王留成

(淮阴师范学院 物理与电子电气工程学院, 江苏 淮安 223300)

一种配电网故障定位的新方法

王留成

(淮阴师范学院 物理与电子电气工程学院, 江苏 淮安 223300)

结合我国配电网的实际情况,提出一种能够确定配电网故障点确切位置的实用方法. 该方法通过比较各节点电压确定故障区段,并将故障区段始端故障电压与本线路末端短路时的故障电压对比得出故障点距离．该方法适用于中性点不直接接地系统的各种短路故障的定位,并可应用于故障的自动在线检测．

配电网; 故障定位; 相间短路; 单相接地

0 引言

随着电力市场化程度和人民生活水平的提高,供电可靠性越来越受到人们的关注．供电可靠性不仅涉及到用户的经济利益,也涉及到供电企业本身的经济利益．我国配电网停电的主要原因有限电(电源不足或线路过负荷)、计划检修、事故检修、市政建设等．随着电力供需关系的缓和以及城网改造和建设的深入,备用容量和线路增多,限电和计划检修造成的停电时间都大幅度减少,故障检修停电逐步成为影响供电可靠性的主要因素[1-6]．当前的城网改造采用了线路自动分段器,当发生永久性故障时可以隔离出故障线路区段,减少停电范围,但检修时还是要根据经验判断故障点的准确位置．在故障段内有很多分支和配电变压器,要查找故障点位置需要较长时间．有的研究者想用能量管理系统(energy management system,EMS)中的故障诊断功能来确定故障点,但 EMS 主要针对输电线路,不适用于辐射型的配电线路．

目前针对配电线路的故障诊断方法仍存在许多不足[7-10]．故障距离的计算一般是根据短路的特点及边界条件,利用首端开关采集到的三相电流、三相电压及线路参数来计算故障点到首端开关的距离．由于分段器之间负荷分支很多用计算出来的故障距离很难判断故障点的真实位置,即存在很多伪故障点．本文结合我国配电网的实际情况,采用比较各节点电压确定故障区段,然后将故障区段始端故障电压与本线路末端短路时的故障电压对比,从而能够找出故障点的确切位置．

1 相间短路故障定位原理

图1 辐射状配电系统

以BC相间短路为例(如图1). 首先对个节点相间电压进行排序,最终确定除零以外的电压BC相间电压最低点m,即

min(Ul)=Ui≠0

(1)

而m点之后的某节点n,BC相间电压为零，即

Uj≠0，

其中,Ul为第l节点相间电压.

那么可以确定,此时相间短路故障发生在支路ij上．然后确定短路点距离i节点的距离．由于配电线路长度较短,所以配电线路的阻抗相对较小,分段器之间负荷分支又很多,很难做到精确的定位,本文提出一种电压比对的方法,避免线路阻抗较小,很难准确测量,取得相当不错的效果,能够给出较为准确的距离定位．

首先进行离线的短路计算,计算出各节点短路时,其上游节点的短路电压．

考虑到10?kV线路节点之间的长度较短,计算中采用的是进一步简化了的II型电路,即忽略了对地导纳,只计及导线的阻抗．

支路ij的阻抗相量形式[12]:

(2)

式中,zaa、zbb、zcc为自阻抗,zab、zbc、zca为互阻抗.

由于本文假设配电网线路本身是对称的,由此:

(3)

可得阻抗序量Zaij[13]:

(4)

其中,z1、z2、z0分别为正序、负序和零序阻抗.

若j点短路,则有:

EMP=UjP+ZM×IjP+Zij×IjP

(5)

其中，EMP为线路始端各相电压列向量;UjP为j节点的各相电压列向量;ZM为线路始端与节点i间的等效阻抗矩阵.

将BC相短路的边界条件[14]:

带入式(5)得

(6)

则

(7)

当支路ij上k点发生短路时,则有

(8)

(9)

(10)

由式(6)～(9)得

(11)

假设短路点k与节点i之间的距离是支路ij全长的k倍,则有

(12)

由式(10)～(12)得

(13)

这样,只需比较短路时实测m节点的电压与线路末端短路m节点电压的理论值,即可求得短路的位置．

2 单相接地短路故障定位原理

同两相短路一样,发生单相接地故障时,接地相电压也会在一定程度上衰减,对接地短路采用同样的方法可以确定接地故障的支路ij,然后确定短路点距离i节点的距离．

(14)

由式(14)可以看出,接地短路与两相短路仅在计算过程中采用的阻抗不一样,同样得到

(15)

3 误差分析

该方法主要有两个假设:

1) 假设线路始端电压不变；

2) 假设支路ij上任一点短路与j点短路电流近似相等．

下面以BC相间短路对这两个假设引起的误差进行分析．

(16)

(17)

4 总结

本文结合我国配电网的实际情况,提出首先采用比较各节点电压确定故障区段,然后将故障区段始端故障电压与本线路末端短路时的故障电压对比,从而能够找出故障点的确切位置．该方法简单实用,在故障发生时仅需作出对比判断,节省了计算时间,误差分析表明该方法有较高的准确度．

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[责任编辑：蒋海龙]

ANewMethodfortheLocationofVariousShort-circuitFaultsOccurredinDistributionNetworks

WANG Liu-cheng

(College of Physics and Electronic and Electrical Engineering,Huaiyin Normal University,Huaian Jiangsu 223300, China)

According to practical condition of distribution networks in China, a practicable method that can find out exact position of faulty point in distribution network is proposed. The method detect the fault section by comparing each node voltage, and obtained the fault distance by comparing fault section beginning voltage with the voltage when the short circuit fault occurs in the end of the line. The method is suitable to the location of various short-circuit faults occurred in distribution networks with the isolated neutral system, and can be applied to the fault of the automatic online detection.

distribution network; fault location; inter-phase short circuit; single-phase earth fault

TM711

A

1671-6876(2011)02-0118-04

2011-01-06

淮安市科技(工业)支撑计划指导性项目(HAGZ2010001)

王留成(1980-), 男, 江苏射阳人, 硕士, 研究方向为电力系统自动化．