智能配電網故障定位探討

張慶明

(廣東電網公司惠州博羅供電局，廣東 惠州 516100)

智能配電網故障定位探討

張慶明

(廣東電網公司惠州博羅供電局，廣東 惠州 516100)

配電網作為電力系統最薄弱的環節之一，及時準確地對其進行故障定位一直是電力工作者研究的重要課題。智能配電網處于研究與實際應用的初期，對適應其自身特點的故障定位技術也應該展開研究。現介紹了智能配電網的特點與意義，指出了中性點接地方式對故障定位的影響，總結了智能配電網故障定位的一般步驟和方法，為實踐中的故障排查提供了理論依據。

智能配電網；故障定位；行波法；神經網絡法

0 引言

電能質量是電力系統的重要評判標準，也是國內外供電公司共同追求的目標。而配電網一直是電網的薄弱環節，是用戶停電事故頻發的環節，而且由于配電網一般為中低壓，同時中性點采用小電流接地方式，導致故障信號微弱而難以識別，因此為故障定位造成困難。尤其是配電網線路發生單相接地故障時，故障信號很容易被淹沒而難以察覺，在系統運行1～2 h后造成停電事故，甚至使得絕緣擊穿、設備損壞。再者，隨著智能電網的發展，更是接入了分布式電源，故障電流特性隨之改變，因此必須根據故障電流信息來改善故障定位方法，保證故障定位策略有效實施。

配電線路發生故障后，電力系統傳統的巡線法將耗費大量的人力、物力，且毫無章法可循，將大大增長停電時間，擴大停電面積，造成難以估計的生產經濟損失。傳統的離線診斷方法無法滿足電力用戶的供電要求，在線選線及在線定位方法已經成為國內外故障診斷研究的主流方向。

1 智能配電網的特點與意義

智能配電網除了起到分配電能的作用，還包含大量的技術創新，包括高級量測體系，非電/磁的現代傳感測量技術、數據通信網絡的數據傳輸與量測技術、“即插即用”的并網方式、微電網技術、基于柔性交流輸電的電能質量改善技術。電網信息雙向流動的信息通信構架是智能電網的重點所在，實現供需互動，統一化智能處理，達到電網安全可靠、用戶參與、及時修復故障、新能源接入、配電管理可視化與信息化的目的。

隨著電力用戶的增加，我國電網的裝機容量也與日俱增，但是電力輸送量越大，系統就越難維持穩定運行。而且，可持續發展政策也要求電力工業朝著經濟、安全、環保的方向發展，新能源隨之得到大力發展，這就推動了智能配電網的發展。智能配電網能夠靈活地調整電力的供應與需求，提高系統的供電可靠性與電能質量。隨著信息技術與傳感技術的應用，先進管理方式的融入，智能配電網更加靈活、高效、優質與可靠。

2 中性點接地方式對故障定位的影響

2.1 中性點不接地系統

中性點不接地系統是指系統的中性點經容抗后接地，故零序阻抗為容性，故障點接地電流的大小、相位主要取決于系統對地分布電容。當出現瞬時性故障后，對地電容電流較小，電弧會自動熄滅，配電網可正常運行，但出現單相接地故障后，故障電流約為正常運行時的3倍，線路的長度會影響其對地電容，影響對故障定位的判定。

2.2 中性點經消弧線圈接地系統

由于中性點不接地系統在單相接地故障時故障電流較大，容易產生過電壓現象，并且故障點的電弧無法自行熄滅，故在中性點中接入消弧線圈，可以使得故障電弧熄滅。但消弧線圈的接入如果其容量與電容電流大小不匹配，并不能對故障電流進行有效遏制，對故障定位也有一定影響，大容量的消弧線圈占地面積大，成本較高。

2.3 中性點直接接地系統

中性點直接接地系統也稱為大電流接地系統，中性點電壓固定為地電壓，當出現單相接地故障時，相電壓不會升高，降低了線路絕緣要求。中性點直接接地系統一般應用于110 kV以上的系統，電壓等級較高，這種接地方式可以避免故障后電壓升高而造成絕緣損壞。單相接地故障電流一般較大，分析故障電流行波可以進行故障定位。

2.4 中性點經高阻接地系統

中性點經高阻接地即在中性點上串接電阻，故障時可通過檢測電阻上電壓的大小來進行跳閘或告警等。流經故障點的電流為中性點電流和所有對地電容電流之和，利用此特點可以粗略確定故障區域。

3 智能配電網故障定位的一般步驟

(1) 故障定位的第一步是要對故障類型進行判斷，可以通過觀察零序和負序電流來判斷是單相接地故障還是相間短路、兩相接地故障。

(2) 單相接地故障是電力系統中最常見的故障，可以使用三相電流的小波能量熵的和確定故障相，其故障相的小波能量熵的和最大；相間接地故障的非故障相的小波能量熵的和最小；兩相接地故障中也是非故障相的小波能量熵的和最小。

(3) 當故障類型和故障相確定之后要先對故障區段進行定位，一般是通過對節點逐級關斷或開啟來確定本級或上一級是否存在短路故障。

(4) 故障的精確定位是在故障區段定位的基礎上進一步精確確定位置的過程。表1列舉了判斷配電線路在發生各種不同故障時的預定位與精確定位的一般方法。

表1 配電線路故障定位方法

4 智能配電網故障定位方法

4.1 行波法

行波法故障測距發展已經比較成熟，對不同類型的網絡結構和故障類型又分為A～F型行波法。其中A型行波即利用波的反射原理，測量注入行波和接收到的反射波之間的時間大小，來估算故障位置；B型和D型行波是采用雙端檢測，當故障發生時，初始行波波頭向兩端傳播，通過記錄到達時刻來確定故障位置；C型行波是對故障回路注入特定的脈沖信號，記錄信號在故障回路來回反射的時間，通過對多次反射時刻的記錄來較精確地確定故障位置；E型和F型行波測量的是本端重合閘裝置的動作，包括合閘動作和分閘動作、產生行波以及接收反射波的時刻，準確度較高，成本較大。為了提高行波法故障定位的精度，一般采用行波法確定故障區段，交流定位法確定故障點的位置。圖1為行波法和交流綜合定位法流程圖。

圖1 行波法和交流綜合定位法流程圖

4.2 神經網絡法

神經網絡應用時間較短，屬于一種新型故障定位方法。通過分布式并行信息處理，對采集到的各項電氣量進行分析，確定故障位置。首先需要建立模型，并用實際系統的參數進行模擬計算，得到訓練樣本和測試樣本，讓神經網絡進行學習、記憶，最終用于實際系統運行檢測。由于神經網絡要先學習才能工作，需要大量的訓練和測試樣本，如果改變電網運行方式，則需重新訓練，工作量較大。對于運行方式變化不大，且配有饋線終端裝置(FTU)的配電網可以準確地判斷故障位置。

5 結語

電力系統中不時出現各類故障，智能配電網中包含多種科技含量高、性能好的二次檢測裝置，可以方便地獲得各類故障數據，進行故障定位。故障定位耗時少、定位精確能讓電力企業更及時地排除故障、恢復供電，將經濟損失降到最低。

[1] 朱菲菲.智能配電網故障定位研究[D].揚州大學，2012

[2] 楊炎龍.配電網故障定位研究[D].華南理工大學，2013

[3] 張俊嶺，尹東升，徐旺杰.配電網故障定位方法及其發展趨勢[J].山西電力，2014(1)

2014-09-04

張慶明(1977—)，男，廣東惠州人，工程師，研究方向：電力工程。