摘要：要想保证配电系统的安全稳定运行，就应该加强故障排查工程。我国配网系统中性点大多是非有效接地运行方式，当发生单相接地故障时，线路并不立即跳闸，而是在故障状态下持续运行1~2h，这种运行方式使得供电可靠性得到了极大的提高。然而由于故障接地电流很小，引起的相关特征量变化极不明显，给故障点的检测与定位带来很大的困难。
关键词：配网故障；定位；方法
引言
配网系统在运作时，应通过有效的方式来增加供电可靠性，缩短配网故障定位就显得至关重要，应善于找寻到配网故障问题的根源所在，进而采用积极有效的技术手段，使该故障问题从根源上得到扼杀，提升配网故障定位及抢修效率，从而提高用户对用电服务的满意程度。
1配网故障定位现状
随着城市配网规模和供电区域的不断扩大，运维人员相对不足的矛盾逐渐突现出来，尤其是在重工业污染比较严重的电网区域，设备腐蚀程度高，线路损坏现象严重，属于配电线路故障频发和易发供电区域，需要采用先进的科技手段和管理手段，以提高电网的运维效率，实现减员增效。
由于城市中配网中绝大多数是以中性点非直接接地的小电流接地系统，单相接地故障是发生几率最高的故障类型，接地故障的特征量较为复杂，不易判别故障，而且相间短路故障特征较为明显，容易识别该故障，所以，配网故障定位主要难题是解决单相接地故障的准确定位。
2配网故障定位方法
2.1行波定位法
根据行波定位理论实现故障点的精确定位，即为行波定位法。目前配网行波定位法主要有A型、B型、C型三种行波定位方法。
1）A型行波定位方法利用单端设备采集的单个行波，通过单端行波定位技术实现定位，该方法无需对端设备同步采集，单个行波即可实现精确定位。当线路发生故障时，故障点的波阻抗不连续特性使得行波经过故障点时会产生显著的折反射效应，根据行波主波折反射来回时间来确定故障点精确位置。
2）B型行波定位即双端行波定位，需要故障点两端同步采集故障行波，通过计算故障行波到达两端设备时间差来计算故障点位置，该方法利用故障时刻产生的行波脉冲，不受行波折反射影响，定位精度较高。
3）C型行波定位法与A型原理一致，差异在于C型行波定位需要在故障结束后人为向线路注入脉冲信号，然后检测这一信号在故障线路中的折反射过程，通过单端行波定位实现故障点检测。
A、B型两种定位技术均是在线定位技术。A型定位装置简单，然而实际故障过程中行波折反射复杂，反射波衰减较大，有时难以识别反射波使得故障定位失效。B型行波定位仅利用故障时刻故障点产生的行波，幅值较大，易于检测和识别，但故障点两端均需布置检测设备，且需要高精度GPS定位系统实现同步采集，投资相对较大。由于故障的随机性，故障特征量影响因素众多，当故障形成于电压峰值附近时，产生的暂态信号幅值最强，而当故障发生在电压过零附近时，故障暂态信号不明显，难以检测，此时A、B型两种行波技术都难以定位。C型行波是一种离线方式的定位技术，该方法不受故障时信号强弱影响，可进行多次重复的检测，提高了故障定位可靠性。当检测中因较大干扰导致检测失效时，可通过装置重发行波信号进行二次检测，由此提高了抗干扰能力。此外，该方法无需各支路安装高频检测设备，节约了投资。对于高阻接地故障或闪络性接地故障时，接地点行波反射特性不明显甚至无反射发生，此时需要产生更高电压的脉冲信号点来击穿故障点绝缘，并产生显著的反射脉冲，这对于信号发生装置提出了较高的要求。
2.2阻抗测距法
阻抗测距法原理如下：当故障发生后，提取各支路稳态电压及稳态电流大小，并结合线路参数，对监测量进行分析与计算，最后得到故障点距离。一种两端供电系统结构示意图如图1所示。图1中，母线上F点发生了单相接地故障，故障点与母线距离为L，故障点过渡阻抗为Rf，此时电压电流关系满足：
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在M点进行测量时，测量阻抗为：
