摘要：电网的故障定位与故障类型识别对电网故障的全面综合诊断有着重要的作用，有利于故障的小范围隔离与快速检修。分布式电源在电网低压侧的分散式接入将现有低基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目（KGCX2-EW-329）。The Key Project of the CAS Knowledge Innovation Program（KGCX2-EW-329）.压电网变为低压有源电网，其故障特性的改变给继电保护的协调配合带来了极大的挑战，并导致原有的电网故障定位与故障类型识别方法不再适用，需要对低压有源电网内的故障定位与识别方法进行研究。该文提出了一种适用于低压有源电网的在线故障区间定位与识别方法，该方法仅需电流测量，首先将低压有源电网划分为多个双端无分支区段，利用各个区段的电流相角差值进行快速的故障区段判定与故障选相；在故障区段内，利用故障相与节点零序电流对故障的具体类型进行快速识别；最后，综合各个区段的故障判别结果可得系统内的故障位置与对应的故障类型。经仿真验证，所提出的方法正确、有效，能够适用于三相平衡或不平衡、并网或孤岛运行、树状或环状结构的低压有源电网。
关键词：农村电网；小波变换；改进型相模变换；双电源供电
引言
近年来，我国农村电网规模的扩大，农村电网结构日益复杂，同时，用户对供电可靠性要求也不断提高。提高供电可靠性一方面要求在运行过程中避免故障发生；另一方面，也要求故障后快速排除并恢复供电。农村电网故障定位可有效缩短故障排查时间，降低巡线工作量，从长期看有助于提高农村电网供电可靠性。农村电网按电压等级可分为高压配农村电网（35～110kV），农村电网（6～10KV及20KV），低压配农村电网（220/380V）。高压电网由于结构相对简单，故障定位难度相对较低。我国大多数农村电网采用的是中性点非直接接地系统，即小电流接地系统。小电流接地系统可在故障后持续运行一段时间，具有较好的供电可靠性；但其较小的故障电流也对故障排查造成了困难。本文对各种已有的农村电网故障定位方法进行分析，提出了农村电网故障定位系统后续发展技术方向。
1农村电网故障定位研究现状
从农村电网故障定位从功能来说可分为两类：故障区段定位和故障精确定位。故障区段定位主要用于故障支路的判断。由于中低压农村电网线路一般为多分支结构，故障后只需定位故障支路并切除故障支路，即可恢复对非故障区段的供电，降低故障影响，减小停电范围。农村电网故障精确定位主要用于对故障点位置的定位，一般认为农村电网线路长度较短，故障点精确定位需求不明确。近年来，配电网建设中出现了以下趋势促进了农村电网精确故障定位研究的发展：随着电缆应用的日益广泛，电缆-架空线混合线路数量增多，运营单位希望实现故障点的精确定位，便于故障抢修；随着农网改造及建设的推进，出现了数量众多的长距离农村电网线路，长距离线路对故障点精确定位的需求较为迫切。目前，农村电网故障精确定位研究尚处于起步阶段，整体思路上是将在高电压等级输电线路故障定位方法推广至农村电网领域。
2电网故障点定位的方法
2.1声测法
声测法具有广泛的适用范围，可以用于电网大部分故障的的测试，然而，不适用于接地电阻所引发的故障的测试，而且经过事实验证，这一测试方法能够有着良好的效果，声测法实际运用原理为：逐渐地提升直流电源电压，从而向电容器内部储蓄电能。如果发现电容器两侧的电压逐步上升，达到某一特定的数据、数值，球间隙击穿，在这种情况下电容器两侧的电压则将逐步作用于故障电网表面，从而引发接地点放电，出现大量的放电火花，出现电磁波辐射现象，同时，也能随着机械发出持续的振动声响。
2.2精确计算故障点位置
