基于农村配网故障定位的适应性分析

梁积储

摘要：农村配网系统故障是当前农网系统研究的重要话题之一，加快配网故障的快速准确定位，提高故障查找效率，从而及时地恢复配网系统供电才能提高配网系统运行水平。本文重点分析了农村配网特点以及故障定位方法，并对不同的定位方式的适应性做出了具体分析。

关键词：农村配网;故障定位;适应性分析

前言

农村配网系统由于自动化水平较低，智能化开关的普及程度有限，导致故障发生后无法及时地定位故障，为了解决这一问题，就要选择全新的故障定位原理与方法，然而，不同的定位方法具有一定的适应性，需要深入分析其可适应范围，从而做出合理选择。

1 农村配电网特点分析

配网系统是输电线路与用户之间的中间过渡地带，位于电网系统末端，与用电客户之间的联系最为紧密。配网系统有着相对繁琐的网架构造，其中用户的类型较多，而且所面临的环境也相对复杂，四周地形变化莫测，交通运输条件也难以确定，最主要的是设备种类纷繁复杂，可能造成配网系统频繁陷入故障状态，而且其中的故障点难以定位，影响故障的高效识别。特别城区配网系统，其用户群体对于供电质量、供电安全性等提出了更高标准，整个配网系统安装了很多智能开关、故障指示设备，这些设备负责配网运行状态的监督、监测，其中的监测目标为：开关状态、系统故障信号，同时，也能收集来自于自动化主站的操作命令与其他相关信息，从而达到对配网设备、线路等的监督、控制与检测，从而达到设备故障的准确定位与高效隔离，也能促进非故障区域与线路的及时复电。

与城市对应的就是农村区域的配网系统，有着自身的特点，体现为：交通阻塞、环境复杂、供电范围较大、用户分散等，整个配网系统的自动化程度有限，故障跳闸会造成大面积停电，而且难以准确界定故障范围，仅凭借人工巡查的方式来逐步查找，从而出现长时间停电、大面积停电的问题。

对此，必须结合农村配网系统特点与现状来做好故障定位工作，提高故障定位效率，促进快速复电。可以立足于农村配网系统的结构、现状以及其他特点，自动化设备的状态、故障信号等来做好配网故障定位。其中基于统一矩阵算法的故障定位法具有显著优势。

2 基于统一矩阵算法的配网故障定位原理

当配网系统出现故障时，此故障上方的一切开关都将有故障电流流过，剩下的支线开关与位于故障区下级的开关则依然处于完好状态，不会遭受故障电流的干扰，所以，此时就能凭借最后一个流经故障电流的开关来判断出故障影响的最小范围。下图1为配网系统电气拓扑结构图：

上图中圆的黑点------自动化开关，开关1与电源相连，如果在开关2和3中间出现故障，意味着前方的开关1、开关2都将有故障电流流经，相反，位于开关3后方的其他开关，包括开关3则处于完好状态，没有故障电流流过。常规模式下，系统能聚集一切开关继保信息以后获得开关2后方各工段的故障，基于此条件来分析故障定位法，其中规定：有故障电流流过的开关，其状态设置为1，相反，则为0，对应能得出开关状态的矩阵，从中发现开关中存在故障信号时，矩阵中的对角线元素则呈现为“1”，无故障信号的区域则都呈现为0，而且，也能得出不同开关之间的联络关系拓扑矩阵，此时，可以将这两个矩阵相乘，从而获得故障信息的矩阵，所形成的新的矩阵虽然内涵故障信号，然而，无法直接清晰地呈现出来，必须做出特殊处理，此时则应按位实施异或运算，从而得到能够用来判断分析故障的全新矩阵。

事实证明，上述方法能够准确高效地定位故障點，从而节省故障定位时间，也能辅助其他各个位置出现故障时的故障诊断。

3 统一矩阵算法的故障定位分析

统一矩阵算法的故障定位法能够依托于当前的农村配电网自动化开关、故障指示器等的保护数据、单线图开关的网络拓扑关系等来更为直观、清楚地锁定故障位置，其优势体现在：节省投资、高效快速定位，定位精准等，然而，必须关注以下几大方面：

3.1 适用范围有限

以上所讨论的故障定位方法有一个前提条件，那就是要求故障点上级、下级开关的继保动作信息搭建起一个故障信息矩阵，一般适合于配设了故障指示器、以及基于FTU技术的智能化开关，一些农村偏远地区，如果未能实现配网智能化升级，没有配设故障指示器等则不适应此方法，会影响故障定位精度。

