楊興志，羅紹書，譚斯發(fā)，韋美印，歐陽后文

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山馬關(guān)供電局，云南 文山壯族苗族自治州 663700）

0 引言

電力系統(tǒng)的整個電能傳遞過程包括發(fā)電廠發(fā)電、輸電、變電、配電和用電五個過程，各個過程都需要不同的設(shè)備支持，最終才能夠傳輸?shù)接秒娫O(shè)備。而五個過程中，配電是整個電力輸送到使用的中樞部位，在電力系統(tǒng)建設(shè)中不可或缺。其不僅需要根據(jù)用戶可用電壓范圍對高壓進(jìn)行降壓后滿足用戶的直接用電需求，而且要保證用戶用電的平穩(wěn)和安全性，進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的效率，就要保證配電網(wǎng)的科學(xué)運(yùn)轉(zhuǎn)和平穩(wěn)運(yùn)行[1]。在配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行中，數(shù)據(jù)監(jiān)測、信息傳輸、數(shù)據(jù)分析及存儲等方面都可能導(dǎo)致配電網(wǎng)故障，使得配電網(wǎng)的故障定位難度運(yùn)來越大。而且，分支線路的延伸和增多，使得線路一旦發(fā)生故障，將會導(dǎo)致饋線面臨全線停電的風(fēng)險，致使整個的配電網(wǎng)的非故障區(qū)發(fā)生連鎖停電。以10kV架空線路配電網(wǎng)故障饋線定位方法研究提供一定的方法，為故障的修復(fù)提供思路[2]。

1 故障饋線定位方法概述

1.1 故障定位矩陣算法

其中，作為較為常用的故障饋線定位方法而言，較為常用的有兩種，其中一種是基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)的矩陣算法，隨著該方法研究的深入和實(shí)踐應(yīng)用的探索，另外一種基于網(wǎng)形結(jié)構(gòu)的算法也逐漸發(fā)展起來，被應(yīng)用于配電網(wǎng)的故障定位中來。兩種故障定位算法的主要區(qū)別體現(xiàn)在采用的方式上，分別采用無向圖和有相圖兩種方式，這也導(dǎo)致其構(gòu)造的矩陣和故障判別矩陣存在一定的差異。

1.2 算法判據(jù)

針對配電網(wǎng)系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位，需要分別對兩個分段開關(guān)間的線路進(jìn)行檢測，進(jìn)一步確定故障發(fā)生的位置。其中，在靠近電源點(diǎn)的故障點(diǎn)上游出現(xiàn)的故障電流的波形較大，而在距離聯(lián)絡(luò)點(diǎn)較近的下游并不會出現(xiàn)過大的波形，同時在非故障點(diǎn)的上游和下游都不會有較大的波形出現(xiàn)。所以，在檢測的過程中，如果某一區(qū)段發(fā)生了故障，電流在經(jīng)過電源點(diǎn)到達(dá)故障點(diǎn)時，會在故障點(diǎn)出現(xiàn)故障電流，將在電源的上游開關(guān)表現(xiàn)出來，在故障點(diǎn)的下游開關(guān)卻不會出現(xiàn)故障電流[3]。在故障定位的過程中，要科學(xué)判斷故障區(qū)段的位置，就要遵循以下原則：

一是互異性，指的是在相鄰的節(jié)點(diǎn)上表現(xiàn)出的信息互異性。也就是說如果在某個區(qū)段內(nèi)出現(xiàn)故障，如果靠近電源一側(cè)的上游出現(xiàn)了故障電流，那么在了另外的一個節(jié)點(diǎn)位置不會出現(xiàn)故障電流，通過判斷兩個節(jié)點(diǎn)的故障電流的表現(xiàn)形式來確定是否是故障區(qū)段。

二是唯一性，故障電流如果不在某個區(qū)段中被檢測到，那么在其相鄰的節(jié)點(diǎn)中不會出現(xiàn)超過兩個的故障電流節(jié)點(diǎn)。

