智能配网故障快速定位方法研究

文武

摘 要：随着城市和农村地区配电网改造的不断深化以及电力市场的进一步发展，用电主体对供电的质量以及稳定性的要求越来越高，由此配网自动化水平的改进和提高成为供电部门一项重要的工作内容。研究和实现智能配网故障的快速定位，有助于在配网发生故障时第一时间对故障进行定位、隔离和恢复供电，具有重要意义。本文从智能配网的定义出发，分析了智能配网的主要故障类型并提出了智能配网故障快速定位的基本要求，于文末给出了故障定位的具体方法。

关键词：配电自动化；故障定位；方法对策

0 引言

进入新时期以来，电力作为一种特殊的产品，在我国的经济和社会生活中扮演着越来越重要的角色，我国生产力的发展对电能的依赖性也愈显凸出。配电系统处于电力系统的末端，是连接供电系统和用电主体的桥梁，是电能输送的最后一道环节，因此配电系统的运行效果将对用户的供电质量产生最直接的影响。采用传统的配网结构时，地埋电缆往往和架空线路混合架设，配电设备的种类繁多并且不具有统一的規格，再加上旧式设备不具备开关保护，一旦发生配网线路故障，往往会造成大面积长时间停电的现象。智能配网的改造升级和故障快速定位将有助于抢修工作人员及时对故障进行现场处理，使得故障设备能够被快速准确地识别并隔离，在短时间内实现对故障区域的恢复供电，对提升配电网络供电质量以及提高对客户的服务水平有着十分重要的意义。

1 智能配网的定义

配电系统一般指电力系统中二次降压变电所低压侧直接或降压后向用户供电的系统，即配电是经电网发电、输电后直接面向用户的最终功能。配电系统一般由两部分组成，一部分是配电网，另一部分是配电网的控制设备，配电网中又进一步包括，降压变压器、馈线、断路器以及各种开关，等等，而配电控制设备又涵盖众多测量和计量仪表、通信设备，自动装置以及继电保护等。智能配网是指将现代的信息处理技术和计算机技术与配网系统相融合，利用信息技术的优势，对配电网自身以及用户供电状况的各项技术参数进行实时监测，以加强对配网和用户供电的保护、控制与管理，提升配电作业的工作效率和供电质量，有效减少停电时间和事故维修成本。智能配网系统由以下4部分构成，一是配电线路智能化，即馈线的自动化；二是供电用户的智能化，即用电主体自身能够在允许的权限和范围内实现需方管理；三是变电站的智能化，即变电站的配电部分能够实现无人工运行；四是配电管理的智能化，即实现对配电网各项运行指标和技术参数的智能网络分析。

2 配电网的主要故障类型

在配电网系统中，某一个组成元件的故障都有可能波及整个网络的稳定，因此在配网故障分析与排查时，基本上都需要操作相应开关或断路器对故障区段来进行隔离诊断，并且由于所有元件的故障最终都会在馈线上反映出来，所以为了便于对故障的分析和处理，一般把故障看作是发生在线路上的。基于以上前提，可以把配电网故障分为以下几种类型。

2.1 单相接地

单相接地，是配电网系统中最多发的故障类型。导致出现该类故障的原因有很多，在城市地区最常见的为道路两旁树木过高与线路相搭接而造成配网故障。在中性点不直接接地的配电系统中若发生单相接地故障，虽然不会产生较大的短路电流，但是非故障相的电压却会异常升高，若不进行及时的故障排除，并在该状态下配网继续运行，很容易在时间的作用下发生绝缘被击穿的情况，进而引发更严重的短路故障。

2.2 两相短路

两相短路一般是受到外界影响所致，例如雷击或外力压迫等。线路发生两相短路故障时将产生很大的短路电流，若隔离处理不及时，容易引发故障线路烧毁和大面积停电的不良局面。

2.3 三相短路

三相短路可谓是配电网中最为严重的故障，具体是指对称分布的ABC三相在同一处发生了短接，从而引发了极大的短路电流，在智能配网系统中发生这种故障的概率极低，一般均是由人为因素所致的。