3.2 需GIS单线功能图辅助

基于统一矩阵算法的故障定位分析法必须要在GIS单线图的基础上来构建开关联络拓扑关系，因为配网系统和各个用户直接联系起来，必须及时参照用户的需求来拓展网架，对此，配网的网架构造则较为复杂、繁琐，假设开关联络拓扑结构图无法和配网网架结构保持一致，则可能影响所得到的故障定位结果准确度。

3.3 运算效率难以确定

由于配网系统设置了各类开关，开关数量也十分庞大，选择此方法最大的问题就是可能造成矩阵维数较大，从而影响运算效率，难以达到预期的标准。

4 高效定位故障的途径与方法

4.1 加快智能化改造

因为农村配网系统最显著的特点就是自动化程度有限，从而阻碍了各种现代科技在故障快速定位中的应用，要想达到快速、高效的故障定位的标准，则需先对农村配网系统实施智能化改造，特别是要安装智能化开关，以及做好故障指示器的布点，保证拥有充足的故障信息数据能辅助计算，从而提高故障定位效率。统一矩阵算法位数和线路的智能开关数量以及故障指示器的布设等密切相关，对此，必须积极地降低维数，提高计算效率。

4.2 接入分布式电源分析单相接地故障

传统的分布式电源多选择普通旋转式，所传出的故障电流与次暂态电式、电抗等相关，却弱化了电源的出力与控制策略。对此可以选择逆变型分布式电源，用于故障的深入分析，因为其故障特征和电源的控制策略紧密相连，同时，也对故障分析模型加以优化，使其等效为一个压控电流源模型分析，主要通过正序、负序、零序构成复合序网，深层次剖析含分布式接入的配网单相接地故障特点。下图2为含分布式电源的配网复合序图：

Es---系统电源，Zs---等值阻抗，ZL1----PCC上游线路等值阻抗，Z∑0----零模阻抗，Zf-----故障电阻

经过比较接入分布式电源与未接入分布式电源的复合序网，与对应的公式，根据上面的公式（1），（2）能判断出：因为DG接入导致正序网络拓扑有所改变，从而对正序电流带来很大干扰，公共连接点的上游正序电流发生变化，会很大程度减少，相反，位于连接点下游的正序电流则呈现显著的递增趋势，更重要的是上游正序电流减小的程度要远远高出下游电流上升的程度。在零序分量方面，由于受到分布式电源等值模型的影响，PCC点上游、下游等的零序电流则没有太大的浮动，和接入以后的下游正序电流大致相当。

所以，如果某一个分布式电源同配网系统连接，意味着只是局部调整了系统正序网络拓扑，不会对零序电网带来太大的干扰，也就是说分布式电源的接入不会对暂态零序电流带来太大的干扰和影响，也就是有源配网零序电流实际的分布状态和以往的配网没有什么差别。依然可以采用传统的基于零序电流的暂态定位分析法。

分布式电源接入后的故障定位方法也十分明确，如果配网系统出现小电流接地故障，位于故障点一侧的相邻的两大监测点，其暂态零序电流近似熵大致相同，位于故障点两侧的两大监测点，他们的暂态零序电流的近似熵也没有太大的不同，以近似熵理论作为参照标准，自出线口向符合侧逐层判断相邻监测点近似熵值是否存在较大不同，从中就能对比出故障区域。

通过对比接入分布式电源與不接入分布式电源的小电流接地系统出现单相接地故障时暂态电流的分量分布情况，最终得出：分布式电源的连接将对正序电流带来很大的影响，相反，对于零序电流则没有太大影响，因此，传统的基于零序电流定位方法对于此研究依然可以被应用。

5 结语

农村配网系统由于自动化水平相对落后，导致配网故障识别难度较大，所以，必须要加大对农村配网系统的建设与改造力度，提高其自动化水平，无论选择哪种方法都要努力提高其故障定位精度，控制故障查找时间，从而确保配网故障定位的可靠性、安全性，应加大对自动化开关、智能化开关的普及力度，提高故障指示器等的自动化指示水平，以此来为故障的查找、运维等提供科学的参考。

参考文献

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[2]王渊.配网线路故障监测与定位研究[D].昆明理工大学，2017.

[3]丁荣，王书孟，佟岩冰编.10kV及以下配电线路典型故障分析与预防[M].中国电力出版社，2012.