配电网短路故障在线监测及综合诊断研究

刘智敏

摘要：由于如今配电网的规模以及覆盖的范围不断增大，运行复杂性也随之变大，运行不断接近最大负荷，因此，配电网发生故障频率和风险也日益上升。配电网内的故障主要分成了两类，分别为简单故障以及复杂故障两大类，其中复杂故障本质为多个简单故障组成。配电网内的短路故障主要有单相接地短路故障、两相短路故障、三相短路故障以及两点接地短路故障四种类型。其线路一旦出现故障，将会直接影响配电网供电的可靠性，因此，对配电线路的故障检测以及故障诊断技术展开相关研究是十分有必要的。传统的配电网故障检测以及故障诊断技术已经难以迎合现阶段配电网的发展需求，因此，亟需研究一种配电网短路故障在线监测及综合诊断技术，提高配电网故障的监测和判断能力。基于此，本篇文章对配电网短路故障在线监测及综合诊断进行研究，以供参考。

关键词：配电网;短路故障;在线监测;综合诊断

1配电网设备可靠性差异化运行管理维护的重要性

传统设备可靠性运行管理维护工作的实施仅依靠人工管理方式，尽管此种方式可实现对此方面的有序管理，但由于电力设备更新和电力产业发展速度较快，导致传统的运维管理措施已难以适用于现代化社会背景下的电力产业发展。为更好地支撑电力产业发展，本文提出一种差异化策略，即在实施配电网设备可靠性综合维护管理过程中，基于精益化层面对其展开分析，定位行为实施过程中故障的发生点，以此实现在最短时间内解决设备运行出现的问题，提高配电网的运行效率，为满足其综合稳定运行需求进行组织性指导。针对配电网设备的可靠性运行，对其提出差异化运行管理维护策略，其核心目的在于解决传施存在的问题，降低配电站、供电站在运行中存在的问题，保障其运行的稳定性。而通过应用差异化运行管理维护措施，不仅可降低传统人工巡检工作实施存在的问题，也可实现在某种程度上对电网综合运行水平的显著提升。而差异化策略在此过程中的作用主要为运维巡检人员奠定心理基础，从而确保其在工作中可有效地解决设备在配电站中运行存在风险性问题，并综合不同设备差异化表达方式对此方面实施评估行为。因此，对配电网设备可靠性运行进行差异化运行管理维护属于必要行为，故而是十分有意义的。

2常规故障计算方法与问题分析

有源配电网的短路计算需要首先建立短路计算模型。按照并网类型的不同，电机型在有源配电网故障分析中可等效为串联电抗的电压源，而逆变型可将其等效为压控电流源。常规的有源配电网短路计算利用故障分量叠加原理求解故障端口处的故障电流。由于系统故障时逆变型的输出电流与并网点电压非线性耦合，短路数值计算需要迭代求解。高渗透率接入时，采用常规方法计算有源配电网短路电流时存在以下两个问题。一是由于配电网节点数目较多，大量接入时，节点阻抗矩阵维数较高，常规方法存在效率不高和计算时间偏长的问题。二是配电网运行方式和网络结构变化时，采用常规方法进行故障计算时需修改节点阻抗矩阵，增加了计算步骤和计算时间。考虑前推回代法不需要生成节点阻抗矩阵，数值稳定性好、计算速度快，本文将其改进并用于高渗透率有源配电网的故障计算。

3仿真分析

在含多个风电场的大电网短路电流分析中，认为单个风电场内不同机组遭受的电压跌落幅度相近且暂态行为相似，忽略机组之间相互作用对短路电流结果的影响。而在配电网中分散式DFIG常为单台接入，发生故障时，不同DFIG的端电压会呈现较为明显的差别，因此建模中需对每台DFIG进行单独考虑。从工程实用角度出发，同时类比对同步发电机的处理方式，对与某一时刻DFIG的短路电流模型，采用等值电流源的形式进行处理，即针对某一时刻的短路电流计算，将配电网进行线性时不变的近似处理。将非线性时变系统近似等效为线性时不变系统，误差来源主要包括：①配电网接入点向电网侧看的戴维南等值;②配电网短路电流正序、负序分量的运算曲面近似;③初始计算时假设配电网未接入计算等值开路电压的正序和负序分量。通过仿真测试表明，配电网短路电流采用运算曲面近似对误差贡献最大，然后是初始计算时假设配电网未接入引入的计算误差，戴维南等值对误差贡献最小。不对称故障发生后，除配电网4撬棒保护动作外，其余3台配电网均保持不脱网运行、撬棒保护不动作，且每台配电网转子侧变流器采用以消除电磁功率波动为目标的控制方式。不论撬棒投切情况，经过修正系数后正、负短路电流计算值与仿真值误差在（-7%，5%），其误差值均小于原未经修正系数修正时的误差。但同时需要注意的是，实际风电机组参数与仿真模型参数之间也存在一定差别，该部分误差具体为各种不确定因素导致的系统参数误差，其绝对值和符号均不可预测，该部分误差消除困难。对此可以采用继电保护整定中的可靠系数，通过引入可靠系数确保短路电流计算结果相对保守。

4在线监测装置设计

为了实现电压、电流的一体化测量，该装置分成了两个模块，其左边为电压传感器部分，其右边为电流传感器部分。两边不同的传感器利用开放型卡扣的设计，将其结合在一起，形成综合在线监测装置。通过开放型卡扣，让该装置能够较为便捷地在配电线路上进行安装，并且其中间孔径的大小能够依据实际情况进行设计。电压、电流一体化传感器主要存在以下优点：1）结构简单、轻便，有利于现场安装;2）实现了电压信号和电流信号的同步测量;3）因与线路为非接触形式，具有更好的稳定性;4）不存在铁磁谐振，其测量范围大;5）数据比较容易传输。

5配电网故障在线监测技术

1）配电网故障在线监测系统的组成。配电网在线故障监测系统主要由主站系统和远程故障监测控制单元两部分组成，每部分包括一个远程通信单元和三个在线监测单元。（2）主要职能。故障监控远程控制单元进行在线监控，判断接地故障和短路故障，将获取的故障信息传送并记录到主站数据库中，进行实时统计、分析、搜索和数据查询;同时发出报警声和短信报警声，告知调度人员和电气操作员故障点信息，从而指导工作人员快速准确地查找故障点。系统直接显示故障类型、故障电流路径、故障点在主站计算机线路仿真图上的位置，在线实时监控显示电流等运行参数，绘制历史曲线，提供故障后事故分析总结等功能。为了帮助电工及时掌握线路的正常运行和故障过程。（3）一些理解要點。1）个别监控点受移动通信网络信号不稳定的影响，存在通信离线、数据下载不及时等问题，影响系统整体故障定位效果。建议在现有数据收集模型的基础上研究小型无线中继技术的可行性。⑵远程控制单元的一部分在出现故障和故障时进行在线监测，影响接地故障和短路故障诊断的准确性，建议今后在资金允许的情况下进行维修和改装。3）系统监控设备点很多，分布广泛。为提高系统利用率，建议建立相应的维护管理机制。

结束语

针对常规配电网短路计算方法在高渗透率接入时存在计算时间长和计算量大的问题，本文从支路角度提出了有源配电网短路计算的新方法。经理论分析和算例验证，可得以下结论：1）新方法计算时间受节点数目影响小、计算时间短，可用于高渗透率有源配电网的短路计算;2）现有方法较少讨论弱环有源配电网的短路计算，本文所提方法可用于辐射网络和弱环网络，具有较好的适应性。

参考文献

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