2 常用故障饋線定位方法分析

2.1 基于改進(jìn)矩陣算法的故障定位

目前我國的配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)上采用的方式是閉環(huán)設(shè)計(jì)，但是在運(yùn)行上實(shí)行的是開環(huán)運(yùn)行，所以要進(jìn)行配電網(wǎng)的分類，可以通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)的位置和開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行劃分，實(shí)現(xiàn)對各個供電區(qū)的獨(dú)立輻射型網(wǎng)絡(luò)管理。其中，對于單條饋線而言，網(wǎng)絡(luò)中的電源只有一個，所以其線路上的功率方式是確定的，可以通過無方向的矩陣算法對配單網(wǎng)的拓?fù)溥M(jìn)行描述。

2.1.1 配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及建模要求

結(jié)合配網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)建模，要從以下幾方面進(jìn)行綜合考慮：

一方面建立的拓?fù)淠Ｐ鸵茖W(xué)，模型能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)的線路有一個準(zhǔn)確、明朗的描述。另一方面建立的拓?fù)淠Ｐ瓦€要滿足線路狀態(tài)的動態(tài)模擬，能夠?qū)€路的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行操控，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)量的調(diào)整[4]。借助現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過進(jìn)一步簡化配電網(wǎng)開關(guān)和線路，分別模擬配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)和支路，形成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并能夠?qū)ν負(fù)淠Ｐ瓦M(jìn)行操作、計(jì)算和處理[5]。

2.1.2 聯(lián)絡(luò)開關(guān)拓?fù)渥R別

因?yàn)榕潆娋W(wǎng)在運(yùn)行過程中網(wǎng)絡(luò)的變化會受到電量負(fù)荷、故障供電以及停電檢修等操作的影響，如此每當(dāng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的位置發(fā)生變化，都需要進(jìn)行再次的位置確定。也就是說，在每一條線路中，電源開關(guān)、一般開關(guān)等開關(guān)確定后，如果聯(lián)絡(luò)開關(guān)狀態(tài)變化，那么網(wǎng)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也將隨之改變。所以，識別饋線是聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置終端首要承擔(dān)的任務(wù)。過程中還要確定被監(jiān)控的開關(guān)是否是聯(lián)絡(luò)開關(guān)[6]。

聯(lián)絡(luò)開關(guān)的確認(rèn)常常采用的方式是逐級查問，實(shí)現(xiàn)對饋線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主動辨認(rèn)，通過依次查詢的方式對終端配置相鄰的通信地址和局部饋線的拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行查詢，通過信息收集和比對，確定聯(lián)絡(luò)開關(guān)的位置。需要經(jīng)過一下幾個步驟：一是主站需要對終端發(fā)起拓?fù)涿睿鶕?jù)命令指令終端首先進(jìn)行自我查詢，自我查詢之后根據(jù)拓?fù)涿钤儐栂噜彽慕K端，同時獲取到相鄰終端以及下一級終端的通信地址。并對相鄰終端的下一級終端進(jìn)行詢問，收集到局部的所有拓?fù)湫畔⒑拖乱患壨ㄐ沤K端的通信地址，依次類推，實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置的確認(rèn)。

圖1 環(huán)網(wǎng)配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)識別示意圖

在圖1中的環(huán)網(wǎng)配網(wǎng)中的每一個電源開關(guān)、主干開關(guān)以及聯(lián)絡(luò)開關(guān)都配置智能終端，實(shí)現(xiàn)對每一級拓?fù)湫畔⒌淖R別，從而全方位地把控各個分布式智能終端的屬性和需要的通信地址等拓?fù)湫畔?。要先確保拓?fù)涞恼_性和科學(xué)性，就要按照要求和需求，從左右側(cè)進(jìn)行終端報(bào)文，然后通過終端進(jìn)行發(fā)送。K1處位置配置的設(shè)備有智能終端相關(guān)設(shè)備不僅包括了K1的名稱和分布式終端的通信地址以及電源開關(guān)的屬性，K2附近包含的是類似的以上的信息。

配電網(wǎng)故障一旦發(fā)生，配電網(wǎng)系統(tǒng)可以采用逐級詢問的方式，進(jìn)一步明確K4開關(guān)的閘位狀態(tài)，確保其處于分閘。然后保證其他的K2、K3、K5與K1、K6等開關(guān)均處于合位狀態(tài)。借助分布式智能終端也能夠掌握聯(lián)絡(luò)開關(guān)K4的開關(guān)性質(zhì)[7]。

