关键词：配网运行；故障诊断；处理方法；智能化
前言
目前，社会用电水平已不断得到提升，对于10kV配网的供电质量来讲也随之日趋完善。不过，在较早前投入营运的配电系统仍然会因内外的因素干扰而影响运行质量。为此，在配网运行故障诊断技术方面，需要准确、快速定位和隔离并排除故障，及早恢复供电，以免因此而造成经济损失和影响人们的用电。基于此，随着科技的日新月异，电力应用自动化与网络技术对故障查找已不断更新，尤其在GPS、GIS、RS技术的联合应用当中，能够对故障进行自动定位和传输相关信息，以及通过远程控制实现故障隔离等操作，如在馈线隔离自动化系统中，也发挥了一定的作用，使供电可以稳定、持续地进行。故此，对于配电网的故障诊断技术进行研究是十分必要的，具有实用价值。
1 配网运行故障诊断及故障处理
1.1 配网故障自动定位
如今的配网故障定位系统已具有智能化，能够通过故障指示器、GSM/GPRS通信技术和GIS技术高效地进行自动检测和定位故障点，同时隔离故障区域以及迅速恢复非故障区域的供电。虽然配电系统的线路分支繁多，网络结构比较复杂，现在的配电网故障自动定位系统比以往的更为宽泛。当发生故障时，能够利用其系统设置，自启故障指示器，用无线编码实施信息传递，然后运用数据处理和转发系统进行解调、解码，将信号传输至计算机，最后经一系列的运算，并利用配网的地理信息系统以最短的时间选定故障点，发出警示，使维修人员快速赶往现场排除故障。此外，由于配网的故障自动定位在故障选线方面类似于继电保护功能，所以能够充分利用馈线自动化技术实现区段定位与配电系统自动化技术的相互结合。不过，要确保配网的安全可靠运行，在配网故障自动定位系统上还需进一步提高其智能化技术。如故障选线方面的可靠性和灵敏性；在故障特征微弱、不稳定故障电弧及随机因素干扰时，对现场设备的故障识别容错性和适用性判断；还有故障测距的算法及信号获取方面更需深入广泛。
1.2 配网故障自动隔离
当配电线路出现故障时，故障自动化隔离系统能够自动、高效、及时地对故障区域进行隔离。其隔离装置是利用断路器、取电单元、测量单元及控制单元实施智能化隔离，同时，还能实时对线路电流电压的数据进行采集，以及对线路运行状态进行判断，并通过无线GPRS/SMS通讯功能把监测到的相关故障信息传送给后端的监控分析中心。在实际应用中，应当充分利用重合器三相共体永磁机构和跌落式分段器的相互配合隔离故障区域，以免在发生永久性故障时，只能靠变电所出口处的重合器跳闸，而最终导致整条线路断电的现象。
1.2.1 重合器故障处理分析
对于重合器的系统来讲，B为重合器，S为分段器，通常情况下B0若是开环运行状态，则应要断开。当重合器自动切除线路短路电流时，分段器S只有关合电流的功能，是不会切断电流的。（如图1所示）
图1 重合器系统
（1）当重合器与过流脉冲计数型分段器进行相互配合模式时，通常在每台开关处先预设一定的重合次数，一旦其次数超过设定值，此开关就自动断开，而闭锁则会闭合实现故障隔离。同时，分段器会按线路电压大小而启动分合功能，当无电时，开关就会断开；若有电流通过时，自动闭合。例如将重合器系统（图1）B1、B2、B0的重合数值分别设定为3次、3次、2次，在S1、S2和S2、S4也分别设定2和1的次数；一旦F1出现永久性故障时，各开关便会按图2的时序进行动作。
图2 重合器与过流脉冲计数型分段器配合模式的开关动作时序图
（2）当重合器与电压一时间型分段器进行相互配合模式时，需对每台开关的延时合闸和电流检测所用的时间分别设定为t3和t2，这是由于该系统的电压信号开关检测要在t3后才能闭合，在t2时间内开关可以对电流进行检测，若出现故障电流信号，可以断定此范围内发生故障，并在该开关处作出标志及进行故障处理，隔离该区域。当重合器系统（图1）的F1出现故障时，各开关则按图3的时序进行动作。
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图3 重合器与电压一时间型分段器配合模式的开关动作时序图
（3）重合器与重合器相互配合的模式是利用其之间的动作曲线时间差来实现，若出现故障问题，与重合器最接近的开关便先断开，以实现最短时间内恢复通电。而通常在故障发生时，该模式瞬间能够成功一次重合85%、二次重合90%，因此，为提高重合器的成功率，可将重合次数设定为2次。若按图1的连接方式，其分段器的开关均改为重合器，在F1发生故障时，实现的动作时序图如4所示。
图4 重合器与重合器配合模式开关动作时序图
1.3 系统保护的故障处理