网络中部分变电站（A/B/C/D）安装TWU，将计算时间矩阵tM=[tAf，tCf]、tN=[tBf，tDf]中的所有元素根据对应的最短传输路径折算到故障线路出发点。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆标出各检测点对应的区段连接点，并用箭头标出区段（O3，O4）内发生故障，各检测点的故障初始行波传输路径，将计算时间矩阵tM、tN中的所有元素折算到故障线路出发点，如公式（7）：3223PAAfAPPPttTT←=−−（7）式中：3PAt←为检测点A折算到故障线路出发点P3的初始行波到达时间；Aft为检测点A记录的初始行波到达时间，2APT与23PPT是行波分别在线路AP2，P2P3上传播的时间，利用公式（5）求得。对所有折算后的初始行波到达时间进行预处理，剔除无效时间数据，按相应的权重加权求和，求得故障行波由故障点到达故障线路出发点的精CtCAtABtBDtDFig.5Asectiondividednetwork确时间3PT，见公式（8）；同理，可得故障线路另一出发点的精确时间TD。33333PPPPPiiiiiktTiIk←←←⋅=∀∈∑∑（8）权重设置的原则为：任意变电站权重为1/（n+1），n为故障线路两端变电站的途经变电站个数，故障线路两端变电站途经变电站个数为0，因此权重为1。最后，由计算得到的初始行波到达故障线路两端出发点的精确时间，利用双端定位原理计算故障点准确位置。值得一提的是，本文所指网络是同一电压等级下的省网、市网或地区网。当电网较大、结构复杂时，计算量较大，进一步优化本文算法提高运算速度：以最早记录到初始行波到达时间的TWU为中心，限制区段连接点Oi数量来确定保护边界，同时，笔者课题组已开发基于云服务平台的故障定位平台，海量数据处理和算法在“云端”实现，也可有效提高计算速度。
2.3基于故障指示器的区段定位
故障指示器根据功能可分为：接地故障指示器及接地/短路故障指示器，基本原理是通过检测线路电流、零序电流判断是否发生短路或接地故障。在分析方法上，故障指示器采取多种方法判断电流是否越限，包括：首半波法、5次脉冲法及暂态量法等。基于故障指示器的故障区段定位系统结构。针对接地故障指示器在单相接地故障情况下定位困难的问题，各厂商及研究单位又提出了故障指示器与主动信号发生器相结合的农村电网区段定位方法。在变电站故障相母线上注入信号电流，信号电流经故障路径通过接地点流入大地。沿故障路径的故障指示器检测到该信号给出故障指示，而非故障路径指示器则检测不到该信号。该方法较好地解决了故障指示器在单相接地故障情况下定位可靠性问题，但需要增加一次设备，成本较高且操作存在一定的安全隐患。2.4阻抗法阻抗法的基本原理是假定线路为均匀线，在不同故障类型条件下，计算出的故障回路阻抗与测量点到故障的距离成正比，通过计算故障时测量点的阻抗或电抗值除以线路的单位阻抗或电抗值从而得到故障点距离测量端距离。
2.5行波法
行波法根据采用的电气量的不同，一般可分为单端法、双端法及脉冲法；单端行波法单端行波法是利用故障产生的暂态行波进行单端定位的方法。在线路发生故障时，故障点产生的暂态行波在故障点与母线之间来回反射，根据行波在测量点与故障点之间往返一次的时间和行波的波速即可确定故障点的距离；双端行波法双端行波法是利用线路内部故障产生的初始行波浪涌到达线路两端测量点时的绝对时间之差值计算故障点到两端测量点之间的距离；脉冲法脉冲法是通过向线路注入特点信号，通过注入信号在测量端和故障点之间往返一次所需的时间来计算故障距离。近年来，国内外部分研究单位提出利用断路器开断/重合产生的暂态行波，通过计算暂态行波在故障点之间往返一次的时间计算故障距离。该方法对于装设有重合闸装置的高压输电线路尤为有用，它可以补救因故障发生在电压初始角为零或者很小时造成的测距失败。基本工作流程如下：线路发生了故障，在继电保护作用下，开关将跳过故障线路，之后在重合闸作用下，开关将重新闭合。
结束语
农村电网故障的定位技术与方法有待于发展与创新，要科学对比不同方法之间的优势与劣势，采用先进的定位方法，提高故障查找工作效率，从而及时恢复电网系统的安全供电。
参考文献：
［1］郭增为．农村电网单相接地故障行波定位方法的研究［D］．保定：华北电力大学，2009．
［2］徐青山．电力系统故障诊断与故障恢复［M］．北京：中国电力出版社，2007．
［3］杨炎龙．配电网故障定位研究［D］．广州：华南理工大学，2013．
论文作者:王晓洁
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/23
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