梁 睿， 孟祥震， 周魯天， 彭 楠

(江蘇省煤礦電氣與自動(dòng)化工程實(shí)驗(yàn)室 (中國(guó)礦業(yè)大學(xué)電氣與動(dòng)力工程學(xué)院),江蘇 徐州 221116)

0 引言

配電網(wǎng)是連接輸電網(wǎng)與電力用戶的紐帶，配電網(wǎng)故障定位是提高需求側(cè)供電可靠性的基礎(chǔ)性工作，是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化的中心技術(shù)環(huán)節(jié)，同時(shí)也是保證整個(gè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要工作之一。由于故障選線只能粗略確定故障所在饋線，近年來(lái)的研究多集中于故障區(qū)段定位和故障精確定位這兩種精度更高的配電網(wǎng)故障定位技術(shù)的應(yīng)用。但相較于輸電線路，配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，支路線路較多，運(yùn)行方式也更多樣。這無(wú)疑給配電網(wǎng)的故障定位技術(shù)研發(fā)帶來(lái)了更多的難題與挑戰(zhàn)。

目前應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)產(chǎn)品多數(shù)仍僅能實(shí)現(xiàn)故障所在線路的確定，在靈敏性與可靠性方面不盡人意。而故障區(qū)段定位，可以實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)所在故障區(qū)段的確定，以便隔離故障并恢復(fù)非故障區(qū)域的供電。故障精確定位，即實(shí)現(xiàn)故障位置的直接定位，避免人工巡查檢出故障點(diǎn)。采用中性點(diǎn)有效接地方式的配電網(wǎng)故障特征明顯，其故障定位技術(shù)主要面臨網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、線路分支多帶來(lái)的問(wèn)題，但我國(guó)的配電網(wǎng)絡(luò)多采用中性點(diǎn)非有效接地，即小電流接地方式，因此還須克服故障特征信號(hào)微弱的難題。

本文將結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新研究成果，對(duì)配電網(wǎng)故障區(qū)段定位和故障精確定位兩類技術(shù)進(jìn)行歸納論述，概略分析。重點(diǎn)關(guān)注在配電網(wǎng)中最為常見(jiàn)的單相接地故障，同時(shí)基于目前的研究現(xiàn)狀，對(duì)配電網(wǎng)故障定位的發(fā)展方向趨勢(shì)進(jìn)行展望。

1 故障區(qū)段定位

配電網(wǎng)故障區(qū)段定位可以及時(shí)可靠地確定故障區(qū)段，以便隔離該故障區(qū)域并恢復(fù)非故障區(qū)域的供電，盡量縮小巡線范圍，為搶修人員排除故障，提供盡可能的幫助。這對(duì)于提高需求側(cè)供電可靠性、實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行具有重要意義，同時(shí)，區(qū)段定位也為線路的自動(dòng)化保護(hù)動(dòng)作提供了重要依據(jù)?，F(xiàn)階段，主要是基于測(cè)量得到的電壓、電流或其他參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)及時(shí)可靠的故障區(qū)段定位的研究。

1.1 穩(wěn)態(tài)電氣量特征的區(qū)段定位

配電網(wǎng)區(qū)段定位可以通過(guò)監(jiān)測(cè)各處區(qū)段的故障電流幅值、相角、方向和電壓幅值等穩(wěn)態(tài)電氣量來(lái)實(shí)現(xiàn)。故障發(fā)生后，故障點(diǎn)周圍測(cè)量點(diǎn)的電氣量會(huì)發(fā)生明顯變化，可利用這種穩(wěn)態(tài)信息差異確定故障區(qū)段。

文獻(xiàn)[1]利用故障點(diǎn)上游區(qū)段相電流突變量與相電壓突變量導(dǎo)數(shù)正相關(guān)而故障點(diǎn)下游區(qū)段負(fù)相關(guān)的性質(zhì)確定故障區(qū)段。該方法克服了現(xiàn)有配電網(wǎng)單相接地故障區(qū)段定位通信量大以及零序電氣量難以測(cè)量的缺點(diǎn)，具有自舉性，在不具備通信條件的配電網(wǎng)中通過(guò)故障指示器的形式實(shí)現(xiàn)，在具備通信條件下上傳數(shù)據(jù)量少，通信系統(tǒng)負(fù)擔(dān)小。文獻(xiàn)[2]提出一種基于相電流故障分量的配電網(wǎng)區(qū)段定位方法。在單相接地故障期間，非故障相的故障電流分量與故障點(diǎn)后區(qū)段電流分量的振幅和波形相同，而在故障點(diǎn)和母線之間的部分有很大不同，所以在部分位置安裝故障檢測(cè)裝置，測(cè)量和比較不同位置的三相故障電流分量，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定故障區(qū)段。

