基于故障距离分布中的配电网故障定位

文／苍南电力有限责任公司 贺春茂／

配电网在长时间且持续性的运行过程当中出现运行故障是在所难免的。为提高对电力系统配电网故障的隔离时效性，保障配电网的正常运行，不受或是尽量少受故障问题的影响，需要针对配电网故障进行准确定位。传统意义上所采取的配电网故障定位技术方式可分为行波法、建立在多点测量基础之上的电流判别法以及阻抗法这三种类型，均存在不同程度上的应用局限性。而建立在故障距离分布基础之上的配电网故障定位方式充分利用了配电网在出现运行故障状态下，各个监测节点所电压暂将数据存在显著差异的这一特点，通过故障测距的方式获取真实的故障定位，可操作性高且适用性强。本文试对其作详细分析与说明。

一、配电网故障定位中节点电压暂降数据库的构建分析

建立在故障距离分布基础之上的配电网故障定位为最大限度的保障定位处理的有效性与真实性，首先需要完成的是针对配电网所对应节点电压暂降数据库的构建。在这一过程当中，需要结合配电网正常运行状态下所表现出的拓扑结构数据信息，在充分考量配电网运行系统不同故障以及过渡电阻数据的基础之上，将配电网各节点所对应的各种故障的发生情况进行在线化的模拟。按照此种方式，配合对上述模拟数据的潮流计算方式，则能够获取到有关配电网运行系统各监测点位置，故障相所对应的相位跳变参数——θ以及监测点位置所表现出的电压暂降幅值参数——U。结合上述两项指标参数的获取，则能够直接计算得出配电网节点所对应电压暂降表现下的实部数据——Ur以及虚部数据——Ui。特别值得注意的一点是，在将上述数据储存至配电网节点电压暂降数据库系统的过程当中，数据的实部以及虚部属性均能够得到有效保存。

二、配电网故障定位中的故障区段定位分析

在配电网发生实际运行故障的情况下，故障距离分布技术支持：借助于对配电网各监测点所采集故障相运行参数的统一处理，获取有关相位跳变参数——θ以及监测点位置所表现出的电压暂降幅值参数——U的实际数据，从而判定电压暂降状态下的实部与虚部，并将实际故障所对应的上述的实部数据——Ur以及虚部数据——Ui同上一步骤中所构建的配电网节点电压暂降数据库中所对应的的实部数据——Ur以及虚部数据——Ui进行对比，在此过程当中可确定相应的故障区段以及该故障区段所对应的过渡电阻取值范围。

特别需要注意的一点是：对于配电网运行故障状态下所确定的任意故障区段【p-q】来说，在上一步骤在线模拟过程当中针对过渡电阻取值参数的假定数据具有典型的非连续性特征。从这一角度上来说，在配电网故障定位实践操作过程当中，可能出现实际故障所对应过渡电阻无法与在线模拟状态下所对应过渡电阻相匹配的问题，由此也将导致与配电网实际运行故障相对应的电压暂降数据不可查。基于以上分析：在配电网运行故障电阻、电压暂降的实部范围、虚部范围以及故障电阻数目均表现为已知性状态的情况下，按照下述方法进行的配电网区段确定，可以最大限度的方式实际故障所对应的区段不出现漏选问题，即：

① 仿真模拟状态下【p-q】区段（x）点电阻对应电压暂降实部max值≤配电网实际故障相电压暂降实部数据≤仿真模拟状态下【p-q】区段（x＋1）点电阻对应电压暂降实部max值；

图1 配电网过渡电阻与仿真模拟下【p-q】电压暂降取值范围示意图

② 仿真模拟状态下【p-q】区段电压暂降实部取值范围max值≤配电网实际故障相电压暂降虚部数据≤仿真模拟状态下【p-q】区段电压暂降虚部取值范围max值。与之相对应的电压暂降取值范围示意图如下图所示（见图1）。

