農(nóng)村配電網(wǎng)故障定位適應(yīng)性研究

摘 要：配網(wǎng)故障是影響用戶用電體驗(yàn)的重要因素，如何提高配網(wǎng)故障定位效率，降低配網(wǎng)故障影響范圍，是未來配網(wǎng)發(fā)展的方向?，F(xiàn)結(jié)合農(nóng)村配電網(wǎng)運(yùn)行情況，提出了基于自動化設(shè)備的配網(wǎng)故障定位技術(shù)，分析了該技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)方法，為農(nóng)村配電網(wǎng)的故障定位提供了參考。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)故障;故障定位;供電可靠性;矩陣算法

0 引言

配電網(wǎng)作為連接輸電網(wǎng)和用戶的橋梁，是電網(wǎng)中直接面對用戶的末端電網(wǎng)。

配電網(wǎng)具有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、用戶種類多、周圍地形多樣、設(shè)備類型繁多的特點(diǎn)，導(dǎo)致配電網(wǎng)故障發(fā)生概率大，且難以確定故障發(fā)生點(diǎn)。

對于城市配電網(wǎng)或城鎮(zhèn)配電網(wǎng)，因用戶對供電可靠性要求高，配電網(wǎng)配備了較多的智能型開關(guān)或故障指示器，可實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測，包括監(jiān)測開關(guān)狀態(tài)、故障信息，并接收自動化主站下發(fā)的操作信息，對配網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管和控制，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障定位、隔離和非故障線路的快速復(fù)電[1-3]。農(nóng)村地區(qū)配電網(wǎng)因線路通道、周邊環(huán)境、供電范圍、用戶供電可靠性需求等問題，自動化程度偏低，故障跳閘停電范圍大，故障范圍難以確定，只能依靠人工逐一查找確認(rèn)，導(dǎo)致故障停電時間長、影響范圍廣。

如何提高農(nóng)村配電網(wǎng)故障定位效率，提升復(fù)電效率，是本文的研究重點(diǎn)。

本文從農(nóng)村配電網(wǎng)現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、自動化設(shè)備裝備情況、故障信息等因素，提出了基于統(tǒng)一矩陣算法的故障定位方法。

1 基于統(tǒng)一矩陣算法的配網(wǎng)故障定位原理

若配網(wǎng)發(fā)生故障，則該故障所有的上一級開關(guān)均流過故障電流，其余支線開關(guān)或故障下一級開關(guān)均未流過故障電流，可以通過最后一個流過故障電流的開關(guān)，確定故障影響的最小范圍。

圖1為某個配電網(wǎng)電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，圓黑點(diǎn)為自動化開關(guān)，開關(guān)1連接電源。假如在開關(guān)2、3之間發(fā)生故障，則開關(guān)1、2都流過故障電流，而其余開關(guān)未有故障電流。在正常情況下，系統(tǒng)集合所有開關(guān)繼保信息后得出開關(guān)2后段有故障。以此為條件說明本文的故障定位方法，規(guī)定流過故障電流的開關(guān)狀態(tài)為1，反之為0，則開關(guān)狀態(tài)的矩陣D為：

D=100000 010000000000000000000000000000（1）

其中，開關(guān)有故障信息，則矩陣D對角線元素為1，其余為0。同時，各開關(guān)之間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系拓?fù)渚仃嘒為：

G=100000 101010010100001000010001000010（2）

所以，將開關(guān)聯(lián)絡(luò)矩陣G和開關(guān)狀態(tài)矩陣D相乘，得到故障信息的矩陣P：

P=G×D=100000 100000000000000000000000000000（3）

其中，矩陣P包含有故障信息，但是還不能直觀展示，需要進(jìn)行處理，將矩陣P及其轉(zhuǎn)置矩陣按位進(jìn)行異或運(yùn)算[4]，得到故障判定矩陣P：