隨著分布式電源(distribution generation，DG)的發(fā)展，對(duì)含有DG的配電網(wǎng)故障定位也是目前研究的熱門。文獻(xiàn)[3]通過(guò)在某線路區(qū)段內(nèi)比較整定值與故障點(diǎn)上下游故障電流幅值比確定故障區(qū)段。該方法無(wú)須改變?cè)械倪^(guò)電流檢測(cè)整定值，簡(jiǎn)單易行，在DG容量低、對(duì)電壓變化影響不大的系統(tǒng)中適用。文獻(xiàn)[4]提出一種比較區(qū)段內(nèi)的克拉克α、β模電流相角差值與零的關(guān)系進(jìn)行故障定位方法。該方法僅須測(cè)量電流，可在故障發(fā)生后10 ms內(nèi)檢測(cè)出故障，且不受由DG、負(fù)載投切變化所引起的非故障狀態(tài)擾動(dòng)的影響，能夠在微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤島運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)故障定位方法的統(tǒng)一。

通常情況下，依據(jù)故障后穩(wěn)態(tài)信息差異性的區(qū)段定位不需要大量的數(shù)學(xué)計(jì)算，并且通信量較少，通過(guò)少量信息即可確定故障區(qū)段。

1.2 暫態(tài)電氣量特征的區(qū)段定位

除了穩(wěn)態(tài)之外，故障區(qū)段定位也經(jīng)常選取暫態(tài)電氣量。利用零序電壓、電流的特征差異區(qū)分健康線路與故障線路。

文獻(xiàn)[5]提出一種利用變電站出線端和非出線端故障線路分支的零序電流確定故障區(qū)段的方法。該方法在故障分支上測(cè)量消弧線圈參數(shù)改變前后零序電流、電壓的突變量來(lái)確定故障區(qū)段，但在配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特征復(fù)雜的情況下將降低定位準(zhǔn)確率。文獻(xiàn)[6]提出構(gòu)造基波零序電流故障方向測(cè)度和暫態(tài)相電流故障方向測(cè)度，指示單個(gè)測(cè)量點(diǎn)饋線終端設(shè)備(feeder terminal unit，F(xiàn)TU)的故障方向，定量評(píng)價(jià)故障特征的明顯程度，并根據(jù)多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的故障方向測(cè)度構(gòu)建故障定位多目標(biāo)函數(shù)。該方法只需FTU測(cè)量一相電壓和三相電流，降低了設(shè)備投入成本，采用優(yōu)化求解思想提高了故障定位的容錯(cuò)性能，對(duì)故障初始角、過(guò)渡電阻及噪聲影響呈現(xiàn)較強(qiáng)耐受性。文獻(xiàn)[7]提出利用故障上下游區(qū)段具有不同的諧振頻率，并使用K-means聚類算法提取線路測(cè)量點(diǎn)暫態(tài)重心頻率，結(jié)合重心頻率的幅值特征以確定故障區(qū)段。該方法能克服信息畸變引起的誤判, 容錯(cuò)性能較好, 但上傳信息為單一的方向標(biāo)識(shí), 未區(qū)分信號(hào)的可靠程度, 對(duì)特征信息的利用不夠充分。文獻(xiàn)[8]提出一種利用上下游間暫態(tài)電流相似性和極性關(guān)系的不同以確定故障區(qū)段的方法，該方法消除了定位盲區(qū)，提高了暫態(tài)定位原理的可靠性和適應(yīng)性。

在DG接入的配電網(wǎng)中，通過(guò)暫態(tài)量與故障區(qū)段的數(shù)學(xué)關(guān)系推導(dǎo)來(lái)定位也是未來(lái)有源配電網(wǎng)發(fā)展的重點(diǎn)。文獻(xiàn)[9]利用故障點(diǎn)處由各電源共同作用產(chǎn)生的零序故障電流與由各DG測(cè)量點(diǎn)處的零序故障電流相等的關(guān)系來(lái)確定故障區(qū)段。該方法在DG較少時(shí)準(zhǔn)確率較高，且不受系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、故障時(shí)間和接地電阻的影響。

