基于故障距離分布中的配電網(wǎng)故障定位

文／蒼南電力有限責(zé)任公司 賀春茂／

配電網(wǎng)在長(zhǎng)時(shí)間且持續(xù)性的運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)運(yùn)行故障是在所難免的。為提高對(duì)電力系統(tǒng)配電網(wǎng)故障的隔離時(shí)效性，保障配電網(wǎng)的正常運(yùn)行，不受或是盡量少受故障問(wèn)題的影響，需要針對(duì)配電網(wǎng)故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位。傳統(tǒng)意義上所采取的配電網(wǎng)故障定位技術(shù)方式可分為行波法、建立在多點(diǎn)測(cè)量基礎(chǔ)之上的電流判別法以及阻抗法這三種類(lèi)型，均存在不同程度上的應(yīng)用局限性。而建立在故障距離分布基礎(chǔ)之上的配電網(wǎng)故障定位方式充分利用了配電網(wǎng)在出現(xiàn)運(yùn)行故障狀態(tài)下，各個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)所電壓暫將數(shù)據(jù)存在顯著差異的這一特點(diǎn)，通過(guò)故障測(cè)距的方式獲取真實(shí)的故障定位，可操作性高且適用性強(qiáng)。本文試對(duì)其作詳細(xì)分析與說(shuō)明。

一、配電網(wǎng)故障定位中節(jié)點(diǎn)電壓暫降數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建分析

建立在故障距離分布基礎(chǔ)之上的配電網(wǎng)故障定位為最大限度的保障定位處理的有效性與真實(shí)性，首先需要完成的是針對(duì)配電網(wǎng)所對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)電壓暫降數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建。在這一過(guò)程當(dāng)中，需要結(jié)合配電網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)下所表現(xiàn)出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息，在充分考量配電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)不同故障以及過(guò)渡電阻數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，將配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的各種故障的發(fā)生情況進(jìn)行在線化的模擬。按照此種方式，配合對(duì)上述模擬數(shù)據(jù)的潮流計(jì)算方式，則能夠獲取到有關(guān)配電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置，故障相所對(duì)應(yīng)的相位跳變參數(shù)——θ以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置所表現(xiàn)出的電壓暫降幅值參數(shù)——U。結(jié)合上述兩項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)的獲取，則能夠直接計(jì)算得出配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)電壓暫降表現(xiàn)下的實(shí)部數(shù)據(jù)——Ur以及虛部數(shù)據(jù)——Ui。特別值得注意的一點(diǎn)是，在將上述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存至配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓暫降數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的過(guò)程當(dāng)中，數(shù)據(jù)的實(shí)部以及虛部屬性均能夠得到有效保存。

二、配電網(wǎng)故障定位中的故障區(qū)段定位分析

在配電網(wǎng)發(fā)生實(shí)際運(yùn)行故障的情況下，故障距離分布技術(shù)支持：借助于對(duì)配電網(wǎng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)所采集故障相運(yùn)行參數(shù)的統(tǒng)一處理，獲取有關(guān)相位跳變參數(shù)——θ以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置所表現(xiàn)出的電壓暫降幅值參數(shù)——U的實(shí)際數(shù)據(jù)，從而判定電壓暫降狀態(tài)下的實(shí)部與虛部，并將實(shí)際故障所對(duì)應(yīng)的上述的實(shí)部數(shù)據(jù)——Ur以及虛部數(shù)據(jù)——Ui同上一步驟中所構(gòu)建的配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓暫降數(shù)據(jù)庫(kù)中所對(duì)應(yīng)的的實(shí)部數(shù)據(jù)——Ur以及虛部數(shù)據(jù)——Ui進(jìn)行對(duì)比，在此過(guò)程當(dāng)中可確定相應(yīng)的故障區(qū)段以及該故障區(qū)段所對(duì)應(yīng)的過(guò)渡電阻取值范圍。

