配電網(wǎng)故障定位監(jiān)測(cè)分析  國(guó)內(nèi)外研究水平的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

1.與項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容緊密相關(guān)的技術(shù)發(fā)展歷史的簡(jiǎn)要回顧；

在整個(gè)配電網(wǎng)中，配電線路是最主要的組成部分，同時(shí)也是整個(gè)配電網(wǎng)的核心部分，對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性具有較為重要的影響。但在對(duì)配電網(wǎng)中配電線路運(yùn)行情況進(jìn)行檢查的過程中發(fā)現(xiàn)，配電線路在運(yùn)行時(shí)，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(huì)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(duì)整個(gè)配電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成了影響。

對(duì)于配電線路故障的巡查和定位，經(jīng)歷了幾個(gè)歷史階段。第一階段是采用人工經(jīng)驗(yàn)法，靠視覺及經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷故障位置；后來(lái)，應(yīng)用了阻抗法，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，可以通過測(cè)量故障線路的電流、電壓，來(lái)計(jì)算故障回路的阻抗，再假設(shè)架空線路為均勻性，其長(zhǎng)度與阻抗則成正比，根據(jù)這一關(guān)系，就能大致計(jì)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(lái)，再輸入高壓信號(hào)，再利用檢測(cè)器順著架空線路來(lái)逐級(jí)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(cè)區(qū)段的前后存在兩倍以上的信號(hào)差，就能初步斷定故障點(diǎn)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(shí)出現(xiàn)的行波來(lái)具體分析單端故障所在的位置。

各種定位方法各有特點(diǎn)，各有優(yōu)勢(shì)同時(shí)也都具有局限性。

2.國(guó)內(nèi)外研究水平的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)；

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(wú)線方式，將報(bào)警數(shù)據(jù)向后臺(tái)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(shí)現(xiàn)數(shù)字化，并且融合標(biāo)準(zhǔn)FTU的實(shí)用功能，采用量化的短路故障檢測(cè)方法，監(jiān)測(cè)線路各點(diǎn)的負(fù)荷電流、短路故障電流和線路對(duì)地絕緣并實(shí)時(shí)上報(bào)到主站系統(tǒng)，大大提高短路和接地故障檢測(cè)的準(zhǔn)確性。監(jiān)測(cè)器和數(shù)據(jù)傳控單元安裝簡(jiǎn)單，安裝或拆卸不需停電，也無(wú)需PT和CT，在線路上的任意點(diǎn)均可安裝，有柱上開關(guān)配合的安裝點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)二遙或三遙功能，無(wú)柱上開關(guān)配合的安裝點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)二遙功能。

本地采用ZigBee數(shù)字無(wú)線自動(dòng)組網(wǎng)技術(shù)，采用GPRS/CDMA/3G網(wǎng)絡(luò)或光纖通信，對(duì)無(wú)公網(wǎng)信號(hào)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(duì)接或經(jīng)數(shù)字小無(wú)線中繼后接入。

隨著光纖普及，終端實(shí)時(shí)采集的時(shí)間間隔密度增加，要求該系統(tǒng)容易升級(jí)至全功能的配網(wǎng)自動(dòng)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(cè)、短路報(bào)警、接地故障信息近距離傳輸至中繼站等優(yōu)勢(shì)，不需升級(jí)，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(fèi)用，采用打包定時(shí)傳輸和越限即時(shí)傳輸?shù)?模式，為初級(jí)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(shí)時(shí)傳輸，對(duì)SSD配電網(wǎng)狀態(tài)傳感單元的負(fù)荷和變位信息實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的遙測(cè)、遙信功能，預(yù)留的接口和端子還可以對(duì)開關(guān)實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)、遙控功能。升級(jí)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(jí)。

（3）系統(tǒng)嵌入配電GPMS，共享同一接線圖形支撐平臺(tái)，既可單獨(dú)運(yùn)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(cè)判別系統(tǒng)是否正常工作，異常能自動(dòng)告警。

總的來(lái)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(shí)，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(diǎn)上或間隔較遠(yuǎn)安裝，只能確定大概故障區(qū)段和故障現(xiàn)象，無(wú)法精確定位故障地點(diǎn)。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(shí)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(diǎn)，費(fèi)時(shí)長(zhǎng)，而且無(wú)法精確定位。

 

目前比較常用的故障監(jiān)測(cè)及分析定位方式還有如下幾種：

人工經(jīng)驗(yàn)法，靠視覺及經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷故障位置。

阻抗法，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，可以通過測(cè)量故障線路的電流、電壓，來(lái)計(jì)算故障回路的阻抗，再假設(shè)架空線路為均勻性，其長(zhǎng)度與阻抗則成正比，根據(jù)這一關(guān)系，就能大致計(jì)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(lái)，再輸入高壓信號(hào)，再利用檢測(cè)器順著架空線路來(lái)逐級(jí)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(cè)區(qū)段的前后存在兩倍以上的信號(hào)差，就能初步斷定故障點(diǎn)大概在這一位置。

行波定位法，就是通過依靠故障發(fā)生時(shí)出現(xiàn)的行波來(lái)具體分析單端故障所在的位置。

 

3.國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)本項(xiàng)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(guó)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(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)配電網(wǎng)故障定位問題已做了大量的研究工作，歸納起來(lái)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(cè)到的饋線開關(guān)信息為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)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(diǎn)，弧的負(fù)荷即為饋線的供出負(fù)荷，頂點(diǎn)的負(fù)荷則為流過開關(guān)的電流，由此建立與實(shí)際系統(tǒng)相對(duì)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(lái)判斷過熱區(qū)域，大于100的區(qū)域?yàn)檫^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(duì)多電源并列供電系統(tǒng)進(jìn)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(lái)定位故障。過熱弧搜尋法具有原理簡(jiǎn)單、可判斷故障程度等優(yōu)點(diǎn)，但其可靠性依賴于區(qū)域額定負(fù)荷或額定電流的計(jì)算，應(yīng)用相對(duì)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(lái)定位故障。 

人工智能法，人工智能法不需要對(duì)系統(tǒng)建模，只利用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)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(lái)輸出系統(tǒng)故障時(shí)的特定數(shù)據(jù)。 

專家系統(tǒng)由知識(shí)庫(kù)、用戶界面、推理機(jī)等多個(gè)模塊組成。該方法主要將新獲得的故障信息與知識(shí)庫(kù)中的歷史記錄信息進(jìn)行對(duì)比分析，通過推理機(jī)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(guó)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(shí)現(xiàn)條件著手，從配電網(wǎng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)及自動(dòng)化發(fā)展程度考慮，將各類算法有效地結(jié)合起來(lái)，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(gè)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(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，更好地提高定位算法的性能，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

 

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