以故障距離分布函數(shù)為依據(jù)的配電網(wǎng)故障定位研究

楊華新

摘要：隨著社會(huì)生產(chǎn)生活對(duì)于電力依賴程度的日益加深，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定提出了更高的要求。配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)重要的組成部分，其故障發(fā)生不可避免，但可以通過及時(shí)定位以提高對(duì)故障的維修效率，提高配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。本文就根據(jù)配電網(wǎng)故障發(fā)生時(shí)電壓暫降的特征，以故障距離分布函數(shù)為依據(jù)，提出準(zhǔn)確定位配電網(wǎng)故障的方法。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；故障距離分布函數(shù)；電壓暫降；故障定位

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的配電網(wǎng)規(guī)模日益增長(zhǎng)，配電網(wǎng)故障發(fā)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(wǎng)故障定位的精確度，對(duì)于維護(hù)配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要作用。以故障距離分布函數(shù)為基礎(chǔ)故障定位的方法是根據(jù)配電網(wǎng)故障時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓會(huì)出現(xiàn)暫降的特征，利用節(jié)點(diǎn)電壓暫降數(shù)據(jù)庫，對(duì)故障區(qū)段以及故障點(diǎn)進(jìn)行逐步判斷，并通過排序算法的方式進(jìn)一步對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障定位。

一、建立節(jié)點(diǎn)電壓暫降數(shù)據(jù)庫

真實(shí)有效的節(jié)點(diǎn)電壓暫降數(shù)據(jù)庫是利用故障距離分布函數(shù)準(zhǔn)確確定故障位置的重要保證，因此，必須建立節(jié)點(diǎn)電壓暫降數(shù)據(jù)庫。

二、配電網(wǎng)故障定位中故障區(qū)段確定

在配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行發(fā)生中發(fā)生故障時(shí)，通過對(duì)配電網(wǎng)中的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)可以及時(shí)獲取到監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)附近的故障相運(yùn)行參數(shù)信息，并通過對(duì)獲得的信息進(jìn)行處理，就能夠得到監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)位置附近的電壓暫降參數(shù)以及相位跳變參數(shù)，得出相應(yīng)的電壓暫降的實(shí)部數(shù)據(jù)與虛部數(shù)據(jù)，通過與節(jié)點(diǎn)電壓暫降數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的信息進(jìn)行對(duì)比，就可以確定故障發(fā)生的區(qū)段以及相應(yīng)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(shù)假設(shè)數(shù)據(jù)并不連續(xù)，會(huì)導(dǎo)致在實(shí)際故障的過渡電阻值與電壓暫降數(shù)據(jù)庫的過渡電阻值可能出現(xiàn)不匹配的問題。針對(duì)這種情況，在確定了故障電阻、電壓暫降的實(shí)部和虛部范圍以及故障電阻數(shù)目的情況下，存在著如下關(guān)系（見圖一），以任意故障區(qū)段【A-B】為例：

（1）【A-B】區(qū)段（x+1）點(diǎn)電阻仿真模擬狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的電壓暫降實(shí)部最大值≥配電網(wǎng)實(shí)際故障相電壓暫降實(shí)部數(shù)值≥【A-B】區(qū)段（x）點(diǎn)電阻仿真模擬狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的電壓暫降實(shí)部最大值；

（2）【A-B】區(qū)段仿真模擬下電壓暫降值虛部取值范圍最大值≥配電網(wǎng)實(shí)際故障電壓暫降值部數(shù)據(jù)≥【A-B】區(qū)段仿真模擬下電壓暫降值實(shí)部取值范圍

圖一：配電網(wǎng)過渡電阻與仿真模擬下【A-B】電壓暫降取值范圍

根據(jù)以上電壓暫降值比較關(guān)系，可以根據(jù)配電網(wǎng)實(shí)際故障電壓暫降值判斷出相應(yīng)的故障發(fā)生區(qū)段。當(dāng)配電網(wǎng)故障實(shí)際發(fā)生時(shí)，利用配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)獲取的數(shù)據(jù)信息計(jì)算出的電壓暫降實(shí)部與虛部數(shù)據(jù)同時(shí)符合上述（1）（2）的電壓關(guān)系，則證明配電網(wǎng)實(shí)際故障發(fā)生位置在【A-B】區(qū)段，同時(shí)，按照（1）的電壓關(guān)系可以對(duì)配電網(wǎng)實(shí)際故障的過渡電阻值參數(shù)進(jìn)行確定[3]。

