姬魁前，李佳粵，杞 姝，郭 皓，張 躍，李建綱

（云南電網有限責任公司昆明供電局，云南 昆明650012）

隨著我國經濟的發(fā)展和人民物質文化生活水平的不斷提高，電力用戶對電量的需求在不斷上升的同時，對供電可靠性要求也越來越高。由于歷史原因，我國電力企業(yè)投資主要放在主網，導致配網較為脆弱，使得配網停電時間是主網的數(shù)倍。故障發(fā)生時，需快速定位故障點，解決故障問題后實現(xiàn)快速復電。故障定位尤為關鍵。

低壓電網的故障定位可分為兩大類：離線定位和在線定位。離線定位是指永久性接地故障發(fā)生時，先斷開故障線路，再進行定位的方法；在線定位是指在故障線路帶電運行狀態(tài)下進行故障定位的方法[1-4]。

目前離線定位方法有直流法、行波法等。直流法向線路注入直流信號，通過對直流信號的檢測來判斷故障位置，該方法不受過渡電阻的影響，但需要登桿檢測。行波法是確定行波傳播速度后，通過測量行波的傳播時間來確定故障位置。其原理是：當配電網發(fā)生高阻性故障時，對故障的配電網施加高電壓信號，使故障點被擊穿產生電弧。對線路首端的電壓與流過電纜的電流進行采集后，分析并查找入射與反射行波到達測量端的時間間隔，就可以定位故障點。行波法往往受到過度電阻和分支數(shù)目的影響[5-6]。

常用的在線定位方法包括S注入法、阻抗法、零序電流法等。S注入法在系統(tǒng)內注入一個220Hz的信號，通過檢測該信號是否存在來判斷故障位置，該方法易受接地電阻和線路分布電容的影響。阻抗法的基本原理是利用端點測得的工頻電壓、電流，計算端點到故障點的電氣距離，以此確定故障點。阻抗法又分為單端阻抗法和雙端阻抗法，單端阻抗法的誤差來源多，雙端阻抗法在一定程度上能消除對端電源阻抗和過渡電阻的影響。阻抗法原理簡單，但易受線路阻抗、負荷和電源參數(shù)影響，且配電線路分支眾多，難以排除偽故障點，但國外已有成功應用[7]。

基于現(xiàn)有各電網系統(tǒng)累計故障數(shù)據(jù)，本文提出一種基于電流序分量匹配法的低壓電網故障定位方法。該方法通過利用對稱分量法計算獲得故障后穩(wěn)態(tài)分量，將計算后的負序和零序電流與已有故障進行匹配，從而實現(xiàn)故障定位。

1 電流序分量法實現(xiàn)故障定位法原理

1.1 電流序分量歷史庫構建

該方法基于單相故障后或兩相接地故障后對系統(tǒng)內電流序分量進行匹配，用實際電流序分量與歷史數(shù)據(jù)庫中的電流序分量進行比較，從而找出故障點。因此首先建立歷史線路故障庫。

設歷史暫態(tài)波形中電流相量為Ia、Ib、Ic，利用式（1）計算正序、負序、零序穩(wěn)態(tài)分量的有效IIa、IIb、II0。

式中，a=∠120°。

將基于歷史故障波形算得的電流序分量作為各分支線路的歷史庫。

1.2 故障位置函數(shù)

由于歷史故障波形只能獲得分支路某位置的故障信息，但故障可能發(fā)生在分支線上任何位置。因此需要構建涵蓋全部線路的序分量電流與位置的曲線擬合函數(shù)，本文經多次仿真選擇了二次函數(shù)作為擬合函數(shù)，具體如式（2）所示：

其中，I為序分量電流（即正序、負序、零序）有效值，x代表故障距離。利用歷史故障波形求取獲得擬合后的函數(shù)參數(shù)a、b、c后將其存入對應線路的歷史庫中。

1.3 故障位置求解

1.3.1 支路確定

將現(xiàn)有故障波形數(shù)據(jù)的電流各序分量有效值與支路首端值進行比對，比對公式如（3）所示。

這里，IIi表示節(jié)點i故障數(shù)據(jù)庫中對應的首端電流有效值。因此，利用獲得節(jié)點差值序列δ（i）。其中δ（i）中的最小值對應節(jié)點j為故障所在節(jié)點?？膳袛喙收习l(fā)生在[j-1，j]或者[j+1]。由于線路分支較多，可能出現(xiàn)多估計問題，為了不漏選故障，這里選取δ（i）中最小的2~3個節(jié)點作為備選故障集。

1.3.2 位置確定

在獲得故障節(jié)點j后，即可找到對應的分支。在分支數(shù)據(jù)庫中獲得該分支的距離曲線函數(shù)f（x）。建立故障搜索目標函數(shù)Δ（x）=|f（x）-A|。以一定步長Δ（x）搜索使得目標函數(shù)最小的距離為x，即可獲得故障距離估計值。

2 仿真驗證

2.1 仿真對象

本文使用PSCAD進行建模。所選模型為云南某地區(qū)的10kV饋線，圖1為該饋線拓撲圖。

2.2 故障位置函數(shù)擬合

以圖1的分支1、分支2、分支3為例，其擬合效果如圖2、圖3和圖4所示。對應的負序電流與距離的擬合函數(shù)分別為：

圖1 仿真拓撲圖

圖2 分支1擬合結果

圖3 分支2擬合結果

圖4 分支3擬合結果

2.3 仿真分析

根據(jù)低壓電網的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在所有的短路故障事件中約有80%的故障事件是由于單相接地短路故障引起。因此以單相故障為例選擇零序電流開展仿真驗證。

案例1：對節(jié)點5-6中發(fā)生故障仿真。

在節(jié)點5-6之間線路發(fā)生故障后，故障節(jié)點定位誤差值如圖5所示。

圖5 故障節(jié)點定位

從圖5可看出，所以節(jié)點進行初步篩選時，匹配結果在0-10節(jié)點區(qū)間內為最優(yōu)結果，因此縮小搜尋節(jié)點范圍，在節(jié)點5-6之間線路最有可能發(fā)生故障，如圖6所示，運用計算得出零序電流進行第二步匹配。

圖6 故障節(jié)點誤差最小定位

零序電流擬合曲線匹配結果為故障點距支路首端0.593km，實際故障點距支路首端0.600km，誤差為7m，因此測試結果與系統(tǒng)中實際故障位置符合，具體如圖7所示。

圖7 故障位置匹配

案例2：對節(jié)點13-14中發(fā)生故障仿真。

在節(jié)點13-14之間線路發(fā)生故障后，故障節(jié)點定位誤差值如圖8所示，在節(jié)點13-14之間線路都最有可能發(fā)生故障，采取第二步擬合曲線的匹配。

圖8 故障節(jié)點定位

假設故障點為13-14之間線路，進行匹配結果如圖9所示。

圖9 故障位置匹配

零序電流擬合曲線匹配結果為故障點距支路首端0.339km，實際故障點距支路首端0.325km，誤差為14m，因此測試結果與系統(tǒng)中實際故障位置符合。綜合統(tǒng)計下來，定位絕對誤差不超過50m。

3 結束語

本文以已有故障波形數(shù)據(jù)為基礎，利用序分量法建立線路故障信息庫，并利用電流序分量建立距離和電流的擬合函數(shù)；當故障發(fā)生時，首先比對故障電流與各分支路首端的電流，選擇誤差最小的節(jié)點利用擬合函數(shù)求取具體的位置。仿真結果表明，本文所提方法的定位絕對誤差不超過50m。