(肇庆市南兴电力工程有限公司526000)
摘要：本文根据配电网故障定位技术发展现状，梳理了配电网的故障类型及定位方法，例举了定位技术的应用，以便在配电网故障定位方面更好地选择方法并合理应用。
关键词：配电网；故障定位
1引言
配电网是电力系统中用于分配电能的网络，也是与用户关系最密切的电力网。根据电力部门多年的统计，用户停电事故中超过95%是由配电网故障引起的。但是配电网结构复杂，分支线路多，而且有多种中性点接地方式，这些因素大大增加了配电网故障定位的难度。由于我国6～66kV配电网大都采用中性点非有效接地方式，例如中性点不接地或经消弧线圈接地，这种接地方式发生单相接地故障时不形成短路回路，故障电流小，快速准确定位不太容易。目前，我国正在推进智能配电网建设，根据现有配电网智能化程度分为可测控区与不可测控区。后者因为缺少自动化检测设备，故障定位只能通过故障电话投诉和人工巡线方式解决；而前者配置FTU（馈线终端）、SCADA（数据采集与监视控制系统），可以通过采集的信息判断故障区段[1]。虽然可测控区自动获得故障信息提高了故障定位的效率，但因为FTU、SCADA运行环境较差，故障信息漏报、误报的几率也较高。为了解决这个问题，产生了许多故障定位方法，在这些方法中很难说哪种方法明显占优，也正由于这个原因，各种方法百花齐放。为了更好地选择和应用故障定位方法，本文对有关内容进行了探讨。
2配电网故障定位的方法与特点
2.1配电网故障类型
配电网故障分为短路故障和接地故障。短路故障是指相间短接或相地短接。发生短路故障时，电流明显增大，电压显著下降。根据短路发生形式，短路故障分为三相短路故障、两相短路故障、两相对地短路故障、单相对地短路故障。由于短路故障特征非常明显，短路故障定位相对比较容易，采用过电流法就能实现区段定位。接地故障是指中性点非有效接地系统发生单相对地短接，由于故障电流小，故障电弧不稳定，故障定位难度明显高于短路故障。
2.2配电网故障定位的方法
目前，配电网故障定位方法很多，根据这些方法的用途可分为故障选线、区段定位和故障测距三类方法[2]。
故障选线是指从多条母线的出线中识别和判断出故障线路，选线的难点是小电流接地系统单相接地故障的识别，尤其是经消弧线圈接地故障的判断。传统故障选线是通过检测母线上的零序电压进行识别判断，由于人工逐条线路拉闸（拉路法）会造成供电中断，而且还产生操作过电压、谐振过电压，对设备安全不利，所以目前倾向于采用其他方法，主要是在接地相中注入信号和根据电气量变化特征进行选线。通过母线电压互感器注入S信号（即工频倍频与谐波频率中间的频率信号，如220Hz）电流或脉冲信号（间歇性周期信号）电流，再利用信号电流探测器就能找到故障线路。电气量变化特征分为基于稳态分量、基于暂态分量、同时利用稳态分量和暂态分量三种方式。基于稳态分量方法中，零序电流比幅法、零序电流比相法、零序电流比幅比相法、零序无功功率方向法、或法等仅适于中性点不接地系统，而零序电流有功分量法、零序电流有功功率法、零序导纳法、DESIR法、5次谐波法、各次谐波综合法、负序电流法、残流增量法等可用于中性点经消弧线圈接地系统。基于暂态分量方法不受消弧线圈影响，目前主要有首半波法和小波两种方法。同时利用稳态分量和暂态分量的方法包括能量法、基于信息融合技术的方法。
区段定位是指确定故障点所在区段，以便隔离故障区段而恢复非故障区段的供电。传统区段定位是利用重合器和分段器配合实现故障定位，但由于对开关设备性能要求高，只适用于结构简单、运行方式固定的网络，而且存在重合冲击问题，对设备寿命有不利影响，所以目前主要研究定位准确、容错能力强的定位算法和故障判断识别方法。区段定位算法主要有两类：一类是基于图论知识[3]，运用配电网的拓扑结构构造网络的描述矩阵，并利用故障电流（过流信息）进行判别，典型的算法是矩阵算法。这种算法计算量小，运算快速，但需要健全的信息，容错能力较小，而配电终端运行环境往往较差，存在故障信息漏报、误报的现象，由于信息不完整而限制了矩阵算法的应用。另一类是人工智能算法，也有人称之为软计算法，是指人们受自然规律或生物行为的启发，运用其原理模拟求解问题的算法。该算法可以在故障信息不完备甚至扭曲的情况下进行故障定位。其方法很多，例如神经网络法、遗传算法、粒子群算法、蚁群算法、免疫算法、模糊理论、粗糙集理论、数据挖掘、仿电磁学算法、和声算法等。区段故障定位的基础是故障信息的识别判断，尤其是小电流接地系统的单相接地故障信息的判断，目前主要采用信号注入法和基于故障电气量变化特征的两种方法，后者包括基于稳态分量的方法（如残流增量法、零序电流相位法、负序电流法、谐波法、故障电阻测量法等）和基于暂态分量的方法（如小波法）。
故障测距是直接定出故障所在位置，这样就不需要通过人工来巡查故障点，目前主要通过信号注入法和暂态电气量进行测距。注入法包括S信号注入法、注入行波法、加信传递函数法等。暂态电气量法主要通过测量故障行波进行测距。由于精确测距研究尚不够深入，应用较少，所以本文不再过多着墨。
3配电网故障定位技术应用
以区段定位为例，由于矩阵算法应用较多，就以该法介绍故障定位技术的应用。
3.1网络描述矩阵的构建
某配电网拓扑结构如图1所示。其中电源或变压器用A～F表示，网络交叉点用a～d表示，线上的数字表示长度。
根据图1的拓扑结构可定义距离矩阵如下：
（1）
式（1）中，表示节点i与j之间的最小距离。矩阵中左列至右列为A～F，上排至下排为a～d。
定义关联矩阵如下：
（2）
（3）
式中，表示末端节点与主干节点的关联矩阵，表示主干网上节点之间的关联矩阵。表示节点i与节点j的最少边的个数，即两点之间的关联度。式（2）矩阵中左列至右列为A～F，上排至下排为a～d。式（3）中左列至右列及上排至下排均为a～d。
3.2故障分支判断
故障特征信息采用行波方式，波头沿最小路径传输。末端节点得到的第一波头信息即为故障点行波传输到该节点的时间。图2为内、外部故障的定义。
3.3故障定位计算
故障搜索路径采用遍历二叉树方式，任选主线路中关联度为1的两个节点，与之直接相连的分支节点（如C、F）作为二叉树的第一层。然后顺着二叉树依次搜索，直至满足故障条件。如图3所示。
4结语
随着用户对配电网供电可靠性要求的提高，快速、准确定位故障成为电力部门重要工作。但因配电网故障定位的复杂性，目前尚无一种完美的方法，所以相关研究一直保持非常高的热度，工程应用应结合配电网结构及现场条件，以选择最佳方案。
参考文献：
[1]阚菲菲，居荣，鞠勇.配电网故障定位蚁群算法研究[J].电气技术，2015(3)：40-44.
[2]唐金锐，尹项根，张哲，等.配电网故障自动定位技术研究综述[J].电力自动化设备，2013,33(5)：7-13.
[3]胡福年，孙守娟.基于图论的矩阵算法在配电网故障定位中的应用[J].中国电力，2016,49(3)：94-98.