P=P？茌PT=000000 001000010000000000000000000000（4）

根據(jù)式（4）可以看出，只有開關(guān)2、3之間的區(qū)段有故障信息，得知故障點(diǎn)在開關(guān)2、3之間。通過此方法，可以得到準(zhǔn)確的故障位置。假定其他位置發(fā)生故障，可得到同樣的結(jié)果。

2 統(tǒng)一矩陣算法的故障定位分析

本文提出故障定位方法，可以利用現(xiàn)有農(nóng)村配電網(wǎng)自動化開關(guān)或故障指示器的保護(hù)信息、單線圖開關(guān)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，直接定位故障，具有不增加投資，定位快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，但是需要注意以下幾點(diǎn)：

第一，本文故障定位方法需要故障點(diǎn)上、下級開關(guān)的繼保動作信息構(gòu)建故障信息矩陣，能滿足該條件的目前有故障指示器或基于FTU技術(shù)的智能開關(guān)。對于尚未開展配電網(wǎng)智能化改造、未安裝故障指示器或者故障指示器安裝不足的農(nóng)村線路，該方法故障定位精度難以滿足要求。

第二，該方法需要借助GIS單線圖功能構(gòu)建開關(guān)聯(lián)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系。配電網(wǎng)是直接與用戶聯(lián)系的電網(wǎng)，經(jīng)常需要根據(jù)用戶需求擴(kuò)展網(wǎng)架，所以配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變化較為頻繁，如果開關(guān)聯(lián)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖未能同步配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，會導(dǎo)致得到的結(jié)果與實(shí)際不符。

第三，配電網(wǎng)開關(guān)數(shù)量較多，采用該方法可能導(dǎo)致矩陣維數(shù)巨大，造成運(yùn)算效率低下，無法滿足要求。

3 提高故障定位效率的方法

基于農(nóng)村線路自動化程度較低的現(xiàn)狀，為滿足故障快速定位需求，應(yīng)優(yōu)先開展智能開關(guān)改造工程，或者開展故障指示器布點(diǎn)工作，確保有足夠的故障信息量作為計算依據(jù)。

統(tǒng)一矩陣算法維數(shù)與線路的智能開關(guān)、故障指示器數(shù)量有關(guān)，所以如何降低維數(shù)，提升計算效率成為關(guān)鍵。本文提出的按智能開關(guān)為界，將配電網(wǎng)分為多個小電網(wǎng)，分別利用統(tǒng)一矩陣算法開展故障定位工作。

圖2為某個配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分圖，白色圓為智能開關(guān)，黑色圓為故障指示器，以智能開關(guān)為界劃分區(qū)域，可劃分成3個區(qū)域，區(qū)域A包含設(shè)備1、2、3、7、8、9、10，區(qū)域B包含設(shè)備4、5、6、12，區(qū)域C包含設(shè)備10、11。當(dāng)開關(guān)3和故障指示器4之間有故障時，開關(guān)1、3有繼保信息，故障指示器2有信息，故障指示器4、5、6沒有信息，所以系統(tǒng)只根據(jù)區(qū)域B的設(shè)備數(shù)量開展故障定位計算，以降低計算維度，提升運(yùn)算速度。

4 結(jié)語

農(nóng)村配電網(wǎng)建設(shè)相對滯后，故障率相對較高，故障范圍較大，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，采取何種手段提供精度較高的故障定位，減少故障查找時間，提高農(nóng)村配電網(wǎng)供電可靠性，是值得研究的問題。利用農(nóng)村配電網(wǎng)現(xiàn)有的自動化開關(guān)、故障指示器等自動化設(shè)備、電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及統(tǒng)一矩陣算法可實(shí)現(xiàn)故障定位，為線路運(yùn)維人員查找故障提供參考。同時，加快農(nóng)村配電網(wǎng)自動化改造是農(nóng)村配電網(wǎng)的發(fā)展方向，也是配網(wǎng)自動化建設(shè)的重要內(nèi)容。

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收稿日期：2019-12-30

作者簡介：何桂麟（1992—），男，廣東清遠(yuǎn)人，助理工程師，研究方向：配網(wǎng)運(yùn)行、配網(wǎng)自動化。