2.4 缺相

缺相是指10kV系统的一相或两相无电压，三相电机则无法运作的故障类型。

3 智能配网故障快速定位的要求

配网自动化的改造和升级将有利于提升供电质量和稳定性，同时也对智能配网故障的快速定位提出了新的要求。第一，需要建立专门的拥有故障定位和隔离功能的配电主站系统，以实现对配电网络的实时监测；第二，解决单相接地故障信号检测难的问题，在配电故障点定位时，非金属性接地故障的特征信息较为微弱，获取难度较大，需要在故障侦测系统中设计一种机制，对其实现有效检测；第三，实现智能配网故障的快速定位必须要考虑方法的经济性，考虑到配电网络点多面广的特点，在充分利用现有资源的基础上，进行创新研究；第四，实现较高自动化水平的故障定位，实现故障定位的实时性和精准性，并且提高硬件设备在各种工作环境中的适应性，在故障发生的第一时间对故障设施隔离，故障区域由其他非故障区域转供电。

4 智能配网故障快速定位的方法研究

4.1 利用重合器和分段器进行故障快速定位

利用重合器和分段器进行智能配网故障快速定位的方法适用于辐射状或环网开环运行的配电网结构。其主要工作原理是，当配网某段出现故障时，安装在线路上的重合器会自动对故障电流进行检测，判定为线路故障后会自动跳闸，一定时间以后又会自动重合。分段器能够智能记忆重合器的分合次数，从而能够按照事先在程序中输入的指令，使重合器达到规定次数的分合。配电系统中重合器和分段器相互配合使用，对于瞬时故障，重合器跳闸第一次重合后，线路将恢复供电；对于永久性故障，重合器将完成预先整定的所有重合次数，确认为永久性故障后，则进行闭锁，不再重合，此时分段器也将自动分闸并闭锁，两者配合以达到对故障线路区段进行隔离的目的。若在重合器完成所有预先整定的分合次数前，故障就被其他设备切除了，重合器将恢复合闸状态，经过一定时间延时后分段器也会进行复位工作，重置重合器的分合次数恢复到预先整定的状态，从而为下一次故障定位做好准备。由此可见，重合器和分段器的结合可以实现配网故障快速定位隔离的作用，并且该方法原理简单，自动化程度高。但是这种方法也存在自身的局限性：一方面，该种方法对设备的要求较高，并且必须要拉开重合器或主变电所的出线断路器，容易导致事故范围判定过大；另一方面，重合器的多次重合会对配电网造成一定的冲击，特别是在发生永久性故障时，多次分合产生的冲击电流可能逼近馈线过载负荷极限，导致线路烧断。

4.2 利用FTU进行故障快速定位

为应对在上述方法中存在的不足，基于FTU与SCADA通信网络的智能配网应运而生。基于FTU的智能配网能够对用户、环网柜以及开闭所的户外馈线实现远距离通信、监测、控制以及故障电流监测等，利用FTU传输到分析终端的参数，经过分析终端的运算能够较快捷地实现故障定位。配电网树状分支的结构特点使得故障总是出现在从电源侧开始最后一个流过故障电流的开关节点到第一个没流过故障电流的开关节点之间，因此对于具有这种结构的辐射状配网、树状配网和处于开环运行的环网，判断和锁定故障区段只要根据馈线沿线各开关是否流过故障电流就可以了，而想要实现对开关节点是否过流进行检查，则需要安装FTU。

因此基于FTU的故障定位方法克服了重合器的缺点，能够一次性精准快速地对故障进行隔离。但由于安装FTU以及后续的通信费用开支巨大，这种方法同样受到经济成本方面的限制，在实际应用中只是在配网的关键节点上安装FTU。

4.3 利用用户故障反馈电话进行故障快速定位

FTU系统能够获取各种实时信息以便于对配电网络进行快速故障定位，在实际运行中配电网络故障的快速定位还有赖于另一类重要的故障信息来源，即用户的故障反馈电话信息。用户故障反馈电话作为FTU和SCADA系统的重要辅助和补充，主要被用来进行非测控区的故障定位，即那些沒有纳入到FTU和SCADA信息通信系统中的区域。随着我国用电用户维护自身用电安全稳定意识以及用电基本常识的提升，电话报修系统获取的用户信息反馈能够有效地帮助供电部门实现配网故障的快速定位。通过获取用户的供电代码以及该用户与变压器的连接关系可以进行初步的故障定位，并且其实现无须专门的设备，成本较低，具有较强的可行性。

5 结束语

智能配网是我国电网改造和电力系统升级的重要工作之一，随着自动化技术的持续挖掘和应用，智能配网将进一步完善和优化。各地配网自动化程度的不断提升也给故障特征检测技术以及故障定位提出了更高层次的要求，利用日趋完善的通信技术和计算机技术对故障定位的方法予以创新和改造有利于推动故障定位方法的进步，而智能配网故障的快速定位能够促使整个配网的运行更加安全、经济和可靠。

参考文献

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