2.2 基于改進(jìn)相關(guān)分析算法的故障定位

在故障定位的矩陣算法中，只有確保上傳信息的準(zhǔn)確性，才能實(shí)現(xiàn)正確的配電網(wǎng)的故障定位。不過在配低網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)過程中，各種人為及自然行為都會受到化境因素的影響，所以極容易導(dǎo)致故障信息的丟失和故障定位的失誤。

2.2.1 相關(guān)分析算法簡介

自相關(guān)性和互相關(guān)性在本質(zhì)上還是不同的，其中自相關(guān)函數(shù)比較的是兩個信號在特定的時間內(nèi)的共有成分，并不會對相位進(jìn)行比較?；ハ嚓P(guān)函數(shù)一方面能夠分析比較兩個信號的相似性頻率的成分，另一方面還能夠借助相位實(shí)現(xiàn)對兩個信號的相似性功能分析。所以，有效借助相關(guān)分析法，對于信號的處理至關(guān)重要，其科學(xué)應(yīng)用在信號的檢測和識別中發(fā)揮著重要作用。尤其是互相關(guān)函數(shù)，其相位信息能夠很好地表示出兩個信號的相關(guān)行，同時能夠合理地利用電力系統(tǒng)的相位特征?；ハ嚓P(guān)系數(shù)ρxy可用來表達(dá)相關(guān)分析結(jié)果：

x（n）、y（n）表示不同的兩個信號，n表示采樣序列；n為信號數(shù)據(jù)長度

2.2.2 改進(jìn)相關(guān)分析算法

相關(guān)分析算法應(yīng)用過程中，如果配電網(wǎng)中發(fā)生短路故障，在故障點(diǎn)和電源點(diǎn)之間的線路上的電流將會在瞬間出現(xiàn)較大幅度的波動。故障點(diǎn)所在的線路因?yàn)闆]有供電電源，所以此時的電流為0。這導(dǎo)致故障點(diǎn)位置前面的電流的相似性較大，但是對比前后的電流，其相似性卻不大。在實(shí)際的相關(guān)分析算法應(yīng)用中，傳統(tǒng)的相關(guān)分析算法存在一定的局限性。因此對相關(guān)分析算法進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)故障分支饋線定位[8]。

具體的改進(jìn)步驟如下：

（1）首先確定聯(lián)絡(luò)開關(guān)的位置，確定饋線上的開關(guān)拓化。

（2）然后，通過主干饋線上的智能終端設(shè)備，對波形進(jìn)行有效識別。

（3）通過計(jì)算兩個相鄰的智能終端的相關(guān)系數(shù)，來確定獲取到信號的相似程度，代入上文中的相關(guān)系數(shù)，進(jìn)行科學(xué)分析。

（4）確定故障區(qū)段。計(jì)算一下相關(guān)系數(shù)的絕對值，按照大小依次排序，從而確定故障的區(qū)段。

（5）確定故障分支。根據(jù)分支單元上的故障指示器的信息數(shù)據(jù)，選取其中最大的分支電流故障區(qū)的電流數(shù)值，進(jìn)行數(shù)據(jù)對比。通過電流的差值，確定出分支故障。

但是，在實(shí)際的電力工程中，難以實(shí)現(xiàn)在所有的分支線路上安裝故障指示器，但該方法仍然能夠?qū)崿F(xiàn)定位功能。也就是說電力故障發(fā)生時，如果故障發(fā)生在沒有安裝指示器的分支線路上，此分支上的故障指示器并不會保障，就很容易判斷故障發(fā)生的位置可能是在主干線路上或者沒有安裝故障指示器的其他分支線路上，從而確定故障發(fā)生區(qū)域。

3 結(jié)論

在電力系統(tǒng)中，由于配電網(wǎng)的承擔(dān)著向用戶供電的重要職能，因此其配電網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行成為用戶安全用電的重要保障。10kV架空線路配電網(wǎng)故障饋線定位技術(shù)能夠科學(xué)結(jié)合無線智能終端和有線智能終端，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)視和控制，從而精確判斷故障點(diǎn)的位置和類型，采取科學(xué)方法迅速隔離故障，進(jìn)一步縮小停電的范圍，保證非故障區(qū)的正常供電。