一種基于主站多源信息的配電網故障定位方法研究

練 寅 王 榮 王昆倫

（貴州電網有限責任公司興義供電局，貴州 興義562400）

隨著配電網的發展，如何提高配電網故障的快速處理與恢復，提高供電可靠性，在配網自動化主站應用方面需要進一步探索和研究。目前，配電自動化主站功能實用化是主要面臨的問題，主站缺少配電網故障監測與饋線自動化的綜合應用，當配電網故障時，變電站自動化饋線保護、配網線路自動化終端（DTU/FTU)、故障指示器、小電流接地選線等現場設備采集各自的量測、故障特征信息上送主站，依靠調控人員人工方式進行故障的排查和處理，導致了故障處理過程復雜、故障定位不夠精確、恢復供電時間較長等問題，影響了用戶的供電可靠性。與此同時，配網主站接入了大量的量測數據，當配網發生故障時，這些接入的數據可提供很多有效的信息用于故障的定位和處理，但目前這些接入的量測數據相對獨立，沒有相應的故障研判方法能夠將這些量測數據組織起來，用于故障的定位和處理，因此有必要開展基于主站多源信息的配網綜合故障判別方法研究與應用。

1 故障定位方法要求

配電網故障定位方法須滿足下列要求：

1.1 為縮小停電范圍和減少停電時間，提高供電可靠性，當故障發生后，故障定位的方法要求盡量簡單快捷，以保證在較短時間內進行故障定位，便于快速隔離故障后恢復供電。

1.2 發生故障時，配電自動化主站接收到的故障信息依賴于安裝在戶外配網線路上的配電終端（FTU、DTU）或故障指示器進行上送，受限于惡劣的戶外環境、天氣等因素影響，終端或故障指示器上送的故障信息易發生畸變，更有甚者，終端或故障指示器與配電主站的通信狀態出現中斷，所以要求故障定位方法具有一定的容錯性，在部分終端或故障指示器通信中斷或接收到畸變信息的情況下仍然確保能實現準確的故障定位。

2 多源信息故障定位模型與算法

配電網多采用開環運行的方式運行，通過饋線上聯絡開關（開口點）的位置狀態變化，可將多電源的配電網劃分為多個獨立的輻射狀網絡，進而對各個網絡運行情況進行逐一分析。當配電網饋線上發生故障時，通過對安裝在戶外配網線路上的配電終端（FTU、DTU）或故障指示器上送至配電主站的故障電流、保護或翻牌等信息進行分析，可以找出發生故障的區域。當配電網發生故障時，總能在兩個開關之間找到故障點，根據電流的連續性，故障點上游區域（即電源側）會流過較大的故障電流，故障點下游區域（聯絡開關側）則不會有故障電流流過，而非故障點上、下游區域有無故障電流流過的情況是保持一致。

2.1 多源信息故障定位模型。建立故障電流矩陣A，記錄故障發生時饋線上配電終端及故障指示器所檢測到的故障電流值。其中Aij 為第i 條饋線上的第j 個配電終端，可為FTU，DTU或故障指示器中的任意一種。當檢測到故障電流時，Aij=1；當未檢測到故障電流時，Aij=0；若第j 個配電終端不存在時，Aij=-1。建立故障信息矩陣B，記錄故障發生時饋線上配電終端及故障指示器所上送至配電主站的故障信息，其中FTU、DTU上送的一般是過流、零序告警，故障指示器上送的是故障翻牌信息。Bij 為第i 條饋線上的第j 個配電終端，可為FTU，DTU或故障指示器中的任意一種。當終端上送故障信息時，Bij=1；當終端未上送故障信息時，Bij=0；若第j 個配電終端不存在時，Bij=-1。建立通信狀態矩陣C，記錄故障發生時饋線上配電終端及故障指示器與配電主站通信狀態信息。Cij 為第i 條饋線上的第j 個配電終端，可為FTU，DTU或故障指示器中的任意一種。當終端通信正常時，Cij=1；當終端通信中斷或第j 個配電終端不存在時，Cij=0。由于配電終端或故障指示器安裝在戶外環境中，容易受惡劣天氣等因素影響，導致其檢測上送的故障電流、故障信息（過流、零序）、翻牌信息可能出現偏差，所以考慮配電主站在能正確接收到多源故障信息的基礎上，建立綜合的故障定位矩陣，對故障進行定位。其中Dij=（Aij+Bij）*Cij，第i 行代表配電網中的第i 條饋線,第j 列代表配電網所有饋線上包含配電終端及故障指示器數量的最大值。

2.2 故障定位流程與算法。通過故障定位矩陣對配電網各饋線上的故障情況進行判斷，故障區間定位的具體流程如下：Step1.根據故障發生時，配電終端（FTU、DTU）、故障指示器所檢測上送至配電主站的故障電流、保護或翻牌等信息，及與配電主站的通信狀態，分別建立故障電流矩陣A、故障信息矩陣B、通信狀態矩陣C。Step2.為提高配電終端（FTU、DTU）、故障指示器所檢測上送的準確性，在配電主站接收到多源故障信息的基礎上，將多源信息進行融合運算，生成故障定位矩陣，其數學表達式為：D=(A+B).*C。Step3.對故障定位矩陣D的每一行進行比較，若該行的元素全為0 或1，則表示該行所對應的饋線上無故障；若該行的元素出現2，則表示該行所對應的饋線上出現故障，且故障定位于最后一個值為2 的元素后端。Step4.重復Setp1～3，遍歷故障定位矩陣所有行。

3 實例分析

圖1 簡單配電網示意圖

如上圖所示，該配電網運行方式為聯絡開關惠實花園1362 開關處斷開狀態，110kV A 變10kVⅠ母帶10kV 金水路線運行，110kVB變10kVⅠ母帶10kV花月線運行。故障分別發生故障指示器10 與惠實花園1362 開關之間，及金水北路1364開關與金水南路1363 開關之間，故障電流矩陣為：

其中第一行代表10kV金水路線，第二行代表10kV花月線，元素1 表示檢測有故障電流，0 表示無故障電流，方向為變電站出線至饋線開口點。

故障信息矩陣為：

元素1 表示有故障信息上送，0 表示無故障信息；

網絡上所有配電終端及故障指示器通信狀態正常，通信狀態矩陣為：

由上述算法可知：D=(A+B).*C

則故障定位矩陣D為：

依據定位判據，每一行故障存在于該行中最后一個元素2 所表示的終端后端，矩陣第一行即10kV金水路線故障發生在第三個終端，即故障指示器10 的后端，矩陣第二行即10kV金水路線故障發生在第四個終端，即金水北路1364 開關后端，此時因為第五個元素為0，則可判斷故障發生在金水北路1364 開關與金水南路1363 開關之間。

4 結論

本文基于地區電網配電自動化主站建設實際情況，充分利用配電自動化主站接入的多源量測信息與故障特征，設計了一種故障定位模型與算法，當配電網發生故障時，可及時準確地定位出故障位置，減少人為因素對故障定位的影響，減輕調控人員的壓力，對提升地區電網配電自動化實用化水平及供電可靠性有積極的推動作用。