基于矩陣算法的故障定位應(yīng)用研究

海日汗　薛亞平

摘 要：本課題給出了目前常用配電網(wǎng)故障定位技術(shù)，并分析出其存在的局限性，然后建立了故障信息的特征矩陣，最后給出矩陣算法的故障定位方法，并在基礎(chǔ)上利用接地測(cè)試驗(yàn)證該方法的合理性，確保故障能夠快速定位，大大提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：矩陣算法 配電網(wǎng) 故障定位 接地測(cè)試

中圖分類號(hào)：F407.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）09（c）-0044-02

配電系統(tǒng)直接服務(wù)的對(duì)象為廣大的人民群眾，其覆蓋面積涉及到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域和生活中，擔(dān)負(fù)了重大的供電責(zé)任，深深影響著人們生活水平和物質(zhì)追求。配電自動(dòng)化系統(tǒng)（SCADA/DMS）結(jié)合了當(dāng)前發(fā)達(dá)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及先進(jìn)的現(xiàn)代電力電子技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作控制。但是在國內(nèi)，依然有很多供電單位使用人工排查故障的方法，其效率不僅僅十分低下，而且也很容易出現(xiàn)遺漏，無法正在的跟上時(shí)代進(jìn)步的步伐。因此，研究配電網(wǎng)故障檢測(cè)定位技術(shù)具有深遠(yuǎn)的意義。

本課題主要采用的配電網(wǎng)故障定位的算法是根據(jù)矩陣算法的原理。基于矩陣算法的故障定位法主要利用系統(tǒng)中的判據(jù)對(duì)采集到的電氣量信息組成含有非故障和故障信息的特征矩陣進(jìn)行分析和研究，從而實(shí)現(xiàn)故障定位。當(dāng)故障位置確定后，主站將會(huì)下達(dá)指令給故障檢測(cè)定位終端，并通過線路保護(hù)拉開分段器中分段開關(guān)實(shí)現(xiàn)故障隔離的目的，確保電網(wǎng)能夠安全運(yùn)行。

1 常用10kV故障定位策略

在當(dāng)前，我國10kV故障定位策略主要集中在非自動(dòng)化技術(shù)型的故障定位技術(shù)和基于配網(wǎng)自動(dòng)化的故障定位技術(shù)兩方面上。

1.1 非自動(dòng)化技術(shù)型的故障定位技術(shù)

（1）阻抗法適用于低阻故障定位，不利于測(cè)量高阻故障。實(shí)際應(yīng)用中線路往往分支過多，負(fù)荷程度相對(duì)較高，在實(shí)際測(cè)量和計(jì)算過程中其偏差往往也偏大。

（2）行波法一般有4種，適用于高阻故障定位、低阻故障定位、斷線故障定位及故障電纜全長測(cè)量法。故障電纜全長測(cè)量法需通過檢測(cè)線路兩端進(jìn)行故障定位，其市場(chǎng)應(yīng)用范圍較窄。

1.2 基于配網(wǎng)自動(dòng)化的故障定位技術(shù)

基于配網(wǎng)自動(dòng)化的故障定位法通常分為3種，其分別是基于FTU的故障定位法、基于分段器和重合器的故障定位、基于故障指示器的故障定位法。其中基于FTU的故障定位法是利用快速方便的通訊功能和故障檢測(cè)能力時(shí)實(shí)現(xiàn)故障的隔離以及網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，能夠大大減少開關(guān)的操作次數(shù)，提高了配電網(wǎng)的自動(dòng)化水平。基于分段器與重合器的故障定位技術(shù)主要是通過結(jié)合分段器與重合器的基本特點(diǎn)，同時(shí)降低其動(dòng)作頻率及時(shí)間的技術(shù)。基于故障指示器是當(dāng)配電系統(tǒng)電流出現(xiàn)異常，流過故障指示器的電流也會(huì)出現(xiàn)異常，發(fā)出紅色報(bào)警，配電網(wǎng)檢修人員可以按照故障指示器指示，快速對(duì)故障進(jìn)行定位。

2 故障信息特征矩陣的構(gòu)建

本研究的故障信息特征矩陣主要依據(jù)線路斷路器、二次設(shè)備采集信息為參考參考點(diǎn)，并規(guī)定相關(guān)信息參考方向?yàn)槟妇€側(cè)指向線路側(cè)，同時(shí)應(yīng)符合如下特點(diǎn)。

