配電網故障定位監測分析  國內外研究水平的現狀和發展趨勢

1.與項目研究內容緊密相關的技術發展歷史的簡要回顧；

在整個配電網中，配電線路是最主要的組成部分，同時也是整個配電網的核心部分，對整個配電網運行的穩定性和可靠性具有較為重要的影響。但在對配電網中配電線路運行情況進行檢查的過程中發現，配電線路在運行時，由于受到雷電、雨雪和暴風等外在因素和環境變化的影響，經常會出現單相接地和系統間歇性故障等問題，在一定程度上對整個配電網的正常運行造成了影響。

對于配電線路故障的巡查和定位，經歷了幾個歷史階段。第一階段是采用人工經驗法，靠視覺及經驗來判斷故障位置；后來，應用了阻抗法，當故障發生時，可以通過測量故障線路的電流、電壓，來計算故障回路的阻抗，再假設架空線路為均勻性，其長度與阻抗則成正比，根據這一關系，就能大致計算得出故障線路的位置；另外也有應用交流注入法，該方法依靠重合器將發生故障的線路隔離出來，再輸入高壓信號，再利用檢測器順著架空線路來逐級檢查，自隔離部位的初始位置開始到末尾慢慢檢查，一旦發現被檢測區段的前后存在兩倍以上的信號差，就能初步斷定故障點大概在這一位置；再有則是行波定位法，就是通過依靠故障發生時出現的行波來具體分析單端故障所在的位置。

各種定位方法各有特點，各有優勢同時也都具有局限性。

2.國內外研究水平的現狀和發展趨勢；

配電線路故障定位目前一般采取故障指示器，即俗稱翻牌器的方式，此方式可以采用無線方式，將報警數據向后臺傳輸。

一般的SSD配電網狀態傳感單元突破傳統模擬式故障指示器的技術，實現數字化，并且融合標準FTU的實用功能，采用量化的短路故障檢測方法，監測線路各點的負荷電流、短路故障電流和線路對地絕緣并實時上報到主站系統，大大提高短路和接地故障檢測的準確性。監測器和數據傳控單元安裝簡單，安裝或拆卸不需停電，也無需PT和CT，在線路上的任意點均可安裝，有柱上開關配合的安裝點可實現二遙或三遙功能，無柱上開關配合的安裝點可實現二遙功能。

本地采用ZigBee數字無線自動組網技術，采用GPRS/CDMA/3G網絡或光纖通信，對無公網信號的盲區采用低功耗數字化中繼單元，有電力光纖覆蓋的區域可直接對接或經數字小無線中繼后接入。

隨著光纖普及，終端實時采集的時間間隔密度增加，要求該系統容易升級至全功能的配網自動化，滿足三遙功能。

策略如下：

（1）SSD配電網狀態傳感單元具有負荷監測、短路報警、接地故障信息近距離傳輸至中繼站等優勢，不需升級，只需壽命期輪換。

（2）數據傳控單元與主站配合，由于采用GPRS傳輸，考慮通信費用，采用打包定時傳輸和越限即時傳輸的 模式，為初級的二遙功能。今后隨著光纖等專用網的鋪設到位可以改接為實時傳輸，對SSD配電網狀態傳感單元的負荷和變位信息實施標準的遙測、遙信功能，預留的接口和端子還可以對開關實現遙信、遙測、遙控功能。升級不需要改造現有裝置的主設備，僅需要局部改接即能升級。

（3）系統嵌入配電GPMS，共享同一接線圖形支撐平臺，既可單獨運行，也可以與SCADA系統集成。

（4）主站系統增加自檢功能，通過檢測判別系統是否正常工作，異常能自動告警。

總的來說，故障指示器方式，在線路周邊環境比較復雜的地帶安裝時，設備容易受環境影響；設備暴露在自然環境中，老化較快，損耗比較嚴重。另外，由于成本原因，只能在某條線路的關鍵點上或間隔較遠安裝，只能確定大概故障區段和故障現象，無法精確定位故障地點。通訊方式也是該方式的短板，一旦通訊中斷，則需要人工巡檢，靠視力識別故障指示器信息，并且需要在兩組故障指示器之間依靠視力尋找故障點，費時長，而且無法精確定位。

