張慶明

(廣東電網(wǎng)公司惠州博羅供電局，廣東 惠州 516100)

智能配電網(wǎng)故障定位探討

張慶明

(廣東電網(wǎng)公司惠州博羅供電局，廣東 惠州 516100)

配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)之一，及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)其進(jìn)行故障定位一直是電力工作者研究的重要課題。智能配電網(wǎng)處于研究與實(shí)際應(yīng)用的初期，對(duì)適應(yīng)其自身特點(diǎn)的故障定位技術(shù)也應(yīng)該展開(kāi)研究?，F(xiàn)介紹了智能配電網(wǎng)的特點(diǎn)與意義，指出了中性點(diǎn)接地方式對(duì)故障定位的影響，總結(jié)了智能配電網(wǎng)故障定位的一般步驟和方法，為實(shí)踐中的故障排查提供了理論依據(jù)。

智能配電網(wǎng)；故障定位；行波法；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

0 引言

電能質(zhì)量是電力系統(tǒng)的重要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，也是國(guó)內(nèi)外供電公司共同追求的目標(biāo)。而配電網(wǎng)一直是電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，是用戶停電事故頻發(fā)的環(huán)節(jié)，而且由于配電網(wǎng)一般為中低壓，同時(shí)中性點(diǎn)采用小電流接地方式，導(dǎo)致故障信號(hào)微弱而難以識(shí)別，因此為故障定位造成困難。尤其是配電網(wǎng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障信號(hào)很容易被淹沒(méi)而難以察覺(jué)，在系統(tǒng)運(yùn)行1～2 h后造成停電事故，甚至使得絕緣擊穿、設(shè)備損壞。再者，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，更是接入了分布式電源，故障電流特性隨之改變，因此必須根據(jù)故障電流信息來(lái)改善故障定位方法，保證故障定位策略有效實(shí)施。

配電線路發(fā)生故障后，電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的巡線法將耗費(fèi)大量的人力、物力，且毫無(wú)章法可循，將大大增長(zhǎng)停電時(shí)間，擴(kuò)大停電面積，造成難以估計(jì)的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)的離線診斷方法無(wú)法滿足電力用戶的供電要求，在線選線及在線定位方法已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外故障診斷研究的主流方向。

1 智能配電網(wǎng)的特點(diǎn)與意義

智能配電網(wǎng)除了起到分配電能的作用，還包含大量的技術(shù)創(chuàng)新，包括高級(jí)量測(cè)體系，非電/磁的現(xiàn)代傳感測(cè)量技術(shù)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸與量測(cè)技術(shù)、“即插即用”的并網(wǎng)方式、微電網(wǎng)技術(shù)、基于柔性交流輸電的電能質(zhì)量改善技術(shù)。電網(wǎng)信息雙向流動(dòng)的信息通信構(gòu)架是智能電網(wǎng)的重點(diǎn)所在，實(shí)現(xiàn)供需互動(dòng)，統(tǒng)一化智能處理，達(dá)到電網(wǎng)安全可靠、用戶參與、及時(shí)修復(fù)故障、新能源接入、配電管理可視化與信息化的目的。

隨著電力用戶的增加，我國(guó)電網(wǎng)的裝機(jī)容量也與日俱增，但是電力輸送量越大，系統(tǒng)就越難維持穩(wěn)定運(yùn)行。而且，可持續(xù)發(fā)展政策也要求電力工業(yè)朝著經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保的方向發(fā)展，新能源隨之得到大力發(fā)展，這就推動(dòng)了智能配電網(wǎng)的發(fā)展。智能配電網(wǎng)能夠靈活地調(diào)整電力的供應(yīng)與需求，提高系統(tǒng)的供電可靠性與電能質(zhì)量。隨著信息技術(shù)與傳感技術(shù)的應(yīng)用，先進(jìn)管理方式的融入，智能配電網(wǎng)更加靈活、高效、優(yōu)質(zhì)與可靠。

2 中性點(diǎn)接地方式對(duì)故障定位的影響

2.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)是指系統(tǒng)的中性點(diǎn)經(jīng)容抗后接地，故零序阻抗為容性，故障點(diǎn)接地電流的大小、相位主要取決于系統(tǒng)對(duì)地分布電容。當(dāng)出現(xiàn)瞬時(shí)性故障后，對(duì)地電容電流較小，電弧會(huì)自動(dòng)熄滅，配電網(wǎng)可正常運(yùn)行，但出現(xiàn)單相接地故障后，故障電流約為正常運(yùn)行時(shí)的3倍，線路的長(zhǎng)度會(huì)影響其對(duì)地電容，影響對(duì)故障定位的判定。

2.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

由于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在單相接地故障時(shí)故障電流較大，容易產(chǎn)生過(guò)電壓現(xiàn)象，并且故障點(diǎn)的電弧無(wú)法自行熄滅，故在中性點(diǎn)中接入消弧線圈，可以使得故障電弧熄滅。但消弧線圈的接入如果其容量與電容電流大小不匹配，并不能對(duì)故障電流進(jìn)行有效遏制，對(duì)故障定位也有一定影響，大容量的消弧線圈占地面積大，成本較高。