相較于穩(wěn)態(tài)電氣量特征的故障區(qū)段定位，暫態(tài)電氣量不易監(jiān)測(cè)，所以暫態(tài)電氣量特征的區(qū)段定位多以對(duì)比故障點(diǎn)附近暫態(tài)信息的差異來(lái)確定。在接入DG的配電網(wǎng)中，還須考慮DG對(duì)配電網(wǎng)電氣特征的影響，在限制一定DG滲透率的情況下，基于穩(wěn)態(tài)的故障區(qū)段定位依然可以使用。在暫態(tài)中，基于在DG處產(chǎn)生的零序故障電流與故障點(diǎn)零序故障電流相等的關(guān)系，提出了一系列故障精確定位的方法。

2 故障精確定位

配電網(wǎng)故障精確定位目的在于快速定位出準(zhǔn)確的故障位置，避免人工巡查故障點(diǎn)，迅速及時(shí)地排除故障，修復(fù)線路和恢復(fù)供電。這對(duì)保證配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行意義重大。

目前關(guān)于配電網(wǎng)故障精確定位的研究多致力于解決分支線路較為繁多或故障特征較為微弱的問(wèn)題。配電網(wǎng)故障精確定位主要有阻抗法、非阻抗分析的穩(wěn)態(tài)故障精確定位方法、行波法和非行波分析的暫態(tài)故障精確定位方法4種分類。

2.1 阻抗法定位

阻抗法是一種經(jīng)典的精確定位方法，基本原理是根據(jù)故障回路阻抗與故障距離成正比實(shí)現(xiàn)定位。但阻抗法定位精度高度依賴準(zhǔn)確線路參數(shù)獲知，相關(guān)人員對(duì)傳統(tǒng)阻抗法進(jìn)行了改進(jìn)研究，使其可以適應(yīng)配電網(wǎng)支路端口多、負(fù)荷影響大的狀況，并已取得了一定成果。

阻抗法多利用線路的單端電氣量進(jìn)行故障距離的計(jì)算，方法簡(jiǎn)單，但是誤差較大。為解決該問(wèn)題，文獻(xiàn)[10]基于傳統(tǒng)的解微分方程算法進(jìn)行改進(jìn)，解決了高阻接地故障時(shí)測(cè)距誤差過(guò)大的問(wèn)題。該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，僅需單端數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)[11]提出一種適用于配電網(wǎng)的廣義單端阻抗故障定位方法，利用單端線路數(shù)據(jù)，建立新的電流分配因數(shù)表達(dá)式，并定義了誤差指數(shù)來(lái)衡量多重估算的誤差的影響。該方法定位速度較快，精度可靠。文獻(xiàn)[12]提出基于節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的配電網(wǎng)故障精確定位改進(jìn)算法，采用靜態(tài)電壓特性的負(fù)荷模型代替恒阻抗負(fù)荷模型，模擬配電網(wǎng)中存在的中間負(fù)荷及分支，并提出將精確定位與配電網(wǎng)的饋線自動(dòng)化功能結(jié)合以減少偽故障點(diǎn)的個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)故障定位。該方法僅利用變電站出線電壓和電流值，就能確定故障精確位置，可以較好適應(yīng)負(fù)荷變動(dòng)。文獻(xiàn)[13]提出一種基于阻抗的不平衡功率定位的方法，通過(guò)在變電站測(cè)量電壓和電流值，推導(dǎo)出適用于多種故障類型的故障定位方程，克服了現(xiàn)有阻抗法需要故障識(shí)別的弊端。該方法也綜合考慮了多種配電網(wǎng)的不平衡條件，具有良好的適應(yīng)性與可靠性。

通常情況下，阻抗法故障精確定位的經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)較低，適合在大規(guī)模配電網(wǎng)中應(yīng)用。但其易受線路阻抗、線路負(fù)荷和電源參數(shù)的影響，且在分支數(shù)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電網(wǎng)中的可靠性仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.2 非阻抗分析的穩(wěn)態(tài)故障精確定位