另外，由于在配電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際故障數(shù)值采取過程中，都是以同等電力距離參數(shù)為基礎(chǔ)的，各節(jié)點(diǎn)檢測(cè)的數(shù)據(jù)存在同等相位跳變數(shù)據(jù)以及同等電壓暫降數(shù)據(jù)的可能，致使利用仿真模擬方法獲得的故障區(qū)段位置不唯一。

三、配電網(wǎng)故障定位中故障點(diǎn)確定

在確定了配電網(wǎng)故障區(qū)段后，就可以在故障區(qū)段上對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行確定。其確定方式主要是通過利用配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)采集到的三相故障電流指標(biāo)、電壓指標(biāo)，配合故障距離分布函數(shù)的方法綜合分析。

在故障點(diǎn)定位過程中獲得的實(shí)部與虛部故障距離會(huì)出現(xiàn)兩種情況，一是實(shí)部與虛部故障距離數(shù)值范圍都在【0-1】區(qū)間之間，二是實(shí)部與虛部故障距離數(shù)值范圍都在【0-1】區(qū)間之外；如果結(jié)果是前者，可以判斷該故障點(diǎn)實(shí)際位置在該數(shù)值范圍之內(nèi)；若是結(jié)果為后者，則表明該數(shù)值范圍并不是故障點(diǎn)發(fā)生實(shí)際位置，此時(shí)應(yīng)該對(duì)故障點(diǎn)位置進(jìn)行進(jìn)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(wǎng)發(fā)生故障后可能出現(xiàn)的過渡電阻值；然后，進(jìn)一步對(duì)故障距離進(jìn)行定義：故障距離=（配電網(wǎng)i相分布函數(shù)虛部方程得到的故障距離+配電網(wǎng)m相分布函數(shù)實(shí)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(jié)果就是配電網(wǎng)最終故障距離。在此種方法下，只考慮故障相對(duì)應(yīng)的故障距離，非故障相的分布函數(shù)實(shí)部與虛部故障距離都應(yīng)該是零值。

四、排序算法

針對(duì)通過故障距離分布方法得出的可能故障點(diǎn)存在著偽故障點(diǎn)的問題，可以通過排序算法進(jìn)一步進(jìn)行確定，偽故障點(diǎn)是指配電網(wǎng)故障相表現(xiàn)出的實(shí)部與虛部故障距離之間的差異較大，且配電網(wǎng)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(wǎng)故障定位實(shí)際操作過程中，通過把配電網(wǎng)不同故障相所確定故障距離差異度與電網(wǎng)故障相實(shí)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(jìn)行排序，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確故障定位的方法。

以選擇排序?yàn)槔?，其?yīng)用實(shí)踐如下：設(shè)通過故障距離分布方法得出的可能故障點(diǎn)數(shù)組內(nèi)有n個(gè)待排數(shù)字，數(shù)組下標(biāo)分別從1到n。初始化狀態(tài)下，i=1；從數(shù)組第i個(gè)到第n個(gè)，找出其中最小元素；將最小元素與第i位元素進(jìn)行交換；i++，直到i=n-1結(jié)束，否則回到第3步（從數(shù)組第i個(gè)到第n個(gè)，找出其中最小元素），選擇排序平均時(shí)間復(fù)雜度n2。例如，5、6、4，若想讓其從小到大進(jìn)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(jìn)行交換，結(jié)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(shí)算法結(jié)束。采用該種方法，可以很快實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)故障點(diǎn)的準(zhǔn)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(diǎn)為實(shí)際故障點(diǎn)的概率高低，也就是說，排序越高的故障點(diǎn)，其為實(shí)際故障點(diǎn)的可能性越大。

結(jié)語：

隨著配電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，其結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜且分支更多，在實(shí)際運(yùn)行中難免會(huì)發(fā)生各種故障，因此，為提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定，必須提高對(duì)電網(wǎng)故障的準(zhǔn)確定位能力。以故障距離分布函數(shù)為依據(jù)的故障定位方式，能夠?qū)崿F(xiàn)故障及時(shí)、精準(zhǔn)的定位，對(duì)于提高配電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定有著重要意義。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] 朱成芳.淺談基于故障距離分布中的配電網(wǎng)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(qū)域搜索的配電網(wǎng)故障定位算法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)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(wǎng)故障定位[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2012，11：115-120.

[5] 柴濟(jì)民，吳通華，鄭玉平等.交流1000kV特高壓線路三相故障暫態(tài)過程分析[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2011，3：103-108.