配電網(wǎng)故障定位監(jiān)測分析  國內(nèi)外研究水平的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

1.與項目研究內(nèi)容緊密相關(guān)的技術(shù)發(fā)展歷史的簡要回顧；

在整個配電網(wǎng)中，配電線路是最主要的組成部分，同時也是整個配電網(wǎng)的核心部分，對整個配電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和可靠性具有較為重要的影響。但在對配電網(wǎng)中配電線路運行情況進行檢查的過程中發(fā)現(xiàn)，配電線路在運行時，由于受到雷電、雨雪和暴風(fēng)等外在因素和環(huán)境變化的影響，經(jīng)常會出現(xiàn)單相接地和系統(tǒng)間歇性故障等問題，在一定程度上對整個配電網(wǎng)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(jīng)歷了幾個歷史階段。第一階段是采用人工經(jīng)驗法，靠視覺及經(jīng)驗來判斷故障位置；后來，應(yīng)用了阻抗法，當(dāng)故障發(fā)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(shè)架空線路為均勻性，其長度與阻抗則成正比，根據(jù)這一關(guān)系，就能大致計算得出故障線路的位置；另外也有應(yīng)用交流注入法，該方法依靠重合器將發(fā)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(fā)現(xiàn)被檢測區(qū)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(fā)生時出現(xiàn)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(yōu)勢同時也都具有局限性。

2.國內(nèi)外研究水平的現(xiàn)狀和發(fā)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(shù)據(jù)向后臺傳輸。

一般的SSD配電網(wǎng)狀態(tài)傳感單元突破傳統(tǒng)模擬式故障指示器的技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)字化，并且融合標(biāo)準(zhǔn)FTU的實用功能，采用量化的短路故障檢測方法，監(jiān)測線路各點的負(fù)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(tǒng)，大大提高短路和接地故障檢測的準(zhǔn)確性。監(jiān)測器和數(shù)據(jù)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(guān)配合的安裝點可實現(xiàn)二遙或三遙功能，無柱上開關(guān)配合的安裝點可實現(xiàn)二遙功能。

本地采用ZigBee數(shù)字無線自動組網(wǎng)技術(shù)，采用GPRS/CDMA/3G網(wǎng)絡(luò)或光纖通信，對無公網(wǎng)信號的盲區(qū)采用低功耗數(shù)字化中繼單元，有電力光纖覆蓋的區(qū)域可直接對接或經(jīng)數(shù)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(tǒng)容易升級至全功能的配網(wǎng)自動化，滿足三遙功能。

策略如下：

（1）SSD配電網(wǎng)狀態(tài)傳感單元具有負(fù)荷監(jiān)測、短路報警、接地故障信息近距離傳輸至中繼站等優(yōu)勢，不需升級，只需壽命期輪換。

（2）數(shù)據(jù)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?shù)?模式，為初級的二遙功能。今后隨著光纖等專用網(wǎng)的鋪設(shè)到位可以改接為實時傳輸，對SSD配電網(wǎng)狀態(tài)傳感單元的負(fù)荷和變位信息實施標(biāo)準(zhǔn)的遙測、遙信功能，預(yù)留的接口和端子還可以對開關(guān)實現(xiàn)遙信、遙測、遙控功能。升級不需要改造現(xiàn)有裝置的主設(shè)備，僅需要局部改接即能升級。

（3）系統(tǒng)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(tǒng)集成。

（4）主站系統(tǒng)增加自檢功能，通過檢測判別系統(tǒng)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(huán)境比較復(fù)雜的地帶安裝時，設(shè)備容易受環(huán)境影響；設(shè)備暴露在自然環(huán)境中，老化較快，損耗比較嚴(yán)重。另外，由于成本原因，只能在某條線路的關(guān)鍵點上或間隔較遠安裝，只能確定大概故障區(qū)段和故障現(xiàn)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(jiān)測及分析定位方式還有如下幾種：

人工經(jīng)驗法，靠視覺及經(jīng)驗來判斷故障位置。

阻抗法，當(dāng)故障發(fā)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(shè)架空線路為均勻性，其長度與阻抗則成正比，根據(jù)這一關(guān)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(fā)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(fā)現(xiàn)被檢測區(qū)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(fā)生時出現(xiàn)的行波來具體分析單端故障所在的位置。

 

3.國內(nèi)外研究機構(gòu)對本項目的研究情況；

配電網(wǎng)受其特殊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等因素影響，使得其在輸電網(wǎng)中較為成熟，故障定位技術(shù)不能直接引入到配電系統(tǒng)的故障定位當(dāng)中，這樣配電網(wǎng)故障定位技術(shù)的發(fā)展就成為制約電力系統(tǒng)可靠性提高及電能質(zhì)量改善的重要因素。為此，國內(nèi)外學(xué)者圍繞配電網(wǎng)故障定位技術(shù)展開了深入研究，提出了多種定位方法。 

國內(nèi)外學(xué)者針對配電網(wǎng)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(wǎng)的結(jié)構(gòu)及FTU監(jiān)測到的饋線開關(guān)信息為基礎(chǔ)發(fā)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(wǎng)的故障定位問題轉(zhuǎn)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(guān)看作弧的頂點，弧的負(fù)荷即為饋線的供出負(fù)荷，頂點的負(fù)荷則為流過開關(guān)的電流，由此建立與實際系統(tǒng)相對應(yīng)的變結(jié)構(gòu)耗散網(wǎng)絡(luò)。通過歸一化負(fù)荷C弧負(fù)荷與其額定負(fù)荷之比乘以100，是否大于100來判斷過熱區(qū)域，大于100的區(qū)域為過熱區(qū)域，即故障區(qū)域。在過熱弧搜尋索法中增加了最小配電區(qū)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(tǒng)進行故障定位：過熱區(qū)域搜索法則從區(qū)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(yōu)點，但其可靠性依賴于區(qū)域額定負(fù)荷或額定電流的計算，應(yīng)用相對復(fù)雜。 

暫態(tài)分析方法，暫態(tài)分析法主要通過挖掘系統(tǒng)參數(shù)與暫態(tài)頻率或由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變（包括配電網(wǎng)能量分配的變化）而產(chǎn)生的行波速度之間的關(guān)系來定位故障。 

人工智能法，人工智能法不需要對系統(tǒng)建模，只利用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫作支撐，將系統(tǒng)看作是未知的“黑匣子”，應(yīng)用一定的規(guī)則，用來輸出系統(tǒng)故障時的特定數(shù)據(jù)。 

專家系統(tǒng)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(wǎng)的特殊性決定了其故障定位比較復(fù)雜，為了提高定位精度，國內(nèi)外的專家學(xué)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(yīng)該從各類方法的原理及其實現(xiàn)條件著手，從配電網(wǎng)的實際結(jié)構(gòu)及自動化發(fā)展程度考慮，將各類算法有效地結(jié)合起來，形成復(fù)合型的故障定位方案，以有效地解決配電網(wǎng)故障定位這個難題。復(fù)合型的配電網(wǎng)故障定位方案可以綜合利用各類算法的優(yōu)勢，取長補短，更好地提高定位算法的性能，降低成本，提高經(jīng)濟效益。

 

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