在故障精確定位中，非阻抗分析的穩(wěn)態(tài)故障精確定位方法眾多。在穩(wěn)態(tài)電氣量特征中，部分方法通過(guò)尋找穩(wěn)態(tài)電氣量特征與故障距離的數(shù)學(xué)關(guān)系確定故障距離。

文獻(xiàn)[14]基于遺傳算法建立了改進(jìn)的配電網(wǎng)故障定位數(shù)學(xué)模型，根據(jù)故障診斷理論中最小集的概念建立了環(huán)網(wǎng)開(kāi)環(huán)運(yùn)行配電網(wǎng)的故障定位統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用廣義分級(jí)的處理思想提高了故障定位的效率。文獻(xiàn)[15]提出一種基于脈沖響應(yīng)(圖像)的時(shí)域故障定位方法，在正常運(yùn)行下捕獲電力系統(tǒng)的電子圖像，在故障檢測(cè)之后，獲取更新的電子圖像并與其進(jìn)行差異比較，以此估計(jì)故障距離。文獻(xiàn)[16]提出了一種基于分支電流狀態(tài)的故障位置的方法，首先使用基于迭代狀態(tài)估計(jì)算法來(lái)查找到距離故障位置最近的節(jié)點(diǎn)，然后檢測(cè)連接到選定節(jié)點(diǎn)的所有線路并定位故障。該方法在不同故障類型中均具有良好的準(zhǔn)確性和魯棒性。

如今，隨著配電網(wǎng)中智能設(shè)備安裝量的增加、配電網(wǎng)自動(dòng)化程度的提高與通信技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出使用智能測(cè)量設(shè)備的故障定位方法。常見(jiàn)的智能化設(shè)備有:故障指示器、同步相量測(cè)量單元(phasor measurement unit，PMU)、智能電表、智能終端饋線儀表、分段器等設(shè)備。

文獻(xiàn)[17]提出了一種在配電網(wǎng)中多端非均勻傳輸線的精確定位方法，在架空線路與電纜的混合線路中，使用PMU獲得電壓和電流值。首先，通過(guò)故障選線縮小可疑的故障區(qū)域，再通過(guò)計(jì)算每個(gè)測(cè)量單元的歸一化程度，推算故障精確位置。文獻(xiàn)[18]提出一種利用具有電壓暫降監(jiān)視功能的智能終端饋線儀表確定故障精確位置的方法，通過(guò)監(jiān)測(cè)在配電網(wǎng)不同節(jié)點(diǎn)的電壓來(lái)估算故障位置?；诓煌墓收宵c(diǎn)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣，將不同節(jié)點(diǎn)儀表測(cè)量的電壓暫降與故障電流相關(guān)聯(lián)。為了提高準(zhǔn)確性，將負(fù)載用恒定阻抗模型表示，并納入阻抗矩陣，確定故障位置。文獻(xiàn)[19]提出一種通過(guò)稀疏表示矢量，模糊集理論和機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)的配電網(wǎng)故障精確定位方法，須沿主要饋線安裝智能電表監(jiān)測(cè)線路故障前和故障時(shí)的電壓。由測(cè)得電壓下沿值產(chǎn)生一個(gè)矢量，其維數(shù)小于系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。通過(guò)故障電流矢量，用模糊集均值理論，分析非零值來(lái)估計(jì)可能的故障位置。

在DG接入的配電網(wǎng)系統(tǒng)中，利用DG端的電氣量與故障點(diǎn)電氣量的關(guān)系確定故障距離是目前的含DG式配電網(wǎng)故障精確定位的熱點(diǎn)。

文獻(xiàn)[20]提出了一種通過(guò)測(cè)量主變電站和DG的電壓和電流值，從而獲得故障節(jié)點(diǎn)的距離的方法。此方法不必識(shí)別故障類型，并且消除了多識(shí)別算法導(dǎo)致的誤差。文獻(xiàn)[21]也提出了一種使用主變電站和DG端記錄的測(cè)量值來(lái)確定精確距離的方法?；诘绷魉惴?，提出了一種故障定位方程，將同步角度視為未知變量進(jìn)行估算，因此無(wú)須同步測(cè)量。此法適用于多種故障類型及不同的DG，且通過(guò)簡(jiǎn)單算法修正，即可在任何分布式潮流條件下實(shí)現(xiàn)故障精確定位。文獻(xiàn)[22]提出最小故障電抗概念，該方法于網(wǎng)絡(luò)單元監(jiān)測(cè)相電流，使用斐波那契階梯搜索技術(shù)，估算每個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元對(duì)故障點(diǎn)的影響，確定故障位置。此方法不必建立各個(gè)參數(shù)模型，且適用于含有DG的配電網(wǎng)類型。

