于潇琦 韩尧 董小顺 袁霞 穆斯塔法·努尔 高艺超

摘 要：不同于输电网络，配电网分支多、弱环网和辐射结构并存;设备数量众多且通常所处环境恶劣;故障率高，且70%～80%为单相接地故障。在这种复杂的配电网结构、设备环境、运行工况背景下，快速、准确的故障诊断与定位可以为运维人员提供有效指导，大大缩短故障处理和供电恢复时间，提高供电可靠性与安全性。因此研究精确、快速的配电网故障诊断与定位技术具有十分重要的意义。

关键词：故障诊断;故障定位;有源配电网;分布式电源

引言

配電网直接向广大用户提供电能，其安全可靠运行是人们生产生活的重要保障。故障发生后，故障位置的快速精准定位，能够实现故障线路的快速切除，极大提高故障处理效率和电网运行可靠性，具有重要的社会意义和经济效益。随着大规模分布式电源接入配电网，电力系统出现了潮流双向流动、配电网拓扑结构改变等一系列问题，传统的故障定位方法可能失效。

1有源配电网故障诊断与定位技术面临的挑战

故障电流水平是指故障对电流或功率的影响。通常，配电网中的短路电流大小为10～15倍的额定电流。当配电网中存在DG时，会对故障电流水平产生影响，影响的大小取决于DG与故障的距离、DG的发电容量和DG的类型等因素。例如，当DG安装在变电站和故障点之间时，会使得主站检测到的故障电流变小。当配电网中安装的DG容量较小（5kW～5MW）时，其对短路电流的影响很小;当配电网中安装的DG容量较大，如多个小机组或几个大机组（50MW至200MW），它们可能改变故障等级，并影响断路器失灵。此外，短路电流还受到DG类型的影响。在并网点发生短路时，同步发电机输出的起始短路电流可达额定电流的7倍左右;异步感应发电机提供的起始短路电流约为额定电流的5～6倍，此后经过约3～10个周期逐渐衰减到零;双馈异步感应发电机会产生8～10倍于额定电流的起始短路电流，然后逐渐衰减。而逆变器类DG的故障电流特性取决于逆变器的控制与保护策略，在并网点发生短路时，逆变器类DG向短路点提供的短路电流一般可以控制在设定的允许过电流范围（一般为1.2～1.5倍额定电流）之内。

2现有故障诊断与定位方法

2.1信号/扰动注入的方法

在故障诊断方面，可以根据注入信号的频率，分为基于工频信号注入的故障诊断方法，如曾祥君等人提出了一种利用注入基波电流并测量被检线路零序电流变化量的原理进行故障诊断的方法。针对配电网高阻接地尤其是弧光高阻接地故障检测准确率低的问题，还提出了一种基于中性点注入电流增强故障特征的诊断方法。以及基于非工频信号注入的故障诊断方法，如注入脉冲信号、高频测试信号等。在故障定位方面，利用一次设备向系统中注入特定频率信号，故障线路经过故障点形成信号回路，通过线路上安装的故障指示器检测该信号流经的路径即可进行区段定位。

2.2不利用接地故障特征分量的选线方法

（1）一般操作系统人员一般无需再自行添置任何一次其他机械设备，不会对正常设备运行的其他机械设备运行造成任何不良影响;（2）信号注入式式的信号输出是否泛指它们具有与操作系统中任何一种固有接地信号相同的物理特征，对它们的接地检测操作方式一般不受操作系统正常设备运行工作状态等不良情况的直接影响;（3）信号输出的电流注入式式信号中的电流常数只能在系统接地检测线路的规定接地期和相中期内进行一次流通，不会直接造成影响操作系统其他机械部件。但是该设计方法必须达到要求在注入线路所有的信号分段和各个线路分支之间都必须装设一个注入信号上的电流电压检测器，导致线路投资控制力度的不断增大，且在实际的线路系统设计操作中，注入线路信号的电流数量和振动强度也在很大一定程度上已经因为受到了信号电压电流传感器的注入容量很大限制。当接地线路信号发生接地故障判断是否为采用高阻线路接地时，线路上的分布式接地电容将可能会直接引起对被输出线路注入接地信号的短路过滤，从而也将可能会给您所选择的接地线路信号带来一定的线路电磁干扰;如果在多个接地点同时出现了线路间歇性的线路电弧抖动现象，还将直接影响导致被输出注入的线路信号在连接线路过程中将同时发生不连续，从而直接损害被输出注入的线路信号的电特性，影响信号检测值的准确率。

2.3多端行波时差的配电网故障

基于多端行波时差的配电网故障定位方法。对于结构复杂、分支众多的配电网，根据配电网自身拓扑结构特征定义节点矩阵和无效节点。通过分析故障行波的传输特性，提出一种配电网故障状态表达式，根据多端行波时差和双端行波原理计算的故障距离理论值，将理论值代入故障状态表达式，建立故障搜索矩阵和辅助矩阵，通过分析故障搜索矩阵和辅助矩阵的元素状态，提出故障线路判定原理，提取节点矩阵中的故障节点，进而有效判定故障线路。根据三端行波法计算实际故障距离，可消除行波波速不确定性造成的测距误差，实现故障点的精准定位。仿真结果表明，本文所提定位方法原理简单、可靠性好，不受故障类型和过渡电阻的影响，与现有配电网故障行波定位方法相比，通过节点矩阵的配合，有效降低了故障搜索矩阵和辅助矩阵的维度，减少了计算量，提高了配电网行波定位方法的可靠性和实用性。

结束语

配电网故障定位对电力系统的运行具有重要意义。快速准确地找出故障位置能大幅缩短故障恢复时间，提高电网供电质量和可靠性，提升用户满意度，同时也能降低运营商的运营成本。配电网相较输电网结构更为复杂，支路众多，这给配电网的故障定位带来极大的挑战。随着通信技术和广域测量技术的不断发展，同步相量测量单元PMU（PhasorMeasurementUnit）的应用愈加广。PMU能获取配电网中高精度、同步的电气相量数据，其幅值和相角误差分别仅为0.5%和0.01°，这为配电网故障的准确定位提供了条件。近年来，国内外学者对基于PMU的配电网故障定位方法进行了广泛、深入的研究。

参考文献

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[2]周力.有源配电网自愈技术研究[D].东南大学，2017.

[3]刘献，张润明，廖奉怡，陈雄常.有源配电网故障检测与恢复技术[J].电工文摘，2016（03）：16-17+25.