（1）如果參考點(diǎn)a小于和等于參考點(diǎn)b時(shí)，同時(shí)兩個(gè)參考點(diǎn)無分支的情況下，dab等于0。

（2）如果參考點(diǎn)a小于參考點(diǎn)b時(shí)，且兩個(gè)參考點(diǎn)存在分支時(shí)，且方向一致，則dab等于1。

（3）如果參考點(diǎn)a小于參考點(diǎn)b時(shí)，且兩個(gè)參考點(diǎn)存在分支時(shí)，且方向不一致，則dab等于-1。

圖1為配網(wǎng)參考點(diǎn)示意圖。從圖中可以看出，參考點(diǎn)1和2、參考點(diǎn)1和3、參考點(diǎn)2和4、參考點(diǎn)3和5之間存在分支，滿足上述的條件（b），參考點(diǎn)2和3之間存在分支，滿足上述的條件（c），其余參考點(diǎn)之間無分支，滿足上述條件（a），根據(jù)上述分析得出特征矩陣如公式（1）所示。

（1）

3 基于矩陣算法的故障定位

基于矩陣算法的故障定位法主要利用系統(tǒng)中的判據(jù)對(duì)采集到的電氣量信息組成含有非故障和故障信息的特征矩陣進(jìn)行分析和研究，從而實(shí)現(xiàn)故障定位。當(dāng)故障位置確定后，主站將會(huì)下達(dá)指令給故障檢測(cè)定位終端，并通過線路保護(hù)拉開分段器中分段開關(guān)實(shí)現(xiàn)故障隔離的目的，確保電網(wǎng)能夠安全運(yùn)行。

矩陣算法在構(gòu)建完成后，基于矩陣算法的故障定位法的工作流程如下。

首先，將故障區(qū)段進(jìn)行標(biāo)注，分析故障區(qū)段中的線路特點(diǎn)。

其次，利用如下計(jì)算公式獲取故障區(qū)段中各個(gè)區(qū)域的的故障測(cè)度

（2）

式中，Pab表示矩陣P中的某一元素；

mab表示某一區(qū)段的故障測(cè)度；

Mn表示故障測(cè)度總和。

最后，結(jié)合上述兩點(diǎn)，建立含有故障特性與非故障特性構(gòu)建的特征矩陣，其中故障測(cè)度為正數(shù)時(shí)，確定該區(qū)域?yàn)楣收宵c(diǎn)。同時(shí)故障測(cè)度為0和負(fù)數(shù)時(shí)，該區(qū)域不是故障發(fā)生區(qū)域。

4 接地測(cè)試

首先為了能夠保證測(cè)量的安全，本課題采用了電阻接地，其接地電阻值為0.5～1kΩ之間，接地電流不高于5A，零序電壓沖擊程度不高。若測(cè)試完畢后，符合金屬接地的實(shí)驗(yàn)要求，拆除接地電阻，進(jìn)行金屬接地試驗(yàn)。其金屬接地操作流程如下。

首先選擇線路末端易操作的一點(diǎn)處作為試驗(yàn)點(diǎn)；其次在確保安全的前提下，電流表串聯(lián)接入線路中的一相，并實(shí)現(xiàn)接地；然后開啟電能質(zhì)量分析器，并合上隔離開關(guān)和斷路器，接地持續(xù)3s后拉開斷路器；最后記錄測(cè)量結(jié)果并分析。

測(cè)試中發(fā)現(xiàn)零序電流的計(jì)算值與測(cè)量值無區(qū)別，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，零序電流的測(cè)量值與合成值均發(fā)生明顯的變化，而且哪一相位接地，相對(duì)應(yīng)電壓相位角都會(huì)上上升到90°，從而得出該相位出現(xiàn)故障。

5 結(jié)語

本文首先介紹了當(dāng)前我國故障定位策略的研究現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上提出一種基于矩陣算法的故障定位策略進(jìn)行故障定位，并利用接地測(cè)試驗(yàn)證了該方法能夠快速的檢測(cè)出系統(tǒng)故障并判別故障類型，大大的加強(qiáng)了電網(wǎng)的安全運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 張釗.配電網(wǎng)故障定位的通用矩陣算法[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2010，25（5）：40-43.

[2] 鄧松.智能電網(wǎng)進(jìn)展及發(fā)展要求[J].中國西部科技，2009，8（34）：18-19.