通過(guò)穩(wěn)態(tài)電氣量特征確定故障距離是比較常見(jiàn)的方式，特別是智能化測(cè)量設(shè)備以及配電自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用為基于穩(wěn)態(tài)電氣量特征的定位提供了廣闊的發(fā)展空間，在含有DG的情況下，可在DG側(cè)加裝測(cè)量設(shè)備。穩(wěn)態(tài)電氣量特征的故障精確定位在未來(lái)大有可為。

2.3 行波法定位

根據(jù)行波理論，線路發(fā)生故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生向系統(tǒng)其他部分傳播的行波信號(hào)，因此可以通過(guò)在線路上檢測(cè)故障行波實(shí)現(xiàn)故障精確定位。其基本原理有通過(guò)測(cè)量故障行波在故障點(diǎn)和測(cè)量端往返時(shí)間精確定位(單端法)和行波到達(dá)不同測(cè)量端的時(shí)間差精確定位(雙端法)。行波精確定位受故障類型、負(fù)荷變化及系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響較小，但要求對(duì)行波信號(hào)的準(zhǔn)確檢測(cè)。近年來(lái)，相關(guān)人員基于擴(kuò)展的雙端精確定位原理，結(jié)合行波傳輸?shù)母鱾€(gè)變電站的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障定位的廣域行波定位成為趨勢(shì)。

文獻(xiàn)[23]利用迭代算法提取出更為準(zhǔn)確的零模波速度，再基于模量行波傳輸時(shí)間差實(shí)現(xiàn)故障的雙端定位。該方法可以有效定位主線路或支路線路上的故障點(diǎn)，且無(wú)須時(shí)間同步。文獻(xiàn)[24]提出通過(guò)識(shí)別來(lái)自故障點(diǎn)和不連續(xù)點(diǎn)的反射波來(lái)確定故障區(qū)段，從而找出與故障點(diǎn)相關(guān)的兩個(gè)反射波，并由這兩個(gè)波的最大相關(guān)時(shí)間計(jì)算得到故障點(diǎn)到測(cè)量點(diǎn)的距離。該方法主要與故障位置和線路結(jié)構(gòu)有關(guān)，具有良好的精度。文獻(xiàn)[25]分別建立故障前后行波到達(dá)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間差矩陣，再通過(guò)比較兩個(gè)矩陣的差異值實(shí)現(xiàn)故障定位。該方法不受線路結(jié)構(gòu)、分支數(shù)量的影響，且在行波到達(dá)時(shí)間誤差較大的情況下也能實(shí)現(xiàn)定位。文獻(xiàn)[26]構(gòu)建配電網(wǎng)關(guān)聯(lián)矩陣和距離矩陣，利用末端的行波到達(dá)精確時(shí)間信息和配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)矩陣，剔除無(wú)效的波頭時(shí)間信息，再基于有效的波頭時(shí)間信息實(shí)現(xiàn)故障定位。該方法僅利用配電網(wǎng)末端時(shí)間信息進(jìn)行故障定位，不需要使用行波其他特征量，不受配電網(wǎng)參數(shù)變化帶來(lái)的影響。文獻(xiàn)[27]依據(jù)線模行波突變與傳播特性，主動(dòng)從線路首端三相同時(shí)注入高壓脈沖，測(cè)得各相返回的行波數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障精確定位。該方法消除了配電網(wǎng)中不平衡負(fù)載的影響，降低誤動(dòng)率。

文獻(xiàn)[28]首先通過(guò)故障信號(hào)頻域分析，得到故障點(diǎn)的特征頻率，根據(jù)頻域分析得到故障初步位置，然后結(jié)合故障信號(hào)時(shí)域分析，利用初始波頭與反射波頭時(shí)間差實(shí)現(xiàn)故障精確定位。該方法能精確地辨別反映故障距離的對(duì)端母線反射波頭，提高行波頻域分析的精度與時(shí)域分析的可行性，通過(guò)對(duì)故障暫態(tài)信號(hào)的時(shí)頻域綜合分析，實(shí)現(xiàn)故障精確定位。文獻(xiàn)[29]基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和維格納維爾分布瞬時(shí)能量曲線，確定故障初始波頭的到達(dá)時(shí)刻，并且提出了一種監(jiān)測(cè)電纜兩端電壓波形過(guò)零點(diǎn)的電纜雙端故障定位算法，解決了雙端數(shù)據(jù)不同步的問(wèn)題。本文提出的雙端故障定位算法與需同步的雙端算法相比，具有較高的定位精度。