特別需要注意的一點(diǎn)是：對(duì)于配電網(wǎng)運(yùn)行故障狀態(tài)下所確定的任意故障區(qū)段【p-q】來(lái)說(shuō)，在上一步驟在線模擬過(guò)程當(dāng)中針對(duì)過(guò)渡電阻取值參數(shù)的假定數(shù)據(jù)具有典型的非連續(xù)性特征。從這一角度上來(lái)說(shuō)，在配電網(wǎng)故障定位實(shí)踐操作過(guò)程當(dāng)中，可能出現(xiàn)實(shí)際故障所對(duì)應(yīng)過(guò)渡電阻無(wú)法與在線模擬狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)過(guò)渡電阻相匹配的問(wèn)題，由此也將導(dǎo)致與配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行故障相對(duì)應(yīng)的電壓暫降數(shù)據(jù)不可查?；谝陨戏治觯涸谂潆娋W(wǎng)運(yùn)行故障電阻、電壓暫降的實(shí)部范圍、虛部范圍以及故障電阻數(shù)目均表現(xiàn)為已知性狀態(tài)的情況下，按照下述方法進(jìn)行的配電網(wǎng)區(qū)段確定，可以最大限度的方式實(shí)際故障所對(duì)應(yīng)的區(qū)段不出現(xiàn)漏選問(wèn)題，即：

① 仿真模擬狀態(tài)下【p-q】區(qū)段（x）點(diǎn)電阻對(duì)應(yīng)電壓暫降實(shí)部max值≤配電網(wǎng)實(shí)際故障相電壓暫降實(shí)部數(shù)據(jù)≤仿真模擬狀態(tài)下【p-q】區(qū)段（x＋1）點(diǎn)電阻對(duì)應(yīng)電壓暫降實(shí)部max值；

圖1 配電網(wǎng)過(guò)渡電阻與仿真模擬下【p-q】電壓暫降取值范圍示意圖

② 仿真模擬狀態(tài)下【p-q】區(qū)段電壓暫降實(shí)部取值范圍max值≤配電網(wǎng)實(shí)際故障相電壓暫降虛部數(shù)據(jù)≤仿真模擬狀態(tài)下【p-q】區(qū)段電壓暫降虛部取值范圍max值。與之相對(duì)應(yīng)的電壓暫降取值范圍示意圖如下圖所示（見(jiàn)圖1）。

基于上述分析可知：若在配電網(wǎng)實(shí)際故障狀態(tài)下，參照配電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)故障相所獲取數(shù)據(jù)信息計(jì)算得出的電壓暫降實(shí)部數(shù)據(jù)——Ur以及虛部數(shù)據(jù)——Ui均能夠同時(shí)滿足上述①、②式要求，則可以判定仿真模擬狀態(tài)下的【p-q】區(qū)段為配電網(wǎng)運(yùn)行故障所在區(qū)段。與此同時(shí)，按照（x）點(diǎn)電阻以及（x＋1）點(diǎn)電阻方式所確定的電阻值應(yīng)當(dāng)判定為配電網(wǎng)運(yùn)行故障所對(duì)應(yīng)的過(guò)渡電阻參數(shù)。特別需要注意的一點(diǎn)是：在配電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，建立在同等電力距離參數(shù)基礎(chǔ)之上，各節(jié)點(diǎn)所發(fā)生故障可能以同等相位跳變數(shù)據(jù)以及同等電壓暫降數(shù)據(jù)反映在配電網(wǎng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)之上，故在應(yīng)用此種方式進(jìn)行配電網(wǎng)故障區(qū)段定位處理的過(guò)程當(dāng)中，所確定的故障區(qū)段并非局限于唯一解。

三、配電網(wǎng)故障定位中的故障點(diǎn)定位分析

在上一步驟完成對(duì)配電網(wǎng)故障區(qū)段確定的作用之下，故障點(diǎn)的確定方式應(yīng)當(dāng)配合配電網(wǎng)各個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)所采集到的三相故障電壓指標(biāo)、電流指標(biāo)以及故障距離分布函數(shù)的方式進(jìn)行綜合確定。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在發(fā)生運(yùn)行故障之后，配電網(wǎng)各個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)到的過(guò)渡電阻值、三相故障狀態(tài)下的電壓值以及電流值均應(yīng)當(dāng)作為已知數(shù)據(jù)，帶入故障距離分布函數(shù)當(dāng)中。在這一函數(shù)進(jìn)行綜合運(yùn)算的過(guò)程當(dāng)中，均可以得到如上文中所述的實(shí)部方程——配電網(wǎng)故障發(fā)生后，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)電壓實(shí)部參數(shù)以及虛部方程——配電網(wǎng)故障發(fā)生后，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)電壓虛部參數(shù)。在此基礎(chǔ)之上還可以獲取與之相對(duì)應(yīng)的實(shí)部及虛部故障距離。上述兩項(xiàng)數(shù)據(jù)的判定結(jié)果可分為兩種類(lèi)型：第一種是實(shí)部及虛部故障距離取值均在【0-1】該區(qū)間范圍之內(nèi)，這意味該取值區(qū)間即為發(fā)生故障點(diǎn)的真實(shí)位置；第二種是實(shí)部及虛部故障距離取值不在【0-1】該區(qū)間范圍之內(nèi)，這意味著該取值區(qū)間并非為發(fā)生故障點(diǎn)的真實(shí)位置。在出現(xiàn)第二種情況的作用下，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步采取下述方法：

