一种基于主站多源信息的配电网故障定位方法研究

2020-03-24王昆伦

科学技术创新 2020年3期

练寅王荣王昆伦

（贵州电网有限责任公司兴义供电局，贵州兴义562400）

随着配电网的发展，如何提高配电网故障的快速处理与恢复，提高供电可靠性，在配网自动化主站应用方面需要进一步探索和研究。目前，配电自动化主站功能实用化是主要面临的问题，主站缺少配电网故障监测与馈线自动化的综合应用，当配电网故障时，变电站自动化馈线保护、配网线路自动化终端（DTU/FTU)、故障指示器、小电流接地选线等现场设备采集各自的量测、故障特征信息上送主站，依靠调控人员人工方式进行故障的排查和处理，导致了故障处理过程复杂、故障定位不够精确、恢复供电时间较长等问题，影响了用户的供电可靠性。与此同时，配网主站接入了大量的量测数据，当配网发生故障时，这些接入的数据可提供很多有效的信息用于故障的定位和处理，但目前这些接入的量测数据相对独立，没有相应的故障研判方法能够将这些量测数据组织起来，用于故障的定位和处理，因此有必要开展基于主站多源信息的配网综合故障判别方法研究与应用。

1 故障定位方法要求

配电网故障定位方法须满足下列要求：

1.1 为缩小停电范围和减少停电时间，提高供电可靠性，当故障发生后，故障定位的方法要求尽量简单快捷，以保证在较短时间内进行故障定位，便于快速隔离故障后恢复供电。

1.2 发生故障时，配电自动化主站接收到的故障信息依赖于安装在户外配网线路上的配电终端（FTU、DTU）或故障指示器进行上送，受限于恶劣的户外环境、天气等因素影响，终端或故障指示器上送的故障信息易发生畸变，更有甚者，终端或故障指示器与配电主站的通信状态出现中断，所以要求故障定位方法具有一定的容错性，在部分终端或故障指示器通信中断或接收到畸变信息的情况下仍然确保能实现准确的故障定位。

2 多源信息故障定位模型与算法

配电网多采用开环运行的方式运行，通过馈线上联络开关（开口点）的位置状态变化，可将多电源的配电网划分为多个独立的辐射状网络，进而对各个网络运行情况进行逐一分析。当配电网馈线上发生故障时，通过对安装在户外配网线路上的配电终端（FTU、DTU）或故障指示器上送至配电主站的故障电流、保护或翻牌等信息进行分析，可以找出发生故障的区域。当配电网发生故障时，总能在两个开关之间找到故障点，根据电流的连续性，故障点上游区域（即电源侧）会流过较大的故障电流，故障点下游区域（联络开关侧）则不会有故障电流流过，而非故障点上、下游区域有无故障电流流过的情况是保持一致。

2.1 多源信息故障定位模型。建立故障电流矩阵A，记录故障发生时馈线上配电终端及故障指示器所检测到的故障电流值。其中Aij 为第i 条馈线上的第j 个配电终端，可为FTU，DTU或故障指示器中的任意一种。当检测到故障电流时，Aij=1；当未检测到故障电流时，Aij=0；若第j 个配电终端不存在时，Aij=-1。建立故障信息矩阵B，记录故障发生时馈线上配电终端及故障指示器所上送至配电主站的故障信息，其中FTU、DTU上送的一般是过流、零序告警，故障指示器上送的是故障翻牌信息。Bij 为第i 条馈线上的第j 个配电终端，可为FTU，DTU或故障指示器中的任意一种。当终端上送故障信息时，Bij=1；当终端未上送故障信息时，Bij=0；若第j 个配电终端不存在时，Bij=-1。建立通信状态矩阵C，记录故障发生时馈线上配电终端及故障指示器与配电主站通信状态信息。Cij 为第i 条馈线上的第j 个配电终端，可为FTU，DTU或故障指示器中的任意一种。当终端通信正常时，Cij=1；当终端通信中断或第j 个配电终端不存在时，Cij=0。由于配电终端或故障指示器安装在户外环境中，容易受恶劣天气等因素影响，导致其检测上送的故障电流、故障信息（过流、零序）、翻牌信息可能出现偏差，所以考虑配电主站在能正确接收到多源故障信息的基础上，建立综合的故障定位矩阵，对故障进行定位。其中Dij=（Aij+Bij）*Cij，第i 行代表配电网中的第i 条馈线,第j 列代表配电网所有馈线上包含配电终端及故障指示器数量的最大值。

2.2 故障定位流程与算法。通过故障定位矩阵对配电网各馈线上的故障情况进行判断，故障区间定位的具体流程如下：Step1.根据故障发生时，配电终端（FTU、DTU）、故障指示器所检测上送至配电主站的故障电流、保护或翻牌等信息，及与配电主站的通信状态，分别建立故障电流矩阵A、故障信息矩阵B、通信状态矩阵C。Step2.为提高配电终端（FTU、DTU）、故障指示器所检测上送的准确性，在配电主站接收到多源故障信息的基础上，将多源信息进行融合运算，生成故障定位矩阵，其数学表达式为：D=(A+B).*C。Step3.对故障定位矩阵D的每一行进行比较，若该行的元素全为0 或1，则表示该行所对应的馈线上无故障；若该行的元素出现2，则表示该行所对应的馈线上出现故障，且故障定位于最后一个值为2 的元素后端。Step4.重复Setp1～3，遍历故障定位矩阵所有行。

3 实例分析

图1 简单配电网示意图

如上图所示，该配电网运行方式为联络开关惠实花园1362 开关处断开状态，110kV A 变10kVⅠ母带10kV 金水路线运行，110kVB变10kVⅠ母带10kV花月线运行。故障分别发生故障指示器10 与惠实花园1362 开关之间，及金水北路1364开关与金水南路1363 开关之间，故障电流矩阵为：

其中第一行代表10kV金水路线，第二行代表10kV花月线，元素1 表示检测有故障电流，0 表示无故障电流，方向为变电站出线至馈线开口点。

故障信息矩阵为：

元素1 表示有故障信息上送，0 表示无故障信息；

网络上所有配电终端及故障指示器通信状态正常，通信状态矩阵为：

由上述算法可知：D=(A+B).*C

则故障定位矩阵D为：

依据定位判据，每一行故障存在于该行中最后一个元素2 所表示的终端后端，矩阵第一行即10kV金水路线故障发生在第三个终端，即故障指示器10 的后端，矩阵第二行即10kV金水路线故障发生在第四个终端，即金水北路1364 开关后端，此时因为第五个元素为0，则可判断故障发生在金水北路1364 开关与金水南路1363 开关之间。