現(xiàn)階段，行波法故障精確定位實(shí)驗(yàn)效果達(dá)標(biāo)，方法理論上具備較高的可行性。但由于配電網(wǎng)規(guī)模龐大，支路眾多，混合線路中波阻抗可變，行波折反射情況復(fù)雜，保證波信號(hào)的準(zhǔn)確獲取仍存在問(wèn)題。

2.4 非行波分析的暫態(tài)故障精確定位

除了暫態(tài)行波信號(hào)，近年來(lái)涌現(xiàn)出大量基于其他暫態(tài)電氣量特征的故障精確定位的研究。由于故障精確定位要求高，所以應(yīng)用暫態(tài)電氣量特征的精確定位多集中于電氣量與故障距離的數(shù)學(xué)關(guān)系。行波法是通過(guò)尋找行波的傳播過(guò)程中，故障距離與行波傳播時(shí)間的數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)進(jìn)行精確定位。在暫態(tài)電氣量特征的精確定位里，還有很多類似的方法。

文獻(xiàn)[30]利用母線電壓暫降和相位跳變與線路區(qū)段的距離關(guān)系進(jìn)行區(qū)段定位，所需測(cè)量裝置少，使用的數(shù)據(jù)容易獲得。該方法適用于各種類型故障，可估算出故障電阻，能準(zhǔn)確地確定故障區(qū)段和故障距離，解決了輻射狀配電網(wǎng)中故障定位不準(zhǔn)確和偽故障點(diǎn)問(wèn)題。但是電壓暫降受故障位置、系統(tǒng)元件故障率、氣候環(huán)境以及保護(hù)可靠性等因素影響，具有不確定性。文獻(xiàn)[31]提出了一種基于特征根的單端測(cè)距方法。由暫態(tài)零序電壓、電流象函數(shù)的特征方程，得到了象函數(shù)測(cè)距方程，同時(shí)，利用特征頻段的性質(zhì)，采用搜索法求解超越方程，實(shí)現(xiàn)故障精確定位。文獻(xiàn)[32]提出一種基于故障后實(shí)時(shí)分布參數(shù)線路零序特征的精確定位的方法，通過(guò)分析故障后零序電壓、零序電流的沿線分布特征，利用非故障線路采樣信息，辨識(shí)故障線路零序參數(shù)。該方法定位精度高，適用范圍廣。文獻(xiàn)[33]提出基于故障暫態(tài)信號(hào)及其衰減特征的單相接地故障精確定位方法，利用故障時(shí)非故障相電壓升高引起的線路電容充電暫態(tài)信號(hào)及其衰減特征，確定暫態(tài)信號(hào)有效區(qū)段，并利用S變換準(zhǔn)確計(jì)算故障距離。該方法只需單端測(cè)量，不受故障狀況，負(fù)荷系統(tǒng)不平衡等干擾，但對(duì)特征信息提取的準(zhǔn)確性要求較高。

