农村配电网故障定位适应性研究

摘 要：配网故障是影响用户用电体验的重要因素，如何提高配网故障定位效率，降低配网故障影响范围，是未来配网发展的方向。现结合农村配电网运行情况，提出了基于自动化设备的配网故障定位技术，分析了该技术的优缺点及改进方法，为农村配电网的故障定位提供了参考。

关键词：配网故障;故障定位;供电可靠性;矩阵算法

0 引言

配电网作为连接输电网和用户的桥梁，是电网中直接面对用户的末端电网。

配电网具有网架结构复杂、用户种类多、周围地形多样、设备类型繁多的特点，导致配电网故障发生概率大，且难以确定故障发生点。

对于城市配电网或城镇配电网，因用户对供电可靠性要求高，配电网配备了较多的智能型开关或故障指示器，可实现配网运行监测，包括监测开关状态、故障信息，并接收自动化主站下发的操作信息，对配网设备进行监管和控制，可实现设备故障定位、隔离和非故障线路的快速复电[1-3]。农村地区配电网因线路通道、周边环境、供电范围、用户供电可靠性需求等问题，自动化程度偏低，故障跳闸停电范围大，故障范围难以确定，只能依靠人工逐一查找确认，导致故障停电时间长、影响范围广。

如何提高农村配电网故障定位效率，提升复电效率，是本文的研究重点。

本文从农村配电网现状出发，结合配电网网络拓扑结构、自动化设备装备情况、故障信息等因素，提出了基于统一矩阵算法的故障定位方法。

1 基于统一矩阵算法的配网故障定位原理

若配网发生故障，则该故障所有的上一级开关均流过故障电流，其余支线开关或故障下一级开关均未流过故障电流，可以通过最后一个流过故障电流的开关，确定故障影响的最小范围。

图1为某个配电网电气拓扑结构图，圆黑点为自动化开关，开关1连接电源。假如在开关2、3之间发生故障，则开关1、2都流过故障电流，而其余开关未有故障电流。在正常情况下，系统集合所有开關继保信息后得出开关2后段有故障。以此为条件说明本文的故障定位方法，规定流过故障电流的开关状态为1，反之为0，则开关状态的矩阵D为：

D=100000 010000000000000000000000000000（1）

其中，开关有故障信息，则矩阵D对角线元素为1，其余为0。同时，各开关之间的联络关系拓扑矩阵G为：

G=100000 101010010100001000010001000010（2）

所以，将开关联络矩阵G和开关状态矩阵D相乘，得到故障信息的矩阵P：

P=G×D=100000 100000000000000000000000000000（3）

其中，矩阵P包含有故障信息，但是还不能直观展示，需要进行处理，将矩阵P及其转置矩阵按位进行异或运算[4]，得到故障判定矩阵P：

P=P？茌PT=000000 001000010000000000000000000000（4）

根据式（4）可以看出，只有开关2、3之间的区段有故障信息，得知故障点在开关2、3之间。通过此方法，可以得到准确的故障位置。假定其他位置发生故障，可得到同样的结果。

2 统一矩阵算法的故障定位分析

本文提出故障定位方法，可以利用现有农村配电网自动化开关或故障指示器的保护信息、单线图开关的网络拓扑关系，直接定位故障，具有不增加投资，定位快速、准确的特点，但是需要注意以下几点：

第一，本文故障定位方法需要故障点上、下级开关的继保动作信息构建故障信息矩阵，能满足该条件的目前有故障指示器或基于FTU技术的智能开关。对于尚未开展配电网智能化改造、未安装故障指示器或者故障指示器安装不足的农村线路，该方法故障定位精度难以满足要求。

第二，该方法需要借助GIS单线图功能构建开关联络拓扑关系。配电网是直接与用户联系的电网，经常需要根据用户需求扩展网架，所以配电网的网架结构变化较为频繁，如果开关联络拓扑结构图未能同步配电网网架结构，会导致得到的结果与实际不符。

第三，配电网开关数量较多，采用该方法可能导致矩阵维数巨大，造成运算效率低下，无法满足要求。

3 提高故障定位效率的方法

基于农村线路自动化程度较低的现状，为满足故障快速定位需求，应优先开展智能开关改造工程，或者开展故障指示器布点工作，确保有足够的故障信息量作为计算依据。

统一矩阵算法维数与线路的智能开关、故障指示器数量有关，所以如何降低维数，提升计算效率成为关键。本文提出的按智能开关为界，将配电网分为多个小电网，分别利用统一矩阵算法开展故障定位工作。

图2为某个配网网络区域划分图，白色圆为智能开关，黑色圆为故障指示器，以智能开关为界划分区域，可划分成3个区域，区域A包含设备1、2、3、7、8、9、10，区域B包含设备4、5、6、12，区域C包含设备10、11。当开关3和故障指示器4之间有故障时，开关1、3有继保信息，故障指示器2有信息，故障指示器4、5、6没有信息，所以系统只根据区域B的设备数量开展故障定位计算，以降低计算维度，提升运算速度。

4 结语

农村配电网建设相对滞后，故障率相对较高，故障范围较大，在现有基础上，采取何种手段提供精度较高的故障定位，减少故障查找时间，提高农村配电网供电可靠性，是值得研究的问题。利用农村配电网现有的自动化开关、故障指示器等自动化设备、电网拓扑结构以及统一矩阵算法可实现故障定位，为线路运维人员查找故障提供参考。同时，加快农村配电网自动化改造是农村配电网的发展方向，也是配网自动化建设的重要内容。

[参考文献]

[1] 高赟，郭琪.10 kV智能配网故障定位系统研究[J].电气自动化，2018（3）：53-56.

[2] 陈炳灿.智能配网故障快速定位方法研究[J].中国高新技术企业（中旬刊），2016（12）：1-2.

[3] 王建明.浅谈配网自动化故障定位问题的研究与应用[J].科技视界，2017（34）：80-81.

[4] 冯伟杰.智能配网故障快速定位方法的研究与实现[D].广州：华南理工大学，2011.

收稿日期：2019-12-30

作者简介：何桂麟（1992—），男，广东清远人，助理工程师，研究方向：配网运行、配网自动化。