劉卓婭 李磊 李知雨 陳松根 楊璐璇

（國網(wǎng)河南省電力公司寶豐縣供電公司，河南平頂山 467400）

0.引言

配電系統(tǒng)與用戶的供電可靠性直接相關(guān)，實現(xiàn)配電網(wǎng)低電壓預(yù)警及故障定位功能具有較強的必要性。隨著斷路器技術(shù)的發(fā)展，在配電網(wǎng)中采用的斷路器應(yīng)能對線路及用電設(shè)備的接地故障、過電流、短路、缺相及過壓、欠壓等進行保護，同時也應(yīng)防止出現(xiàn)電氣線路或電氣設(shè)備接地故障引起的電氣火災(zāi)和電氣設(shè)備損壞事故。在配電網(wǎng)運行方面，本文詳細分析了配電網(wǎng)的故障定位技術(shù)和低電壓預(yù)警原理，在實際的配電網(wǎng)運行中可以加以應(yīng)用。

1.配電網(wǎng)的故障分析

配電網(wǎng)的規(guī)模較大，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對主網(wǎng)而言也較為薄弱，容易出現(xiàn)接地等故障。當(dāng)配電線路出現(xiàn)接地時，其跨步電壓分布如圖1所示。

圖1 跨步電壓分布示意圖

從圖1可知，離故障點越近的地方，其電壓越高，容易造成人身傷害，故對配電線路的接地問題應(yīng)加以重視。近年來斷路器技術(shù)水平得到了明顯的提高，可以在配電系統(tǒng)中采用集剩余電流繼電器、接觸器、塑殼斷路器、故障定位系統(tǒng)、無線通訊、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)于一體的斷路器。當(dāng)斷路器檢測到配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，可以使斷路器動作跳閘，這種斷路器可以應(yīng)用在三相四線供電系統(tǒng)中。當(dāng)檢測到配電網(wǎng)出現(xiàn)了低電壓時，應(yīng)能發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警信息，并將告警信息和斷路器的位置發(fā)送到配電網(wǎng)運維人員的手機終端，這也是提高電網(wǎng)企業(yè)優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平的重要手段和措施。

2.配電網(wǎng)低電壓預(yù)警

2.1 配電網(wǎng)低電壓現(xiàn)狀

在配電網(wǎng)中，線路過長、負荷較重、無功補償不足、負荷分配不合理、配變?nèi)嗖黄胶?、?dǎo)線截面偏小、配變嚴重偏離負荷中心、配變供電半徑過大等都會使電壓偏低，電流增大，有可能發(fā)生線路過載。在配電網(wǎng)實際運行中，當(dāng)配電線路負荷增加或超負荷運行時，線路電壓降逐漸增大，超出正常允許范圍，若線路無功補償不足，線路負荷持續(xù)增加，導(dǎo)致電壓降長時間持續(xù)增大，則會導(dǎo)致線路末端發(fā)生低電壓風(fēng)險。配電網(wǎng)出現(xiàn)低電壓，將極大影響日常生產(chǎn)和生活，線路低電壓的發(fā)生將導(dǎo)致幾點后果：一是增加線路損耗，降低效率。二是電動類電器啟動困難，溫升過高。三是降低白熾燈亮度，導(dǎo)致熒光燈無法啟動。四是影響熒屏電器的圖像質(zhì)量。五是影響電熱類電器的正常發(fā)熱。目前，配電網(wǎng)低電壓現(xiàn)象的治理，通常采用配變增容、無功補償、重負荷線路分流等措施，但這些措施具有一定的滯后性，往往出現(xiàn)了低電壓現(xiàn)象才去進行處理。

2.2 配電網(wǎng)低電壓預(yù)警方法

對于配電網(wǎng)低電壓風(fēng)險在線預(yù)警方法，包括根據(jù)配電網(wǎng)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和負荷預(yù)測數(shù)據(jù)，計算配電網(wǎng)中預(yù)設(shè)的線路的負荷矩；根據(jù)負荷矩計算結(jié)果，對預(yù)設(shè)的線路上的預(yù)設(shè)負荷點的電壓進行計算，并根據(jù)預(yù)設(shè)的低電壓越限預(yù)警判斷規(guī)則判斷在預(yù)設(shè)的未來時間段內(nèi)，配電網(wǎng)是否存在低電壓越限風(fēng)險。這種方法可為合理改善配電網(wǎng)供電質(zhì)量提供決策依據(jù)，可準(zhǔn)確預(yù)警配電網(wǎng)低電壓風(fēng)險，具有實用性好、計算簡單和易操作的優(yōu)點。其中配電網(wǎng)中預(yù)設(shè)的線路的負荷矩如下式：