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阻抗法受电网运行方式、过渡电阻大小、线路参数的影响，定位结果存在较大的不确定性。此外，我国配网系统基本上都是中性点非有效接地系统，单相接地故障时故障特征不明显，阻抗测距法基本无法适用。
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图1 阻抗法定位原理
2.3“S”注入法
当配网系统发生了单相接地故障后，“S注入法”在母线PT上通过信号注入装置向配网网络注入一种异频信号，然后注入信号通过故障点入地，并形成回路，进一步沿线检测各线路的异频信号，当异频信号存在时，认为被检测支路上存在故障，以此确定故障所属大致范围。最后，在被锁定的区间内利用手持仪器进一步针对性的检测，根据异频信号的分布确定故障点位置。该方法在实践工程应用中能起到一定效果，可用于中性点非有效接地系统，对线路上是否安装有零序电流互感器没有要求，然而该方法需要配置信号注入设备，且使用效果受PT容量影响，此外，对于弧光接地故障或间歇性故障，该方法难以起到效果。
“S”注入法具有无需新增投入一次设备的优点，此外，信号注入设备与配网系统之间通过PT耦合，与配网系统无直接电的连接，无绝缘问题，且不受接地点过渡电阻大小的影响，因此该方法在实际工程中仍有经常运用。
2.4基于FTU的故障定位方法
2.4.1相关系数法
配网单相接地故障后，对于非故障区段来说，FTU检测的零序电流变化趋势相同，波形相关系数较大，而故障区段两侧的零序电流差异较大，波形基本无相关性。该方法通过比对各FTU检测的两两波形之间相关系数来识别故障区段。
2.4.25次谐波法
对于中性点经消弧线圈接地系统，5次谐波法通过判断相邻FTU零序电流中5次谐波分量是否超过一定阈值来判断故障所属区段。由于5次谐波较弱，幅值很低，给实际测量带来较大的困难，因此实际工程应用中限制较多。
2.4.3矩阵法
矩阵法通过配网结构计算出网络描述矩阵，利用故障时刻FTU上传的电流信息计算故障信息矩阵，结合网络描述矩阵及故障信息矩阵计算出故障判断矩阵，进一步的判断故障所属区段。利用开关装置以及馈线区域之间的连接关系，构建了一种网络描述矩阵模型，根据矩阵法计算了故障区间判断矩阵，实现了故障区域的快速识别。该方法能够识别出配网末梢发生的故障，并且在多故障、多电源存在时的复杂系统里有较好的适用性。然而存在着矩阵容错性不高，严重依赖于FTU上传信息的完整性与精确性，一旦FTU信息出现畸变或不完整，则无法定位。
2.4.4人工智能法
在处理配网故障定位问题时，人工智能法首先构造出目标函数，将故障查找转变为函数求解最优解过程。目前配网区段定位智能算法有遗传算法、粗糙集、蚁群算法等。人工智能法容错性较高，但无法消除算法收敛于局部最优的缺点，并且计算量很大，定位检测过程耗时较长。有文献将辐射状配网划分为若干区域，通过改进算法对各独立区段分别定位，最后结合全局寻优，减少了计算量并提高了求解速度。目前人工智能法存在模型构建困难，效率不高的缺陷，短时难以大范围应用。
结语
目前配网各种不同定位方法特点不同，都有自己的优点与不足，适用范围也不同，实际工程中应综合考虑配网及故障特点然后选择合适的技术手段。
参考文献：
[1]周强辅.基于故障指示器的配电线路故障自动定位系统研发[J].南方电网技术，2010（5）：96-98.
[2]吴杰，王政.基于FTU的小电流接地系统故障定位方法再研究[J].继电器，2004（22）：29-34.
[3]王昭杨.配电网单相接地故障定位S信号法的研究[J].电力科学与工程，2010（3）：14-17.
论文作者:何英明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/17
标签：故障论文; 信号论文; 方法论文; 矩阵论文; 单相论文; 阻抗论文; 区段论文; 《电力设备》2018年第23期论文;