文獻(xiàn)[34]提出了一種基于小波變換的分析電壓暫態(tài)波形故障精確定位方法，該方法包括兩個(gè)主要階段。首先，使用離散小波變換算法分析行波到達(dá)不同測(cè)量單元的時(shí)間差來(lái)確定故障區(qū)段，再通過(guò)分析電壓暫態(tài)頻率確定故障準(zhǔn)確位置。此方法具有良好的準(zhǔn)確性，且能適應(yīng)多種故障狀態(tài)。文獻(xiàn)[35]提出了一種基于阻抗和暫態(tài)量的綜合配電網(wǎng)故障定位方法，該方法一方面使用擴(kuò)展的視在阻抗分析法來(lái)計(jì)算故障距離，同時(shí)考慮到線路的不平衡運(yùn)行、中間負(fù)載、時(shí)變負(fù)荷曲線等影響因素；另一方面，通過(guò)分析故障產(chǎn)生的暫態(tài)行波的頻譜，從而識(shí)別其需要的特征頻率成分，結(jié)合故障距離信息與可能故障位置的特征頻率實(shí)現(xiàn)定位。文獻(xiàn)[36]利用行波所走路徑不同導(dǎo)致母線測(cè)量點(diǎn)的自然頻率和幅值不同的性質(zhì)確定精確位置,使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)算法擬合行波傳播路徑與自然頻率及其幅值分布之間存在著映射關(guān)系。該方法中分層分布式ANN故障定位模型學(xué)習(xí)效率高、收斂快、測(cè)試效果好,但是此方法主要針對(duì)強(qiáng)故障模態(tài)下穩(wěn)定型故障進(jìn)行故障定位，而對(duì)于弱故障模態(tài)下的故障分支識(shí)別及電弧性故障有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，配電網(wǎng)故障定位技術(shù)發(fā)展見(jiàn)圖1。

圖1 方法類別框架Fig.1 Method classification framework

3 配電網(wǎng)故障定位工程應(yīng)用與現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，部分配電網(wǎng)區(qū)段定位技術(shù)已應(yīng)用于實(shí)際工程中：

主動(dòng)信號(hào)注入設(shè)備在工程中已經(jīng)得到了運(yùn)用，但間歇性電弧會(huì)導(dǎo)致注入信號(hào)不連續(xù)、特征被破壞，因此實(shí)際效果并不理想。

基于故障電流、零序電流檢測(cè)的接地/短路故障指示器已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，并在配電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。但從實(shí)際效果看，故障指示器在處理接地故障時(shí)效果一般，因此部分廠家又提出故障指示器與主動(dòng)信號(hào)注入裝置的結(jié)合以提高接地故障的可靠性。

FTU在配網(wǎng)工程中也得到了一定的應(yīng)用，效果良好，但裝置單價(jià)偏高，對(duì)線路運(yùn)行環(huán)境與自動(dòng)化程度要求也較高，難以大面積推廣。且FTU與故障指示器均需要設(shè)備布置密度來(lái)確保精度。

配電網(wǎng)精確定位應(yīng)是與區(qū)段定位信息共享，互為補(bǔ)充的技術(shù)方法?，F(xiàn)階段，行波法的應(yīng)用可行性相對(duì)較高，但整體仍處于研究實(shí)驗(yàn)階段。

此外，為實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)在非健全故障信息情況下的容錯(cuò)故障處理,文獻(xiàn)[37]提出一種基于貝葉斯分析，利用多相故障信息的相關(guān)性進(jìn)行容錯(cuò)故障定位的方法，針對(duì)永久性故障下的架空配電網(wǎng)，將重合閘過(guò)程中的故障信息進(jìn)行融合得出更加準(zhǔn)確的故障定位結(jié)果。在故障定位與隔離有誤的情況下，融合恢復(fù)供電過(guò)程中的故障信息再次進(jìn)行故障定位，并對(duì)故障處理結(jié)果進(jìn)行修正控制，提出完整的容錯(cuò)故障處理流程。

文獻(xiàn)[38—39]利用來(lái)自各個(gè)位置的單相接地定位信息之間的相互關(guān)聯(lián)性，以及多種定位原理上報(bào)的定位信息的冗余性,實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)故障定位。所提方法無(wú)須改變己有配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站，也不用傳送波形信息。在增設(shè)基于暫態(tài)參數(shù)識(shí)別和相電流突變?cè)淼呐潆娊K端后,該方法已在實(shí)際工程中應(yīng)用。實(shí)際效果表明，在單相接地定位終端數(shù)量較多且單臺(tái)終端采用多個(gè)定位原理的情況下，容錯(cuò)效果較為理想。但在為達(dá)到理想的容錯(cuò)效果需要在單臺(tái)終端上配置的定位原理數(shù)量，以及在單條饋線上至少需配置的單相接地定位終端數(shù)量方面仍需后續(xù)研究。

