基于負(fù)序電壓的配電網(wǎng)故障定位方法

結(jié)合我國(guó)配電網(wǎng)的實(shí)際情況，文章提出一種能夠確定配電網(wǎng)故障點(diǎn)確切位置的實(shí)用方法，此方法通過(guò)比較各節(jié)點(diǎn)負(fù)序電壓確定故障區(qū)段，并將故障區(qū)段始端負(fù)序電壓與本線路始端和末端短路時(shí)的故障負(fù)序電壓進(jìn)行運(yùn)算得出故障點(diǎn)距離。此方法適用于配電網(wǎng)的各種短路故障的定位，并可應(yīng)用于故障的自動(dòng)在線檢測(cè)。

0 引言
提高供電可靠性是供電企業(yè)一項(xiàng)基本任務(wù)，也是一項(xiàng)常規(guī)任務(wù)。供電可靠性不僅涉及到供電企業(yè)本身的經(jīng)濟(jì)效益，更涉及到用戶的經(jīng)濟(jì)利益。隨著電力市場(chǎng)化程度和人民生活水平的提高，供電可靠性越來(lái)越受到人們的關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力用戶遭受的停電事故95％以上是由配電網(wǎng)引起的(扣除發(fā)電不足因素)，其中大部分是故障原因。我國(guó)配電網(wǎng)停電的主要原因有限電(電源不足或線路過(guò)負(fù)荷)、計(jì)劃?rùn)z修、事故檢修、市政建設(shè)等。隨著電力供需關(guān)系的緩和以及城網(wǎng)改造和建設(shè)的深入，備用容量和線路增多，限電和計(jì)劃?rùn)z修造成的停電時(shí)間都大幅度減少，故障檢修停電逐步成為影響供電可靠性的主要因素。當(dāng)前的城網(wǎng)改造采用了線路自動(dòng)分段器，當(dāng)發(fā)生永久性故障時(shí)可以隔離出故障線路區(qū)段，減少停電范圍，但檢修時(shí)還是要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。在故障段內(nèi)有很多分支和配電變壓器，要查找故障點(diǎn)位置需要較長(zhǎng)時(shí)間。配電網(wǎng)與輸電網(wǎng)有很大的不同，很多輸電網(wǎng)成熟的技術(shù)并不適用于配電線路。
目前針對(duì)配電線路的實(shí)用故障診斷方法仍很匱乏。故障距離的計(jì)算一般是根據(jù)短路的特點(diǎn)及邊界條件，利用首端開(kāi)關(guān)采集到的三相電流、三相電壓及線路參數(shù)來(lái)計(jì)算故障點(diǎn)到首端開(kāi)關(guān)的距離。由于配電線路較短，線路阻抗較小，阻抗計(jì)算誤差較大。本文結(jié)合我國(guó)配電網(wǎng)的實(shí)際情況，采用比較各節(jié)點(diǎn)電壓確定故障區(qū)段，然后將故障區(qū)段始端故障電壓與本線路末端短路時(shí)的故障電壓對(duì)比，從而能夠找出故障點(diǎn)的確切位置。

1 相間短路故障定位原理
以BC相問(wèn)短路為例，如圖1。

首先對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)相間電壓進(jìn)行排序，最終確定負(fù)序電壓BC相間電壓最高點(diǎn)m，即
max(Ul2)=Ui2≠0 (1)
而m點(diǎn)之后的某節(jié)點(diǎn)n，BC相間電壓為零，
即Uj≠0
其中，Ul為第1節(jié)點(diǎn)相間電壓；
那么可以確定，此時(shí)相問(wèn)短路故障發(fā)生在支路ij上。然后確定短路點(diǎn)距離f節(jié)點(diǎn)的距離。由于配電線路長(zhǎng)度較短，所以配電線路的阻抗相對(duì)較小，分段器之間負(fù)荷分支又很多，很難做到精確的定位，本文提出一種負(fù)序電壓比對(duì)的方法，避免了上述問(wèn)題，取得相當(dāng)不錯(cuò)的效果，能夠給出較為準(zhǔn)確的距離定位。

首先進(jìn)行離線的短路計(jì)算，計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)短路時(shí)，其本身和上游節(jié)點(diǎn)的短路負(fù)序電壓。
考慮到10kV線路節(jié)點(diǎn)之間的長(zhǎng)度較短，計(jì)算中采用的是進(jìn)一步簡(jiǎn)化了的：II型電路，即忽略了對(duì)地導(dǎo)納，只計(jì)及導(dǎo)線的阻抗。

其中：EM2為線路始端各相負(fù)序電壓；Uj2為j節(jié)點(diǎn)的各相負(fù)序電壓；
ZM2為線路始端與節(jié)點(diǎn)i間的等效負(fù)序阻抗矩陣；
Eij2為節(jié)點(diǎn)i、j間的等效負(fù)序阻抗矩陣；

這樣，只需比較短路時(shí)實(shí)測(cè)m節(jié)點(diǎn)的電壓與線路末端短路m節(jié)點(diǎn)電壓的理論值，即可求得短路的位置。

2 單相接地短路故障定位原理
同兩相短路一樣，發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地相電壓也會(huì)在一定程度上衰減，對(duì)接地短路采用同樣的方法可以確定接地故障的支路ij，然后確定短路點(diǎn)距離i節(jié)點(diǎn)的距離。
以A相發(fā)生接地故障為例，進(jìn)行離線的短路計(jì)算，計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)短路時(shí)，其上游節(jié)點(diǎn)的短路電壓。若節(jié)點(diǎn)j點(diǎn)短路，則同樣有式(5)，將邊界條件：

由式(17)可以看出，單相接地短路與兩相短路一樣，同樣得到式(15)的結(jié)論。

3 誤差分析
此方法的誤差主要由假設(shè)，即假設(shè)線路始端電壓不變引起。
下面以BC相間短路對(duì)這兩個(gè)假設(shè)引起的誤差進(jìn)行分析。

由式(19)可知，當(dāng)線路始端電壓衰減程度一定時(shí)，線路始端到節(jié)點(diǎn)i的阻抗值越大則誤差越大，短路點(diǎn)越接近i點(diǎn)則誤差越??；當(dāng)線路始端到短路點(diǎn)的阻抗值一定時(shí)，始端電壓衰減越多則誤差越?。挥捎诰€路越長(zhǎng)的差值就越小，而線路越短計(jì)算誤差就越小，由此可見(jiàn)，無(wú)論線路長(zhǎng)短該方法均能收到較好的效果。

4 總結(jié)
本文結(jié)合我國(guó)配電網(wǎng)的實(shí)際情況，提出首先采用比較各節(jié)點(diǎn)電壓確定故障區(qū)段，然后將故障區(qū)段始端故障負(fù)序電壓與本線路始端和末端短路時(shí)的負(fù)序電壓進(jìn)行運(yùn)算，從而能夠找出故障點(diǎn)的確切位置。本方法簡(jiǎn)單實(shí)用，在故障發(fā)生時(shí)僅需作出對(duì)比判斷，大大節(jié)省了計(jì)算時(shí)間，誤差分析表明本方法有較高的準(zhǔn)確度。