2.3 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)

中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)也稱為大電流接地系統(tǒng)，中性點(diǎn)電壓固定為地電壓，當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，相電壓不會(huì)升高，降低了線路絕緣要求。中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)一般應(yīng)用于110 kV以上的系統(tǒng)，電壓等級(jí)較高，這種接地方式可以避免故障后電壓升高而造成絕緣損壞。單相接地故障電流一般較大，分析故障電流行波可以進(jìn)行故障定位。

2.4 中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地系統(tǒng)

中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地即在中性點(diǎn)上串接電阻，故障時(shí)可通過(guò)檢測(cè)電阻上電壓的大小來(lái)進(jìn)行跳閘或告警等。流經(jīng)故障點(diǎn)的電流為中性點(diǎn)電流和所有對(duì)地電容電流之和，利用此特點(diǎn)可以粗略確定故障區(qū)域。

3 智能配電網(wǎng)故障定位的一般步驟

(1) 故障定位的第一步是要對(duì)故障類型進(jìn)行判斷，可以通過(guò)觀察零序和負(fù)序電流來(lái)判斷是單相接地故障還是相間短路、兩相接地故障。

(2) 單相接地故障是電力系統(tǒng)中最常見(jiàn)的故障，可以使用三相電流的小波能量熵的和確定故障相，其故障相的小波能量熵的和最大；相間接地故障的非故障相的小波能量熵的和最??；兩相接地故障中也是非故障相的小波能量熵的和最小。

(3) 當(dāng)故障類型和故障相確定之后要先對(duì)故障區(qū)段進(jìn)行定位，一般是通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)逐級(jí)關(guān)斷或開(kāi)啟來(lái)確定本級(jí)或上一級(jí)是否存在短路故障。

(4) 故障的精確定位是在故障區(qū)段定位的基礎(chǔ)上進(jìn)一步精確確定位置的過(guò)程。表1列舉了判斷配電線路在發(fā)生各種不同故障時(shí)的預(yù)定位與精確定位的一般方法。

表1 配電線路故障定位方法

4 智能配電網(wǎng)故障定位方法

4.1 行波法

行波法故障測(cè)距發(fā)展已經(jīng)比較成熟，對(duì)不同類型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和故障類型又分為A～F型行波法。其中A型行波即利用波的反射原理，測(cè)量注入行波和接收到的反射波之間的時(shí)間大小，來(lái)估算故障位置；B型和D型行波是采用雙端檢測(cè)，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，初始行波波頭向兩端傳播，通過(guò)記錄到達(dá)時(shí)刻來(lái)確定故障位置；C型行波是對(duì)故障回路注入特定的脈沖信號(hào)，記錄信號(hào)在故障回路來(lái)回反射的時(shí)間，通過(guò)對(duì)多次反射時(shí)刻的記錄來(lái)較精確地確定故障位置；E型和F型行波測(cè)量的是本端重合閘裝置的動(dòng)作，包括合閘動(dòng)作和分閘動(dòng)作、產(chǎn)生行波以及接收反射波的時(shí)刻，準(zhǔn)確度較高，成本較大。為了提高行波法故障定位的精度，一般采用行波法確定故障區(qū)段，交流定位法確定故障點(diǎn)的位置。圖1為行波法和交流綜合定位法流程圖。

圖1 行波法和交流綜合定位法流程圖

4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時(shí)間較短，屬于一種新型故障定位方法。通過(guò)分布式并行信息處理，對(duì)采集到的各項(xiàng)電氣量進(jìn)行分析，確定故障位置。首先需要建立模型，并用實(shí)際系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算，得到訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本，讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)、記憶，最終用于實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行檢測(cè)。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)要先學(xué)習(xí)才能工作，需要大量的訓(xùn)練和測(cè)試樣本，如果改變電網(wǎng)運(yùn)行方式，則需重新訓(xùn)練，工作量較大。對(duì)于運(yùn)行方式變化不大，且配有饋線終端裝置(FTU)的配電網(wǎng)可以準(zhǔn)確地判斷故障位置。

5 結(jié)語(yǔ)

電力系統(tǒng)中不時(shí)出現(xiàn)各類故障，智能配電網(wǎng)中包含多種科技含量高、性能好的二次檢測(cè)裝置，可以方便地獲得各類故障數(shù)據(jù)，進(jìn)行故障定位。故障定位耗時(shí)少、定位精確能讓電力企業(yè)更及時(shí)地排除故障、恢復(fù)供電，將經(jīng)濟(jì)損失降到最低。

[1] 朱菲菲.智能配電網(wǎng)故障定位研究[D].揚(yáng)州大學(xué)，2012

[2] 楊炎龍.配電網(wǎng)故障定位研究[D].華南理工大學(xué)，2013

[3] 張俊嶺，尹東升，徐旺杰.配電網(wǎng)故障定位方法及其發(fā)展趨勢(shì)[J].山西電力，2014(1)

2014-09-04

張慶明(1977—)，男，廣東惠州人，工程師，研究方向：電力工程。