以故障距离分布函数为依据的配电网故障定位研究

杨华新

摘要：随着社会生产生活对于电力依赖程度的日益加深，对电力系统运行的安全稳定提出了更高的要求。配电网是电力系统重要的组成部分，其故障发生不可避免，但可以通过及时定位以提高对故障的维修效率，提高配电网运行的稳定性。本文就根据配电网故障发生时电压暂降的特征，以故障距离分布函数为依据，提出准确定位配电网故障的方法。

关键词：配电网；故障距离分布函数；电压暂降；故障定位

随着社会经济的快速发展，我国的配电网规模日益增长，配电网故障发生的位置越加广泛，为故障维修带来了困难，因此，提高配电网故障定位的精确度，对于维护配电网安全稳定运行有着重要作用。以故障距离分布函数为基础故障定位的方法是根据配电网故障时，监测点电压会出现暂降的特征，利用节点电压暂降数据库，对故障区段以及故障点进行逐步判断，并通过排序算法的方式进一步对故障点进行确认，进而实现故障定位。

一、建立节点电压暂降数据库

真实有效的节点电压暂降数据库是利用故障距离分布函数准确确定故障位置的重要保证，因此，必须建立节点电压暂降数据库。

二、配电网故障定位中故障区段确定

在配电网实际运行发生中发生故障时，通过对配电网中的监测节点可以及时获取到监测节点附近的故障相运行参数信息，并通过对获得的信息进行处理，就能够得到监测节点位置附近的电压暂降参数以及相位跳变参数，得出相应的电压暂降的实部数据与虚部数据，通过与节点电压暂降数据库中存储的信息进行对比，就可以确定故障发生的区段以及相应的过渡电阻范围[2]。

由于在线模拟方式使用的过渡电阻值取值参数假设数据并不连续，会导致在实际故障的过渡电阻值与电压暂降数据库的过渡电阻值可能出现不匹配的问题。针对这种情况，在确定了故障电阻、电压暂降的实部和虚部范围以及故障电阻数目的情况下，存在着如下关系（见图一），以任意故障区段【A-B】为例：

（1）【A-B】区段（x+1）点电阻仿真模拟状态下对应的电压暂降实部最大值≥配电网实际故障相电压暂降实部数值≥【A-B】区段（x）点电阻仿真模拟状态下对应的电压暂降实部最大值；

（2）【A-B】区段仿真模拟下电压暂降值虚部取值范围最大值≥配电网实际故障电压暂降值部数据≥【A-B】区段仿真模拟下电压暂降值实部取值范围

图一：配电网过渡电阻与仿真模拟下【A-B】电压暂降取值范围

根据以上电压暂降值比较关系，可以根据配电网实际故障电压暂降值判断出相应的故障发生区段。当配电网故障实际发生时，利用配电网监测节点获取的数据信息计算出的电压暂降实部与虚部数据同时符合上述（1）（2）的电压关系，则证明配电网实际故障发生位置在【A-B】区段，同时，按照（1）的电压关系可以对配电网实际故障的过渡电阻值参数进行确定[3]。

另外，由于在配电网运行实际故障数值采取过程中，都是以同等电力距离参数为基础的，各节点检测的数据存在同等相位跳变数据以及同等电压暂降数据的可能，致使利用仿真模拟方法获得的故障区段位置不唯一。

三、配电网故障定位中故障点确定

在确定了配电网故障区段后，就可以在故障区段上对故障点进行确定。其确定方式主要是通过利用配电网监测节点采集到的三相故障电流指标、电压指标，配合故障距离分布函数的方法综合分析。

在故障点定位过程中获得的实部与虚部故障距离会出现两种情况，一是实部与虚部故障距离数值范围都在【0-1】区间之间，二是实部与虚部故障距离数值范围都在【0-1】区间之外；如果结果是前者，可以判断该故障点实际位置在该数值范围之内；若是结果为后者，则表明该数值范围并不是故障点发生实际位置，此时应该对故障点位置进行进一步判断。其具体判断方法是：首先通过逐步缩小搜索范围，确定配电网发生故障后可能出现的过渡电阻值；然后，进一步对故障距离进行定义：故障距离=（配电网i相分布函数虚部方程得到的故障距离+配电网m相分布函数实部方程得到的故障距离）/2，将得出的故障距离除以故障相相位得到的结果就是配电网最终故障距离。在此种方法下，只考虑故障相对应的故障距离，非故障相的分布函数实部与虚部故障距离都应该是零值。

四、排序算法

针对通过故障距离分布方法得出的可能故障点存在着伪故障点的问题，可以通过排序算法进一步进行确定，伪故障点是指配电网故障相表现出的实部与虚部故障距离之间的差异较大，且配电网的不同故障相所確定的故障距离之间也存在较大差异[5]。排序算法是在配电网故障定位实际操作过程中，通过把配电网不同故障相所确定故障距离差异度与电网故障相实部与虚部故障距离差异度相加的方式来获取综合差异度，把获得的综合差异度进行排序，进而实现准确故障定位的方法。

以选择排序为例，其应用实践如下：设通过故障距离分布方法得出的可能故障点数组内有n个待排数字，数组下标分别从1到n。初始化状态下，i=1；从数组第i个到第n个，找出其中最小元素；将最小元素与第i位元素进行交换；i++，直到i=n-1结束，否则回到第3步（从数组第i个到第n个，找出其中最小元素），选择排序平均时间复杂度n2。例如，5、6、4，若想让其从小到大进行排序，第一步：从首位开始找到最小元素，5、6、4中的4最小，将其与第一位进行交换，结果就成为465；第二步，从第二位开始找最小元素，即465中的5最小，将其与第二位交换，得到456；第三步，令i=2，n=3，则i=n-1，此时算法结束。采用该种方法，可以很快实现对配电网故障点的准确定位，其中排序的高低基本代表着故障距离分布方法得到的可能故障点为实际故障点的概率高低，也就是说，排序越高的故障点，其为实际故障点的可能性越大。

结语：

随着配电网规模的日益扩大，其结构愈加复杂且分支更多，在实际运行中难免会发生各种故障，因此，为提高电网运行的安全稳定，必须提高对电网故障的准确定位能力。以故障距离分布函数为依据的故障定位方式，能够实现故障及时、精准的定位，对于提高配电网运行稳定有着重要意义。

参考文献：

[1] 谭丹，杨洪耕，曲广龙等.基于故障距离分布函数的配电网故障定位[J].电网技术，2012，10：119-124.

[2] 朱成芳.浅谈基于故障距离分布中的配电网故障定位[J].通讯世界，2013，18：197-198.

[3] 贾浩帅，郑涛，赵萍等.基于故障区域搜索的配电网故障定位算法[J].电力系统自动化，2012，17：62-66.

[4] 郑天文，肖先勇，张文海等.考虑母线电压暂降非线性分布特征的配电网故障定位[J].电力自动化设备，2012，11：115-120.

[5] 柴济民，吴通华，郑玉平等.交流1000kV特高压线路三相故障暂态过程分析[J].电力自动化设备，2011，3：103-108.