当馈线网络出现相间故障时，安装在开关内的馈线终端设备（FTU）即按故障状况进行判断，并通过总线及附近的FTU进行通讯传递，瞬间在确定故障范围同时跳开两端的开关，实现故障隔离。对于此种处理方式若一次完成，其速度极快，不仅将非故障区域隔离开来，不受干扰，还能确保供电稳定以及用电质量。另外，在系统保护功能方面如果全部投放FTU，无需通过配电主站和配电子站即可对故障进行处理。
1.4 主站监控的故障处理
如果在馈线上各个开关都装配具有故障信息记录功能的FTU，可以实现信息传递。当故障发生时，能够将故障所在的位置和采集到的相关柱上开关负荷、功率等运行状态一起经通信网络发送到配网的控制中心，然后计算机系统通过综合分析、处理进行故障区域定位，并按故障的特点制定最佳恢复供电方案，接着利用遥控模式对故障区域快速隔离，最后根据拟定程序逐步恢复供电。对于此种主站监控的馈线故障处理模式利用电流保护、FTU遥控和重合闸等作用，同时借助GIS、scada等智能系统，以最短的时间瞬间实现故障诊断、定位并隔离故障区域，不仅可以将馈线保护集中在监控范围内，还能够在几十秒内迅速恢复整个区域的用电，确保供电质量。不过，此模式必须经通信线路进行信号传输，且配网通信系统的应用要求很严格，所以有一定的局限性。
2 配网运行故障诊断的智能化
2.1 编制故障电流判断矩阵
随着智能电网的不断发展，在FTU等现场监控终端的基础上已研究出各种各样的馈线故障定位算方法。这里介绍一种根据故障电流的判断矩阵方法，既具有馈线各点的故障定位，又能大量减少计算以及迅速得到处理。在应用过程中，利用FTU的故障过电流信息生成信息矩阵，并结合当前运行方式的网络描述矩阵进行计算，根据运算所得的故障判定矩阵能够准确定位故障区域。其基本原理是先对馈线中的联络开关、断路器等设备作配置作为节点进行编号，将位于开关中间的馈线定为弧线。第一，以网形结构矩阵D形成规则，N节点网络，则D对应为矩阵。定义为：若节点i有子节点j，则Dij=1，否则Dij=0；如果i和j之间有一条馈线且正方向是由i指向j，则对应Dij=1，否则Dij=0。第二，故障信息矩阵G。假定i有故障电流，且方向和正方向相同，则将G中的元素置1，其余均置0。第三，故障区间判断矩阵P=D+G。在实际应用时，需根据P中元素Pii=1以及对所有Pii=1的j（j≠i）且Pij=0这2个条件来判断故障区域。其原理是当i有故障电流经过，j在i的下方，j无故障电流或反方向故障电流，能够判定i与j之间出现故障。另外，若故障出现于末端i，则需满足Pii=1且在所有Pij=0（j≠i）的条件进行判断。其原理是当某点i 有故障电流经过，同时i没有子节点，这就可以断定末端i出现故障了。
2.2 配网缺相智能诊断
在配网运行中，对于配变发生缺相问题，可以通过配变缺相告警智能诊断系统解决故障。首先，将收集到的大量频发及误发的异常告警信息，借助大数据技术采用“神经元网络”训练样本，逐步从输入层加入大量神经元，针对实时流水数据实施多阶混合分析，并在输出层逐渐将驱动数据进行汇聚。在配变出现缺相或缺相恢复状态下，监控系统在不断产生实时告警数据的同时，利用GPRS装置将告警报文发送到计量自动化系统主站，接着，该主站应用ETL把相关信息传递到配变缺相智能诊断系统中；然后对其报文实施数据并组，再采取知识库匹配原则开展诊断与故障分析；最后，通过营配信息集成资源、已有的其它停电事件进行过滤，以及借助数据存储和数控制技术几分钟内就可以完成一系列分析运算，并得出诊断结果，生成抢修工单；同时，将缺相事件推送到营销系统停电信息池，以及用短信形式通知抢修人员。可以说，配变从发生电网故障到复电，可以极短时间内完成，缩短了抢修时间。
3 总结
近年来，智能电网建设进展非常快，配网的故障诊断也越来越智能化，通过实践表明，对于配网线路上运行的开关跳闸、配变熔断设备熔断，以及配电设备断线、被偷盗等原因引起停电故障，配网故障智能诊断技术能够实现及时定位、处理停电区域与故障区域，大大提高了供电可靠性。
参考资料
[1]唐金锐,尹项根,张哲,等.配电网故障自动定位技术研究综述[J].电力自动化设备, 2013, 33(05):7-13.
[2]孔庆耀,黄猛才,彭盈灿.配网故障定位,隔离及恢复在佛山的应用[J].中国高新技术企业,2013(04):57-59.
[3]叶凌,郑鹏.配电网故障定位的一种算法及其程序实现[J].硅谷,2014(21):28-29.
论文作者:龙庆锐
论文发表刊物:《中国电业》2019年15期
论文发表时间:2019/11/20
标签：故障论文; 电流论文; 系统论文; 区域论文; 矩阵论文; 故障诊断论文; 馈线论文; 《中国电业》2019年15期论文;