智能配电网故障快速识别及处置方法

杨瓅，徐明，冉懋海

（重庆电力高等专科学校，重庆 400053）

1 智能配电网故障快速识别与定位

1.1 故障识别定位方法

1.1.1 不同FTU 间故障判断方法

此方法正方向指由变电站至线路末端，变电站侧为上游，线路末端则为下游，同时也是下游正方向故障电流具体流向。此次研究将此方向设置为1，反向故障电流流向则为-1。在分析节点电流定律的基础上，母线故障电流和母线流出故障电流保持一致，经过判断以后得出图1。

图1 不同FTU 间的故障判断示意图

由图1 可见，如果故障发生在1 号、2 号FTU 之间，故障电流I2、Is都是流入节点，I1、I3则是流出节点，I4、I5是流入节点。所以I2、Is是正方向1，I1、I3是负方向-1。如果FTU 装置有故障点，故障点范围处于父子节点间电流方是1、-1FTU 装置之间，进而可以识别以及判断出故障存在于父子节点最后电流方向是1 的FTU 装置和下一个FTU 装置间。

1.1.2 不同节点间的故障识别判断方法

为了更加准确地识别及判断不同节点间故障，可根据图2 内容做出相应判断。Is、I3均为流入节点，I1是流出节点，进而得出结果：

图2 不同节点间故障判断示意图

由图2 可知，如果故障点处于节点1、4间，I2、I1=I2+Is+I3。Is所处方向是1，其他则是-1。如果故障电流流入故障发生地的时候故障点处于不同的两个节点之间，那么这时候节点、父节点、子节点间故障电流所处方面均为-1，由此可知，故障点发生于上游最后一个电流方向是1 的FTU 装置线路端节点和兄弟节点间。

1.2 故障识别定位方法的验证

1.2.1 网络描述矩阵

网络结构中上游、下游均设置了不同的FTU 装置，其中上游装置设计成i，下游则是j，i＜j。借助网络描述矩阵元素，如果两装置间有馈线，进而得出结果dij=1，dii=0，dji=0。

1.2.2 故障信息矩阵

在故障信息矩阵G，gi元素指如果故障电流流向FTU 装置i 和假设正方向一致的时候，gi=1；如果故障电流流向FTU 装置i 和假设正方向不一致的时候，gi=-1；如果没有出现故障电流或者电流方向没有明确的时候，gi=0。所以得出故障信息矩阵：

1.2.3 故障判断矩阵

如果从原理视角分析FTU 设备间故障的识别与定位便可以看出，由父节点、子节点间最后一个电流方向是1FTU 设备与下一个FTU 设备间进行识别的。此条件中，如果gi=1，dij=1具备唯一性，同时gj=-1，进而识别出FTU 设备间存在故障点。识别节点间故障时，借助上游最后一个电流方向是1FTU 设备馈线末端节点和兄弟节点间进行识别。此条件中，如果gi=1，dij=1不具备唯一性，所有gj=-1，进而准确识别节点间故障。如果以上情况至少有一种条件是能够得到满足的时候，此时，pi=1这里所提及的pi代表的是故障判断矩阵元素；如果均无法满足的时候，pi=0。这时候如果gi=1，dij=1出现了不唯一现象时，d12、d15都为1，g2、g5都为-1，进而得出故障判断矩阵：

1.3 故障识别定位方法与注意事项

1.3.1 故障识别定位思路

在对故障识别以及定位之前，需要将具体的思路进一步明确。通常情况下，可以由故障判断矩阵准确地找到元素为1 的pi，i 便是相应的FTU 设备的序号。如果结合以上情况对故障类型进行识别与判断，进而判断其为FTU 设备间故障，或者是节点间故障。故障在节点间发生的，所以故障点位置在1 号FTU 线路尾端，或节点5 和周边节点间。如果网络描述矩阵以及故障信息矩阵处于已知状态下，进而形成故障判断矩阵。结合已经得出的具体判定原理、条件，首先需要对gi、dij数值进行准确判断，进而进行ki、yi计数操作，对其是不是满足相关条件进行判定，在此基础上将判定矩阵元素pi、ki数值输出。如果pi=1，代表第i 号设备周围区域内出现了故障点，以ki数值为重要的依据，对具体的故障区域进一步识别。

