以故障距離分布函數為依據的配電網故障定位研究

楊華新

摘要：隨著社會生產生活對于電力依賴程度的日益加深，對電力系統運行的安全穩定提出了更高的要求。配電網是電力系統重要的組成部分，其故障發生不可避免，但可以通過及時定位以提高對故障的維修效率，提高配電網運行的穩定性。本文就根據配電網故障發生時電壓暫降的特征，以故障距離分布函數為依據，提出準確定位配電網故障的方法。

關鍵詞：配電網；故障距離分布函數；電壓暫降；故障定位

隨著社會經濟的快速發展，我國的配電網規模日益增長，配電網故障發生的位置越加廣泛，為故障維修帶來了困難，因此，提高配電網故障定位的精確度，對于維護配電網安全穩定運行有著重要作用。以故障距離分布函數為基礎故障定位的方法是根據配電網故障時，監測點電壓會出現暫降的特征，利用節點電壓暫降數據庫，對故障區段以及故障點進行逐步判斷，并通過排序算法的方式進一步對故障點進行確認，進而實現故障定位。

一、建立節點電壓暫降數據庫

真實有效的節點電壓暫降數據庫是利用故障距離分布函數準確確定故障位置的重要保證，因此，必須建立節點電壓暫降數據庫。

二、配電網故障定位中故障區段確定

在配電網實際運行發生中發生故障時，通過對配電網中的監測節點可以及時獲取到監測節點附近的故障相運行參數信息，并通過對獲得的信息進行處理，就能夠得到監測節點位置附近的電壓暫降參數以及相位跳變參數，得出相應的電壓暫降的實部數據與虛部數據，通過與節點電壓暫降數據庫中存儲的信息進行對比，就可以確定故障發生的區段以及相應的過渡電阻范圍[2]。

由于在線模擬方式使用的過渡電阻值取值參數假設數據并不連續，會導致在實際故障的過渡電阻值與電壓暫降數據庫的過渡電阻值可能出現不匹配的問題。針對這種情況，在確定了故障電阻、電壓暫降的實部和虛部范圍以及故障電阻數目的情況下，存在著如下關系（見圖一），以任意故障區段【A-B】為例：

（1）【A-B】區段（x+1）點電阻仿真模擬狀態下對應的電壓暫降實部最大值≥配電網實際故障相電壓暫降實部數值≥【A-B】區段（x）點電阻仿真模擬狀態下對應的電壓暫降實部最大值；

（2）【A-B】區段仿真模擬下電壓暫降值虛部取值范圍最大值≥配電網實際故障電壓暫降值部數據≥【A-B】區段仿真模擬下電壓暫降值實部取值范圍

圖一：配電網過渡電阻與仿真模擬下【A-B】電壓暫降取值范圍

根據以上電壓暫降值比較關系，可以根據配電網實際故障電壓暫降值判斷出相應的故障發生區段。當配電網故障實際發生時，利用配電網監測節點獲取的數據信息計算出的電壓暫降實部與虛部數據同時符合上述（1）（2）的電壓關系，則證明配電網實際故障發生位置在【A-B】區段，同時，按照（1）的電壓關系可以對配電網實際故障的過渡電阻值參數進行確定[3]。

另外，由于在配電網運行實際故障數值采取過程中，都是以同等電力距離參數為基礎的，各節點檢測的數據存在同等相位跳變數據以及同等電壓暫降數據的可能，致使利用仿真模擬方法獲得的故障區段位置不唯一。

三、配電網故障定位中故障點確定

在確定了配電網故障區段后，就可以在故障區段上對故障點進行確定。其確定方式主要是通過利用配電網監測節點采集到的三相故障電流指標、電壓指標，配合故障距離分布函數的方法綜合分析。

在故障點定位過程中獲得的實部與虛部故障距離會出現兩種情況，一是實部與虛部故障距離數值范圍都在【0-1】區間之間，二是實部與虛部故障距離數值范圍都在【0-1】區間之外；如果結果是前者，可以判斷該故障點實際位置在該數值范圍之內；若是結果為后者，則表明該數值范圍并不是故障點發生實際位置，此時應該對故障點位置進行進一步判斷。其具體判斷方法是：首先通過逐步縮小搜索范圍，確定配電網發生故障后可能出現的過渡電阻值；然后，進一步對故障距離進行定義：故障距離=（配電網i相分布函數虛部方程得到的故障距離+配電網m相分布函數實部方程得到的故障距離）/2，將得出的故障距離除以故障相相位得到的結果就是配電網最終故障距離。在此種方法下，只考慮故障相對應的故障距離，非故障相的分布函數實部與虛部故障距離都應該是零值。

四、排序算法

針對通過故障距離分布方法得出的可能故障點存在著偽故障點的問題，可以通過排序算法進一步進行確定，偽故障點是指配電網故障相表現出的實部與虛部故障距離之間的差異較大，且配電網的不同故障相所確定的故障距離之間也存在較大差異[5]。排序算法是在配電網故障定位實際操作過程中，通過把配電網不同故障相所確定故障距離差異度與電網故障相實部與虛部故障距離差異度相加的方式來獲取綜合差異度，把獲得的綜合差異度進行排序，進而實現準確故障定位的方法。

以選擇排序為例，其應用實踐如下：設通過故障距離分布方法得出的可能故障點數組內有n個待排數字，數組下標分別從1到n。初始化狀態下，i=1；從數組第i個到第n個，找出其中最小元素；將最小元素與第i位元素進行交換；i++，直到i=n-1結束，否則回到第3步（從數組第i個到第n個，找出其中最小元素），選擇排序平均時間復雜度n2。例如，5、6、4，若想讓其從小到大進行排序，第一步：從首位開始找到最小元素，5、6、4中的4最小，將其與第一位進行交換，結果就成為465；第二步，從第二位開始找最小元素，即465中的5最小，將其與第二位交換，得到456；第三步，令i=2，n=3，則i=n-1，此時算法結束。采用該種方法，可以很快實現對配電網故障點的準確定位，其中排序的高低基本代表著故障距離分布方法得到的可能故障點為實際故障點的概率高低，也就是說，排序越高的故障點，其為實際故障點的可能性越大。

結語：

隨著配電網規模的日益擴大，其結構愈加復雜且分支更多，在實際運行中難免會發生各種故障，因此，為提高電網運行的安全穩定，必須提高對電網故障的準確定位能力。以故障距離分布函數為依據的故障定位方式，能夠實現故障及時、精準的定位，對于提高配電網運行穩定有著重要意義。

參考文獻：

[1] 譚丹，楊洪耕，曲廣龍等.基于故障距離分布函數的配電網故障定位[J].電網技術，2012，10：119-124.

[2] 朱成芳.淺談基于故障距離分布中的配電網故障定位[J].通訊世界，2013，18：197-198.

[3] 賈浩帥，鄭濤，趙萍等.基于故障區域搜索的配電網故障定位算法[J].電力系統自動化，2012，17：62-66.

[4] 鄭天文，肖先勇，張文海等.考慮母線電壓暫降非線性分布特征的配電網故障定位[J].電力自動化設備，2012，11：115-120.

[5] 柴濟民，吳通華，鄭玉平等.交流1000kV特高壓線路三相故障暫態過程分析[J].電力自動化設備，2011，3：103-108.