大的干擾，也就是說分布式電源的接入不會對暫態(tài)零序電流帶來太大的干擾和影響，也就是有源配網(wǎng)零序電流實(shí)際的分布狀態(tài)和以往的配網(wǎng)沒有什么差別。依然可以采用傳統(tǒng)的基于零序電流的暫態(tài)定位分析法。

分布式電源接入后的故障定位方法也十分明確，如果配網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)小電流接地故障，位于故障點(diǎn)一側(cè)的相鄰的兩大監(jiān)測點(diǎn)，其暫態(tài)零序電流近似熵大致相同，位于故障點(diǎn)兩側(cè)的兩大監(jiān)測點(diǎn)，他們的暫態(tài)零序電流的近似熵也沒有太大的不同，以近似熵理論作為參照標(biāo)準(zhǔn)，自出線口向符合側(cè)逐層判斷相鄰監(jiān)測點(diǎn)近似熵值是否存在較大不同，從中就能對比出故障區(qū)域。

通過對比接入分布式電源與不接入分布式電源的小電流接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時暫態(tài)電流的分量分布情況，最終得出：分布式電源的連接將對正序電流帶來很大的影響，相反，對于零序電流則沒有太大影響，因此，傳統(tǒng)的基于零序電流定位方法對于此研究依然可以被應(yīng)用。

5 結(jié)語

農(nóng)村配網(wǎng)系統(tǒng)由于自動化水平相對落后，導(dǎo)致配網(wǎng)故障識別難度較大，所以，必須要加大對農(nóng)村配網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)與改造力度，提高其自動化水平，無論選擇哪種方法都要努力提高其故障定位精度，控制故障查找時間，從而確保配網(wǎng)故障定位的可靠性、安全性，應(yīng)加大對自動化開關(guān)、智能化開關(guān)的普及力度，提高故障指示器等的自動化指示水平，以此來為故障的查找、運(yùn)維等提供科學(xué)的參考。

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