1.3.2 注意事项

在对配电网故障识别定位的时候，储能装置是非常关键的方法。此方法实施过程中要对诸多层面、诸多环节、诸多问题综合考虑，由于涉及的分支较多，所以故障发生的点较为复杂，并且最明显的特点便是故障复杂且多、末梢故障、环网运行等。所以，在故障发生后，要以描述矩阵、故障信息矩阵有效结合，进而对故障矩阵进行判断，根据故障判定矩阵中确定数值是1 的元素处于整个拓扑图具体位置，最终将故障点所处部位快速识别及定位。

2 智能配电网故障快速处置方法

2.1 智能配电网分段开关配置的不断优化

在智能配电网故障的处置过程中，分段开关的配置非常重要。为了能够促进分段开关配置达到较好的优化效果，就要对智能配电网电路特点、出线和线路特点充分考虑，紧密结合，在将分段开关结构配置进一步明确的基础上进行不断优化。此次研究使用的是电压时间型自动分段器，重点考量的是配电网失压以后可达到自动分合闸的目的，并且运行模式为两种，第一种为配电网故障发生的时候，智能变电站出线端重合器会开闸，借助自动分段器对配电网失压情况进行检测，采用无延时跳闸方法。第二种配电网智能变电站出线端重合器重合延时，此类型自动分段器会结合提前预设好的时延参数，由最近自动分段器自动合闸。若分段器合闸处于配电网故障区域内，重合器便可以对配电网故障电流检测，进而完成二次分闸。故障区段上游，相邻分段器会因为合闸以后出现时间差，借助失压跳闸、闭锁检测的方法将故障隔离。如果配电网变电站出线、分支线开关采用的是重合器，其他配电网线路、用户分界开关采用分段器。分段器运用负荷开关，同时进行两级极差保护，重合器、分段器跳闸延时时间是0s。所以，变电站出线关重合顺开合闸保护的时候，要将时延适当增加。通过此方法完成分段开关配置，既达到了成本节省目的，无须其他通信技术，同时又保证了配电网故障隔离效果的提高，操作简单便捷。但要进行多次分段开关动作，因此，要运用科学的计算方法强化控制，以达到较好的故障隔离效果。

2.2 切实做好智能配电网故障区域的判定

智能配电网故障区域的识别、定位、判断基于分段开关配置的合理化，所以要根据电网传输、监控数据将分段开关保护动作信息看作故障时间信息。如果某一段电路发生故障，重合器、分段器会将开关启动，达到保护的目的。智能配电网故障检测装置可对遥测信号数据进行检测，并快速上传至重合器。重合器运用二进制将故障特点输送至分段开关。分段开关接收故障信号以后会将数据自动储存，同时做出故障描述特征初步判定，通过分段开关重合器实现隔离指令的传达，对相应电路分段器开闸操作控制。但具体判断时，如果分段开关信息出现误差，基于首次判断二次识别故障，分段开关重合器会将选点命令下达至分段开关，此时分段开关保持待工作状态，直至二次识别获取准确的故障点。

2.3 利用返送校对法隔离配电网故障

以上判断定结束以后，通过返送校对法针对分段开关下达双命令隔离请求。在到达故障区域以后，变电站将遥控指令发送至分段开关节点，待信息返回时，会进行准确的校对。如果和原始信息一致，便将每个分段开关节点开合闸指令激活。智能变电站运行环节会对分段开关状态定期进行扫描，扫描好的数据信息传送至分段开关重合器。重合器对配电网故障数据分析，进而将隔离指令发送到故障区域内，借助反复扫描的方法，保证可以运用分段开关配置将故障点快速隔离，提高配电网的运行效率以及稳定性。

2.4 实验结果

在将故障处置及隔离方法明确后，精心设计实验准备环节，高效完成试验对比工作，将两组数据准确记录，具体见表1 所示。

表1 故障隔离数据统计表

由表1 呈现的结果可以看出，所提方法与传统故障隔离方法对比中，前者效率高出很多，平均隔离率达到了85%左右，而传统方法仅为55%左右，充分表明所提故障处置及隔离的方法作用明显且效果显著。

3 结语

针对智能配电网故障的快速识别以及准确的处置，※能够在很大程度上确保配电网运行更加稳定、更加安全，通过采取切实可行的方法将故障区域开关快速断开，同时将其他线路环网开关闭合，进而保证未出现故障的线路段依然可以正常运行，无须大规模停电，保证了人们用电的需求，同时也能够尽快将故障隔离，在较短时间内实现故障点供电。所以，为了能够将配电网自动化、智能化水平大幅度提高，就要不断强化智能配电网故障的快速识别、定位，采用有效的方法进行处理，确保智能配电网高效安全地运行。