4 配電網(wǎng)故障定位技術(shù)展望

為了保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的提高，配電網(wǎng)的故障定位的要求也越來(lái)越高。在輸電網(wǎng)上，故障定位技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用，但配電網(wǎng)具有電壓等級(jí)多、支路數(shù)量多、運(yùn)行方式多樣、運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜、饋線投切頻繁、線路拓?fù)渚哂锌勺冃缘忍攸c(diǎn)，大多數(shù)故障定位方法在適用范圍上存在局限性。同時(shí)由于現(xiàn)階段三遙功能在配網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用并不理想、配電網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量精度不夠，導(dǎo)致部分高度依賴主站、子站、及饋線間的流暢通信或單一故障參數(shù)精確測(cè)量的定位方法在實(shí)際中很難達(dá)到理論效果。

結(jié)合配電網(wǎng)故障定位的研究現(xiàn)狀與存在問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行了展望。

4.1 集中式與分布式故障定位的充分配合

多篇文獻(xiàn)均有提及分布式接地故障定位技術(shù)，相關(guān)學(xué)者從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)拓?fù)渥R(shí)別，通信水平等方面進(jìn)行了驗(yàn)證，并提出一些適合分布式故障定位的新算法?？紤]到智能電網(wǎng)及智能二次側(cè)變電站技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注基于沿線智能測(cè)(intelligent electronic devices,IEDs)的分布式故障定位[40-43]。

集中式定位與分布式定位的互補(bǔ)結(jié)合，共同構(gòu)成配網(wǎng)故障定位架構(gòu)將成為一種趨勢(shì)。通過(guò)分布式故障定位的分層計(jì)算，各變電站對(duì)上傳計(jì)算結(jié)果進(jìn)行狀態(tài)分析，可以大幅加快數(shù)據(jù)處理速度，提高配電網(wǎng)故障定位效率；通過(guò)合理的測(cè)量點(diǎn)配置方案，也可靈活適應(yīng)配電網(wǎng)的復(fù)雜性。這種結(jié)構(gòu)符合智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，成為未來(lái)研究重點(diǎn)方向之一。

4.2 監(jiān)測(cè)設(shè)備性能與配置方案的雙重優(yōu)化

未來(lái)通過(guò)對(duì)測(cè)量點(diǎn)的暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)電壓、電流等配網(wǎng)線路多種數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，各類故障定位技術(shù)可實(shí)現(xiàn)互相配合，配電網(wǎng)故障定位將不再是僅對(duì)于某一故障數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單分析處理，而是基于多維故障數(shù)據(jù)融合的分析定位，特別是在非健全故障信息下的容錯(cuò)定位技術(shù)具有較高的研究?jī)r(jià)值。同時(shí)，面對(duì)種類更多、更加復(fù)雜的測(cè)量數(shù)據(jù)，配電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)也要逐步完善。很多依靠智能算法的故障定位過(guò)于注重?cái)?shù)學(xué)方法的應(yīng)用，忽略了故障特征本身，近年來(lái)已不再是研究的熱點(diǎn)方向，因此在沿線設(shè)備(主要有故障指示器、智能電表、FTU、PMU等)的設(shè)備性能(包括數(shù)據(jù)處理能力、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)取電技術(shù)、成本造價(jià)等)和配置方案上進(jìn)行雙重優(yōu)化十分必要。

4.3 定位方案與精度的差異化選擇

從綜述中不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的配網(wǎng)故障定位方法均有其各自的技術(shù)特點(diǎn)和適用范圍，因此在實(shí)際工程中，應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)氐呐渚W(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷分布、現(xiàn)場(chǎng)干擾、地理環(huán)境等因素，設(shè)計(jì)合理的定位方案。

同時(shí)，配電網(wǎng)的網(wǎng)格化建設(shè)趨勢(shì)與自動(dòng)化程度的提高，使得配網(wǎng)并不一味地苛求對(duì)故障的精確定位，而依據(jù)區(qū)域負(fù)荷的密集程度與重要程度，合理選擇與其相匹配的定位精度在實(shí)際工程中更為現(xiàn)實(shí)可行。

5 結(jié)語(yǔ)

本文分別介紹了國(guó)內(nèi)外關(guān)于配電網(wǎng)故障定位技術(shù)在理論研究和示范工程應(yīng)用中的基本現(xiàn)狀，對(duì)不同類型的技術(shù)方法的基本原理、技術(shù)特點(diǎn)、適用范圍及存在問(wèn)題進(jìn)行了闡述，分析提出了配電網(wǎng)故障定位技術(shù)在下一階段研究與應(yīng)用的側(cè)重范圍與發(fā)展趨勢(shì)。