智能配電網故障快速識別及處置方法

楊瓅，徐明，冉懋海

（重慶電力高等專科學校，重慶 400053）

1 智能配電網故障快速識別與定位

1.1 故障識別定位方法

1.1.1 不同FTU 間故障判斷方法

此方法正方向指由變電站至線路末端，變電站側為上游，線路末端則為下游，同時也是下游正方向故障電流具體流向。此次研究將此方向設置為1，反向故障電流流向則為-1。在分析節點電流定律的基礎上，母線故障電流和母線流出故障電流保持一致，經過判斷以后得出圖1。

圖1 不同FTU 間的故障判斷示意圖

由圖1 可見，如果故障發生在1 號、2 號FTU 之間，故障電流I2、Is都是流入節點，I1、I3則是流出節點，I4、I5是流入節點。所以I2、Is是正方向1，I1、I3是負方向-1。如果FTU 裝置有故障點，故障點范圍處于父子節點間電流方是1、-1FTU 裝置之間，進而可以識別以及判斷出故障存在于父子節點最后電流方向是1 的FTU 裝置和下一個FTU 裝置間。

1.1.2 不同節點間的故障識別判斷方法

為了更加準確地識別及判斷不同節點間故障，可根據圖2 內容做出相應判斷。Is、I3均為流入節點，I1是流出節點，進而得出結果：

圖2 不同節點間故障判斷示意圖

由圖2 可知，如果故障點處于節點1、4間，I2、I1=I2+Is+I3。Is所處方向是1，其他則是-1。如果故障電流流入故障發生地的時候故障點處于不同的兩個節點之間，那么這時候節點、父節點、子節點間故障電流所處方面均為-1，由此可知，故障點發生于上游最后一個電流方向是1 的FTU 裝置線路端節點和兄弟節點間。

1.2 故障識別定位方法的驗證

1.2.1 網絡描述矩陣

網絡結構中上游、下游均設置了不同的FTU 裝置，其中上游裝置設計成i，下游則是j，i＜j。借助網絡描述矩陣元素，如果兩裝置間有饋線，進而得出結果dij=1，dii=0，dji=0。

1.2.2 故障信息矩陣

在故障信息矩陣G，gi元素指如果故障電流流向FTU 裝置i 和假設正方向一致的時候，gi=1；如果故障電流流向FTU 裝置i 和假設正方向不一致的時候，gi=-1；如果沒有出現故障電流或者電流方向沒有明確的時候，gi=0。所以得出故障信息矩陣：

1.2.3 故障判斷矩陣

如果從原理視角分析FTU 設備間故障的識別與定位便可以看出，由父節點、子節點間最后一個電流方向是1FTU 設備與下一個FTU 設備間進行識別的。此條件中，如果gi=1，dij=1具備唯一性，同時gj=-1，進而識別出FTU 設備間存在故障點。識別節點間故障時，借助上游最后一個電流方向是1FTU 設備饋線末端節點和兄弟節點間進行識別。此條件中，如果gi=1，dij=1不具備唯一性，所有gj=-1，進而準確識別節點間故障。如果以上情況至少有一種條件是能夠得到滿足的時候，此時，pi=1這里所提及的pi代表的是故障判斷矩陣元素；如果均無法滿足的時候，pi=0。這時候如果gi=1，dij=1出現了不唯一現象時，d12、d15都為1，g2、g5都為-1，進而得出故障判斷矩陣：

1.3 故障識別定位方法與注意事項

1.3.1 故障識別定位思路

在對故障識別以及定位之前，需要將具體的思路進一步明確。通常情況下，可以由故障判斷矩陣準確地找到元素為1 的pi，i 便是相應的FTU 設備的序號。如果結合以上情況對故障類型進行識別與判斷，進而判斷其為FTU 設備間故障，或者是節點間故障。故障在節點間發生的，所以故障點位置在1 號FTU 線路尾端，或節點5 和周邊節點間。如果網絡描述矩陣以及故障信息矩陣處于已知狀態下，進而形成故障判斷矩陣。結合已經得出的具體判定原理、條件，首先需要對gi、dij數值進行準確判斷，進而進行ki、yi計數操作，對其是不是滿足相關條件進行判定，在此基礎上將判定矩陣元素pi、ki數值輸出。如果pi=1，代表第i 號設備周圍區域內出現了故障點，以ki數值為重要的依據，對具體的故障區域進一步識別。