基于上述分析可知：若在配电网实际故障状态下，参照配电网运行系统监测点故障相所获取数据信息计算得出的电压暂降实部数据——Ur以及虚部数据——Ui均能够同时满足上述①、②式要求，则可以判定仿真模拟状态下的【p-q】区段为配电网运行故障所在区段。与此同时，按照（x）点电阻以及（x＋1）点电阻方式所确定的电阻值应当判定为配电网运行故障所对应的过渡电阻参数。特别需要注意的一点是：在配电网系统的实际运行过程当中，建立在同等电力距离参数基础之上，各节点所发生故障可能以同等相位跳变数据以及同等电压暂降数据反映在配电网各监测点之上，故在应用此种方式进行配电网故障区段定位处理的过程当中，所确定的故障区段并非局限于唯一解。

三、配电网故障定位中的故障点定位分析

在上一步骤完成对配电网故障区段确定的作用之下，故障点的确定方式应当配合配电网各个监测节点所采集到的三相故障电压指标、电流指标以及故障距离分布函数的方式进行综合确定。简单来说，在发生运行故障之后，配电网各个监测节点所监测到的过渡电阻值、三相故障状态下的电压值以及电流值均应当作为已知数据，带入故障距离分布函数当中。在这一函数进行综合运算的过程当中，均可以得到如上文中所述的实部方程——配电网故障发生后，监测节点所监测电压实部参数以及虚部方程——配电网故障发生后，监测节点所监测电压虚部参数。在此基础之上还可以获取与之相对应的实部及虚部故障距离。上述两项数据的判定结果可分为两种类型：第一种是实部及虚部故障距离取值均在【0-1】该区间范围之内，这意味该取值区间即为发生故障点的真实位置；第二种是实部及虚部故障距离取值不在【0-1】该区间范围之内，这意味着该取值区间并非为发生故障点的真实位置。在出现第二种情况的作用下，还应当进一步采取下述方法：

首先需要采取逐步逼近搜索法，针对配电网故障状态下可能表现出的过渡电阻值参数予以确定（注意：最为合理的过渡电阻值参数应当满足在取值范围内差异度之和的最小化条件）。按照此种方式可以进一步定义故障距离，即：

故障距离=（配电网m相分布函数实部方程下故障距离＋配电网i相分布函数虚部方程下故障距离）/2

按照此种方式，仅对于故障距离而言，故障距离只涉及到故障相，而对于非故障相所表现出的分布函数实虚部故障距离均应当表现为零值状态。由此，在针对配电网故障进行定位的过程当中，仅需考量故障相所对应的故障距离，其和与故障相相位相除所得的结果即可以判定为故障分布函数下配电网最终故障距离。

四、配电网故障定位中的排序算法分析

对于经由故障距离分布方式所获取的可能故障点而言，若配电网故障相各相在故障距离分布方式作用下所计算得出的故障距离基本表现为一致状态，或是取值无线接近，则意味着该可能故障点表现为实际故障点。在这一情况下，配电网各相最终所确定的故障距离也应当始终保持极小的偏差值。然而，若经由故障距离分布方式所获取的可能故障点属于伪故障点，则势必会导致配电网故障相所表现出的实部故障距离与虚部故障距离总体差异度明显，同时配电网各个故障相所确定的故障距离差异度也保持在较大水平。在有关配电网故障定位的实际工作过程当中，可以按照——综合差异度=配电网故障相实部故障距离与虚部故障距离差异度＋配电网各个故障相所确定故障距离差异度的方式，针对经由故障距离分布方式所获取的所有可能故障点差异度参数进行计算。在此基础之上，还可以将相关结果进行排序。不难发现，此种排序结果即为经由故障距离分布方式所确定各个可能故障点为实际故障点的可能性程度。一般情况下，可能故障点为实际故障点的可能性程度越高，则排序顺序越是靠前。

五、结束语

在当前技术条件支持下，配电网结构复杂且分支众多，在实际运行过程当中难免会出现各种类型的运行故障。从这一角度上来说，为及时隔离故障，保障配电网的正常与稳定运行，配电网故障定位工作的开展就显得至关重要。总而言之，本文针对有关基于故障距离分布的配电网故障定位相关问题做出了简要分析与说明，希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。

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