鄭業(yè)爽，饒小林，祝昱琦，胡 謐

（1.三峽大學(xué)科技學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.湖北特種設(shè)備檢驗檢測研究院宜昌分院，湖北 宜昌 443002；3.中元建設(shè)科技有限公司，湖北 宜昌 443002）

0 引 言

故障的快速自動檢測定位技術(shù)是配電網(wǎng)絡(luò)化的重要組成部分。目前電網(wǎng)故障自動定位分析算法主要有兩類:基于人工智能設(shè)備（主要是分段器及重合器）及基于矩陣自動運算的故障饋線系統(tǒng)故障分析定位算法?；陴伨€定位和監(jiān)控終端的故障定位算法主要分為：人工智能型故障隔離算法及以圖論知識型的矩形運算型故障隔離算法兩類。

1 矩陣運算型配電網(wǎng)饋線故障區(qū)段定位算法

通過重合器和分段器要進行多次分合操作隔離故障，切斷故障的時間較長，且對設(shè)備及負(fù)荷造成一定的沖擊。當(dāng)故障區(qū)距離電源側(cè)距離越遠(yuǎn)，則需要解除故障的時間越長，即短路時間越長，對設(shè)備的熱效應(yīng)越強，同時多次重合閘容易造成合閘過電壓，影響合閘成功率?；诰仃囘\算型配電網(wǎng)饋線故障區(qū)段定位均需根據(jù)配網(wǎng)結(jié)構(gòu)獲得一個結(jié)構(gòu)矩陣，即根據(jù)故障信息描述矩陣，然后根據(jù)不同的算法計算出故障區(qū)具體位置，并可以配合保護動作切除故障[1]。該種方法具有動作快速、可靠等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用。

2 基于網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣的故障定位算法

基于網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣的故障定位算法依賴于饋線監(jiān)控系統(tǒng)，將配網(wǎng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)等采集，并經(jīng)過處理后將該數(shù)據(jù)分區(qū)、分層存儲及管理，應(yīng)用軟件（即各類算法程序）通過數(shù)據(jù)計算獲得結(jié)果[2]。

2.1 饋線故障區(qū)段定位算法簡介

2.1.1 網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣C

建立配網(wǎng)結(jié)構(gòu)矩陣的方法在于先對斷路器、分段及聯(lián)絡(luò)開關(guān)進行編號，生成一個N×N的矩陣C，記為網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣C。若坐標(biāo)x和坐標(biāo)y之間存在一條饋線由x指向y，則cxy=1（該點與網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣不同）。矩陣C的結(jié)構(gòu)及取值取決于配網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[3]。

2.1.2 故障處理信息映射矩陣G

該算法為了滿足普遍性,對故障信息標(biāo)定方向性,即坐標(biāo)x存在故障電流且方向和網(wǎng)絡(luò)正方向相同,則定義故障信息矩陣G中的元素gxx=1;若坐標(biāo)x存在故障電流但方向和網(wǎng)絡(luò)正方向相同,則gxx=0;若坐標(biāo)x沒有故障電流，則gxx=0。

2.1.3 故障區(qū)間判斷矩陣P

若一段供電樹形結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生單一坐標(biāo)節(jié)點故障，其上級節(jié)點坐標(biāo)中必然也流過故障電流，但其下級坐標(biāo)節(jié)點必然無故障電流，因此定義故障判斷矩陣P為

2.2 故障定位判斷依據(jù)

對于P矩陣某個元素Pxy同時滿足條件①及②，則節(jié)點坐標(biāo)x至y區(qū)間無故障電流。

①Pxx=1；

②對所有的Pxy=1，所有Pyy=0。

若末端短路時：若Pxx=1，則有Pxy=0（x≠y），那么該節(jié)點x的末端必然發(fā)生故障。

3 基于網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣的故障定位算法應(yīng)用

某單電源配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示，根據(jù)圖1中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立一個5×5的矩陣，節(jié)點1→3、1→4、3→5、4→2之間存在正方向的饋線，則矩陣C中c13=1、c14=1、c35=1、c42=1，其余元素皆為0，寫出如下矩陣：

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.1 基于網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣的單一故障定位算法應(yīng)用

當(dāng)饋線段發(fā)生單一故障在f1處發(fā)生故障，則故障信息矩陣G為：

P=C+G，得出：

p11=1，p13=1，p33=1，p14=1，p44=0，不滿足判定條件，區(qū)段1-3和1-4為非故障區(qū)段；p33=1，p35=1，p55=0，滿足判定條件，所以故障發(fā)生在節(jié)點3和節(jié)點5之間的饋線段上。計算結(jié)果符合實際故障情況。

3.2 基于網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣的多重故障定位算法應(yīng)用

當(dāng)饋線上發(fā)生多重故障，如圖中f1、f2處均發(fā)生短路，此時節(jié)點坐標(biāo)1、2、3、4均有故障電流，則故障信息矩陣G為

P=C+G，得出：

p11=1，p13=1，p33=1，p14=1，p44=1，不滿足條件，1-3、1-4無故障點；p22=1，其余均為0，坐標(biāo)節(jié)點2末端發(fā)生故障；p33=1；p35=1，p55=0，3-5發(fā)生故障；p44=1，p42=1，p22=1，不滿足判定條件，2-4無故障點。與圖中實際相符。

3.3 程序設(shè)計

基于MATLAB的網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣的故障定位算法能夠快速實現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的故障定位。依賴于饋線監(jiān)控系統(tǒng)及終端設(shè)備FTU提供的短路電流信息自動生成網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣和故障信息矩陣，程序自動得出故障區(qū)間判斷矩陣，將經(jīng)過計算得出的結(jié)果反饋至保護系統(tǒng)[4]。整個算法的流程如圖2所示。

圖2 主程序流程

4 結(jié) 論

本文針對傳統(tǒng)的基于重合器的饋線自動化系統(tǒng)在應(yīng)用中的缺點，同時對比分析兩種算法的局限性，討論了基于網(wǎng)型結(jié)構(gòu)矩陣的定位算法在配電網(wǎng)中的應(yīng)用，文中給出一種典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，模擬不同線路上多重故障，并應(yīng)用算例計算，得出結(jié)果與實際相符[5]。該種算法計算量小、運算迅速，在配電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。