其中M為一個時間節(jié)點上一條線路的負荷矩，P表示獲取的線路上時間節(jié)點的預(yù)設(shè)負荷點的負荷預(yù)測數(shù)據(jù)，L表示從配電網(wǎng)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)中獲取的線路上負荷點到電源的電氣距離；∑表示對所述線路上所述時間節(jié)點的預(yù)設(shè)的負荷點進行求和；N為系統(tǒng)中的總節(jié)點數(shù)。再按照負荷矩從大到小的順序，依次計算預(yù)設(shè)的線路在預(yù)設(shè)的未來時間段內(nèi)的時間節(jié)點上預(yù)設(shè)負荷點的電壓值，當(dāng)有負荷點電壓低于預(yù)設(shè)的電壓下限值，判斷線路在負荷矩對應(yīng)的時間節(jié)點存在預(yù)測低電壓越限，直到負荷矩對應(yīng)的時間節(jié)點不存在預(yù)測低電壓越限。根據(jù)配電網(wǎng)的預(yù)設(shè)的負荷點在預(yù)設(shè)的未來時間段內(nèi)各時間節(jié)點對應(yīng)時刻的歷史電壓數(shù)據(jù)，判斷預(yù)設(shè)的負荷點在預(yù)設(shè)的未來時間段內(nèi)各時間節(jié)點對應(yīng)時刻是否存在歷史低電壓越限[1]。當(dāng)時間節(jié)點不存在預(yù)測低電壓越限和歷史低電壓越限時，給出預(yù)警結(jié)果為正常，否則給出預(yù)警結(jié)果為存在低電壓越限風(fēng)險。

此外，當(dāng)配電網(wǎng)的拓撲發(fā)生變化時，根據(jù)最新負荷預(yù)測數(shù)據(jù)重新進行低電壓風(fēng)險預(yù)警，如果預(yù)警結(jié)果為正常，則取消預(yù)警信息，結(jié)束預(yù)警流程，等待下次預(yù)警啟動；否則，則發(fā)布預(yù)警信息，并追蹤預(yù)警結(jié)果。當(dāng)配電網(wǎng)的拓撲不發(fā)生變化時，負荷如果發(fā)生變化，則根據(jù)最新的負荷預(yù)測啟動預(yù)警流程，如果預(yù)警結(jié)果為正常，則取消預(yù)警信息，結(jié)束預(yù)警流程，等待下次啟動；否則，則發(fā)布預(yù)警信息，并追蹤預(yù)警結(jié)果[2]。當(dāng)配電網(wǎng)的拓撲和負荷均未發(fā)生變化時，則等待，直到運行到預(yù)警存在低電壓越限的時刻，如果未發(fā)生低電壓越限，則取消預(yù)警信息；否則得到發(fā)生低電壓越限的時刻和電壓幅值，取消預(yù)警信息。

3.配電網(wǎng)的故障定位技術(shù)

3.1 故障定位的技術(shù)原理

目前在實際配電網(wǎng)故障定位算法中，采用了多種不同類型的算法，本文以矩陣法為例進行分析，某配電網(wǎng)的運行方式如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)的運行結(jié)構(gòu)圖

在矩陣法中，需要根據(jù)配電網(wǎng)的運行情況描述出相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)矩陣D，在該矩陣中的對角線元素規(guī)定如下：

按照上述方式，網(wǎng)絡(luò)描述矩陣和故障信息矩陣分別如下式所示：

將矩陣D和矩陣G相乘，就可以作為故障判斷矩陣：

在該故障判斷矩陣匯總，如第三行第四列的元素為1，表明配電網(wǎng)中3、4之間的某條線路出線了相應(yīng)的故障，從而實現(xiàn)了對配電網(wǎng)故障的定位。此時可以將配電系統(tǒng)中的斷路器位置信息坐標(biāo)發(fā)送到配電網(wǎng)運維人員的手機終端，使得運維人員能夠?qū)崟r掌握配電網(wǎng)的運行信息[3]，并且提高對配網(wǎng)的檢修效率，盡可能縮短故障停電時間。一般而言，配電網(wǎng)故障定位算法在實際應(yīng)用中的基本原理如圖3所示。

圖3 配電網(wǎng)故障判斷結(jié)構(gòu)圖

從圖3可知，在配電網(wǎng)故障定位模型中，需要采集電流信號和電壓信號，根據(jù)相應(yīng)的故障定位算法，得出相應(yīng)的故障判斷結(jié)果，并將結(jié)果以信號指示的方式加以顯示。

3.2 算例分析

本文以某地區(qū)配電網(wǎng)中的三電源供電結(jié)構(gòu)圖進行案例分析，其配電系統(tǒng)的故障如圖4所示。

圖4 三電源供電的配電系統(tǒng)

根據(jù)本文所述的故障定位算法，分析得出的網(wǎng)絡(luò)描述矩陣和故障信息矩陣如下式所示：

同理將上述兩個矩陣相乘，得出的故障定位矩陣如下式所示：

根據(jù)上述矩陣中的元素，就可以判斷出系統(tǒng)中哪些節(jié)點之間出現(xiàn)了故障，從而準(zhǔn)確可靠地實現(xiàn)了對配電網(wǎng)故障的定位。當(dāng)配電網(wǎng)的運維人員收到了配電網(wǎng)的具體故障位置之后就可以及時安排檢修人員快速檢修，縮短用戶的平均停電時間，提高電網(wǎng)企業(yè)的概念收益[4]。同時，如果在配電系統(tǒng)中加入負荷自動轉(zhuǎn)供功能，則可以先恢復(fù)供區(qū)內(nèi)用戶供電，再安排檢修人員進行檢修，可進一步縮短停電時間。

4.結(jié)論

配電系統(tǒng)受到外界的干擾因素較多，應(yīng)加強對配電網(wǎng)低電壓的風(fēng)險預(yù)警和故障定位，保證配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。隨著配電技術(shù)的發(fā)展還可以在配電系統(tǒng)中實現(xiàn)負荷自動轉(zhuǎn)供和主動服務(wù)等功能，進一步提高配電網(wǎng)的智能化水平和配電網(wǎng)的供電可靠性。