1.3.2 注意事項

在對配電網故障識別定位的時候，儲能裝置是非常關鍵的方法。此方法實施過程中要對諸多層面、諸多環節、諸多問題綜合考慮，由于涉及的分支較多，所以故障發生的點較為復雜，并且最明顯的特點便是故障復雜且多、末梢故障、環網運行等。所以，在故障發生后，要以描述矩陣、故障信息矩陣有效結合，進而對故障矩陣進行判斷，根據故障判定矩陣中確定數值是1 的元素處于整個拓撲圖具體位置，最終將故障點所處部位快速識別及定位。

2 智能配電網故障快速處置方法

2.1 智能配電網分段開關配置的不斷優化

在智能配電網故障的處置過程中，分段開關的配置非常重要。為了能夠促進分段開關配置達到較好的優化效果，就要對智能配電網電路特點、出線和線路特點充分考慮，緊密結合，在將分段開關結構配置進一步明確的基礎上進行不斷優化。此次研究使用的是電壓時間型自動分段器，重點考量的是配電網失壓以后可達到自動分合閘的目的，并且運行模式為兩種，第一種為配電網故障發生的時候，智能變電站出線端重合器會開閘，借助自動分段器對配電網失壓情況進行檢測，采用無延時跳閘方法。第二種配電網智能變電站出線端重合器重合延時，此類型自動分段器會結合提前預設好的時延參數，由最近自動分段器自動合閘。若分段器合閘處于配電網故障區域內，重合器便可以對配電網故障電流檢測，進而完成二次分閘。故障區段上游，相鄰分段器會因為合閘以后出現時間差，借助失壓跳閘、閉鎖檢測的方法將故障隔離。如果配電網變電站出線、分支線開關采用的是重合器，其他配電網線路、用戶分界開關采用分段器。分段器運用負荷開關，同時進行兩級極差保護，重合器、分段器跳閘延時時間是0s。所以，變電站出線關重合順開合閘保護的時候，要將時延適當增加。通過此方法完成分段開關配置，既達到了成本節省目的，無須其他通信技術，同時又保證了配電網故障隔離效果的提高，操作簡單便捷。但要進行多次分段開關動作，因此，要運用科學的計算方法強化控制，以達到較好的故障隔離效果。

2.2 切實做好智能配電網故障區域的判定

智能配電網故障區域的識別、定位、判斷基于分段開關配置的合理化，所以要根據電網傳輸、監控數據將分段開關保護動作信息看作故障時間信息。如果某一段電路發生故障，重合器、分段器會將開關啟動，達到保護的目的。智能配電網故障檢測裝置可對遙測信號數據進行檢測，并快速上傳至重合器。重合器運用二進制將故障特點輸送至分段開關。分段開關接收故障信號以后會將數據自動儲存，同時做出故障描述特征初步判定，通過分段開關重合器實現隔離指令的傳達，對相應電路分段器開閘操作控制。但具體判斷時，如果分段開關信息出現誤差，基于首次判斷二次識別故障，分段開關重合器會將選點命令下達至分段開關，此時分段開關保持待工作狀態，直至二次識別獲取準確的故障點。

2.3 利用返送校對法隔離配電網故障

以上判斷定結束以后，通過返送校對法針對分段開關下達雙命令隔離請求。在到達故障區域以后，變電站將遙控指令發送至分段開關節點，待信息返回時，會進行準確的校對。如果和原始信息一致，便將每個分段開關節點開合閘指令激活。智能變電站運行環節會對分段開關狀態定期進行掃描，掃描好的數據信息傳送至分段開關重合器。重合器對配電網故障數據分析，進而將隔離指令發送到故障區域內，借助反復掃描的方法，保證可以運用分段開關配置將故障點快速隔離，提高配電網的運行效率以及穩定性。

2.4 實驗結果

在將故障處置及隔離方法明確后，精心設計實驗準備環節，高效完成試驗對比工作，將兩組數據準確記錄，具體見表1 所示。

表1 故障隔離數據統計表

由表1 呈現的結果可以看出，所提方法與傳統故障隔離方法對比中，前者效率高出很多，平均隔離率達到了85%左右，而傳統方法僅為55%左右，充分表明所提故障處置及隔離的方法作用明顯且效果顯著。

3 結語

針對智能配電網故障的快速識別以及準確的處置，※能夠在很大程度上確保配電網運行更加穩定、更加安全，通過采取切實可行的方法將故障區域開關快速斷開，同時將其他線路環網開關閉合，進而保證未出現故障的線路段依然可以正常運行，無須大規模停電，保證了人們用電的需求，同時也能夠盡快將故障隔離，在較短時間內實現故障點供電。所以，為了能夠將配電網自動化、智能化水平大幅度提高，就要不斷強化智能配電網故障的快速識別、定位，采用有效的方法進行處理，確保智能配電網高效安全地運行。