首先需要采取逐步逼近搜索法，針對(duì)配電網(wǎng)故障狀態(tài)下可能表現(xiàn)出的過(guò)渡電阻值參數(shù)予以確定（注意：最為合理的過(guò)渡電阻值參數(shù)應(yīng)當(dāng)滿足在取值范圍內(nèi)差異度之和的最小化條件）。按照此種方式可以進(jìn)一步定義故障距離，即：

故障距離=（配電網(wǎng)m相分布函數(shù)實(shí)部方程下故障距離＋配電網(wǎng)i相分布函數(shù)虛部方程下故障距離）/2

按照此種方式，僅對(duì)于故障距離而言，故障距離只涉及到故障相，而對(duì)于非故障相所表現(xiàn)出的分布函數(shù)實(shí)虛部故障距離均應(yīng)當(dāng)表現(xiàn)為零值狀態(tài)。由此，在針對(duì)配電網(wǎng)故障進(jìn)行定位的過(guò)程當(dāng)中，僅需考量故障相所對(duì)應(yīng)的故障距離，其和與故障相相位相除所得的結(jié)果即可以判定為故障分布函數(shù)下配電網(wǎng)最終故障距離。

四、配電網(wǎng)故障定位中的排序算法分析

對(duì)于經(jīng)由故障距離分布方式所獲取的可能故障點(diǎn)而言，若配電網(wǎng)故障相各相在故障距離分布方式作用下所計(jì)算得出的故障距離基本表現(xiàn)為一致?tīng)顟B(tài)，或是取值無(wú)線接近，則意味著該可能故障點(diǎn)表現(xiàn)為實(shí)際故障點(diǎn)。在這一情況下，配電網(wǎng)各相最終所確定的故障距離也應(yīng)當(dāng)始終保持極小的偏差值。然而，若經(jīng)由故障距離分布方式所獲取的可能故障點(diǎn)屬于偽故障點(diǎn)，則勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)故障相所表現(xiàn)出的實(shí)部故障距離與虛部故障距離總體差異度明顯，同時(shí)配電網(wǎng)各個(gè)故障相所確定的故障距離差異度也保持在較大水平。在有關(guān)配電網(wǎng)故障定位的實(shí)際工作過(guò)程當(dāng)中，可以按照——綜合差異度=配電網(wǎng)故障相實(shí)部故障距離與虛部故障距離差異度＋配電網(wǎng)各個(gè)故障相所確定故障距離差異度的方式，針對(duì)經(jīng)由故障距離分布方式所獲取的所有可能故障點(diǎn)差異度參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。在此基礎(chǔ)之上，還可以將相關(guān)結(jié)果進(jìn)行排序。不難發(fā)現(xiàn)，此種排序結(jié)果即為經(jīng)由故障距離分布方式所確定各個(gè)可能故障點(diǎn)為實(shí)際故障點(diǎn)的可能性程度。一般情況下，可能故障點(diǎn)為實(shí)際故障點(diǎn)的可能性程度越高，則排序順序越是靠前。

五、結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且分支眾多，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中難免會(huì)出現(xiàn)各種類(lèi)型的運(yùn)行故障。從這一角度上來(lái)說(shuō)，為及時(shí)隔離故障，保障配電網(wǎng)的正常與穩(wěn)定運(yùn)行，配電網(wǎng)故障定位工作的開(kāi)展就顯得至關(guān)重要?？偠灾?，本文針對(duì)有關(guān)基于故障距離分布的配電網(wǎng)故障定位相關(guān)問(wèn)題做出了簡(jiǎn)要分析與說(shuō)明，希望能夠?yàn)榻窈笙嚓P(guān)研究與實(shí)踐工作的開(kāi)展提供一定的參考與幫助。

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