 

目前比較常用的故障監測及分析定位方式還有如下幾種：

人工經驗法，靠視覺及經驗來判斷故障位置。

阻抗法，當故障發生時，可以通過測量故障線路的電流、電壓，來計算故障回路的阻抗，再假設架空線路為均勻性，其長度與阻抗則成正比，根據這一關系，就能大致計算得出故障線路的位置；

交流注入法，該方法依靠重合器將發生故障的線路隔離出來，再輸入高壓信號，再利用檢測器順著架空線路來逐級檢查，自隔離部位的初始位置開始到末尾慢慢檢查，一旦發現被檢測區段的前后存在兩倍以上的信號差，就能初步斷定故障點大概在這一位置。

行波定位法，就是通過依靠故障發生時出現的行波來具體分析單端故障所在的位置。

 

3.國內外研究機構對本項目的研究情況；

配電網受其特殊的網絡結構等因素影響，使得其在輸電網中較為成熟，故障定位技術不能直接引入到配電系統的故障定位當中，這樣配電網故障定位技術的發展就成為制約電力系統可靠性提高及電能質量改善的重要因素。為此，國內外學者圍繞配電網故障定位技術展開了深入研究，提出了多種定位方法。 

國內外學者針對配電網故障定位問題已做了大量的研究工作，歸納起來大致有如下四類方法： 

圖論分析法：圖論分析法是以配電網的結構及FTU監測到的饋線開關信息為基礎發展起來的一類故障定位方法，分矩陣法和過熱弧搜尋法兩類。 

過熱弧搜尋法：該方法將配電網的故障定位問題轉換為過熱弧的搜尋問題。將配電饋線按線路潮流方向定義成有向弧，饋線開關看作弧的頂點，弧的負荷即為饋線的供出負荷，頂點的負荷則為流過開關的電流，由此建立與實際系統相對應的變結構耗散網絡。通過歸一化負荷C弧負荷與其額定負荷之比乘以100，是否大于100來判斷過熱區域，大于100的區域為過熱區域，即故障區域。在過熱弧搜尋索法中增加了最小配電區域分離的過程，可以在故障信息不完備的情況下對多電源并列供電系統進行故障定位：過熱區域搜索法則從區域的耗散電流入來定位故障。過熱弧搜尋法具有原理簡單、可判斷故障程度等優點，但其可靠性依賴于區域額定負荷或額定電流的計算，應用相對復雜。 

暫態分析方法，暫態分析法主要通過挖掘系統參數與暫態頻率或由網絡結構改變（包括配電網能量分配的變化）而產生的行波速度之間的關系來定位故障。 

人工智能法，人工智能法不需要對系統建模，只利用系統的數據庫作支撐，將系統看作是未知的“黑匣子”，應用一定的規則，用來輸出系統故障時的特定數據。 

專家系統由知識庫、用戶界面、推理機等多個模塊組成。該方法主要將新獲得的故障信息與知識庫中的歷史記錄信息進行對比分析，通過推理機推斷出故障的位置。

配電網的特殊性決定了其故障定位比較復雜，為了提高定位精度，國內外的專家學者提出了多種不同的解決方法。但單一類型的算法由于其局限所在，不能很好地滿足定位要求。為此，應該從各類方法的原理及其實現條件著手，從配電網的實際結構及自動化發展程度考慮，將各類算法有效地結合起來，形成復合型的故障定位方案，以有效地解決配電網故障定位這個難題。復合型的配電網故障定位方案可以綜合利用各類算法的優勢，取長補短，更好地提高定位算法的性能，降低成本，提高經濟效益。

 

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