配電網短路故障在線監測及綜合診斷研究

劉智敏

摘要：由于如今配電網的規模以及覆蓋的范圍不斷增大，運行復雜性也隨之變大，運行不斷接近最大負荷，因此，配電網發生故障頻率和風險也日益上升。配電網內的故障主要分成了兩類，分別為簡單故障以及復雜故障兩大類，其中復雜故障本質為多個簡單故障組成。配電網內的短路故障主要有單相接地短路故障、兩相短路故障、三相短路故障以及兩點接地短路故障四種類型。其線路一旦出現故障，將會直接影響配電網供電的可靠性，因此，對配電線路的故障檢測以及故障診斷技術展開相關研究是十分有必要的。傳統的配電網故障檢測以及故障診斷技術已經難以迎合現階段配電網的發展需求，因此，亟需研究一種配電網短路故障在線監測及綜合診斷技術，提高配電網故障的監測和判斷能力?；诖?，本篇文章對配電網短路故障在線監測及綜合診斷進行研究，以供參考。

關鍵詞：配電網;短路故障;在線監測;綜合診斷

1配電網設備可靠性差異化運行管理維護的重要性

傳統設備可靠性運行管理維護工作的實施僅依靠人工管理方式，盡管此種方式可實現對此方面的有序管理，但由于電力設備更新和電力產業發展速度較快，導致傳統的運維管理措施已難以適用于現代化社會背景下的電力產業發展。為更好地支撐電力產業發展，本文提出一種差異化策略，即在實施配電網設備可靠性綜合維護管理過程中，基于精益化層面對其展開分析，定位行為實施過程中故障的發生點，以此實現在最短時間內解決設備運行出現的問題，提高配電網的運行效率，為滿足其綜合穩定運行需求進行組織性指導。針對配電網設備的可靠性運行，對其提出差異化運行管理維護策略，其核心目的在于解決傳施存在的問題，降低配電站、供電站在運行中存在的問題，保障其運行的穩定性。而通過應用差異化運行管理維護措施，不僅可降低傳統人工巡檢工作實施存在的問題，也可實現在某種程度上對電網綜合運行水平的顯著提升。而差異化策略在此過程中的作用主要為運維巡檢人員奠定心理基礎，從而確保其在工作中可有效地解決設備在配電站中運行存在風險性問題，并綜合不同設備差異化表達方式對此方面實施評估行為。因此，對配電網設備可靠性運行進行差異化運行管理維護屬于必要行為，故而是十分有意義的。

2常規故障計算方法與問題分析

有源配電網的短路計算需要首先建立短路計算模型。按照并網類型的不同，電機型在有源配電網故障分析中可等效為串聯電抗的電壓源，而逆變型可將其等效為壓控電流源。常規的有源配電網短路計算利用故障分量疊加原理求解故障端口處的故障電流。由于系統故障時逆變型的輸出電流與并網點電壓非線性耦合，短路數值計算需要迭代求解。高滲透率接入時，采用常規方法計算有源配電網短路電流時存在以下兩個問題。一是由于配電網節點數目較多，大量接入時，節點阻抗矩陣維數較高，常規方法存在效率不高和計算時間偏長的問題。二是配電網運行方式和網絡結構變化時，采用常規方法進行故障計算時需修改節點阻抗矩陣，增加了計算步驟和計算時間?？紤]前推回代法不需要生成節點阻抗矩陣，數值穩定性好、計算速度快，本文將其改進并用于高滲透率有源配電網的故障計算。

3仿真分析

在含多個風電場的大電網短路電流分析中，認為單個風電場內不同機組遭受的電壓跌落幅度相近且暫態行為相似，忽略機組之間相互作用對短路電流結果的影響。而在配電網中分散式DFIG常為單臺接入，發生故障時，不同DFIG的端電壓會呈現較為明顯的差別，因此建模中需對每臺DFIG進行單獨考慮。從工程實用角度出發，同時類比對同步發電機的處理方式，對與某一時刻DFIG的短路電流模型，采用等值電流源的形式進行處理，即針對某一時刻的短路電流計算，將配電網進行線性時不變的近似處理。將非線性時變系統近似等效為線性時不變系統，誤差來源主要包括：①配電網接入點向電網側看的戴維南等值;②配電網短路電流正序、負序分量的運算曲面近似;③初始計算時假設配電網未接入計算等值開路電壓的正序和負序分量。通過仿真測試表明，配電網短路電流采用運算曲面近似對誤差貢獻最大，然后是初始計算時假設配電網未接入引入的計算誤差，戴維南等值對誤差貢獻最小。不對稱故障發生后，除配電網4撬棒保護動作外，其余3臺配電網均保持不脫網運行、撬棒保護不動作，且每臺配電網轉子側變流器采用以消除電磁功率波動為目標的控制方式。不論撬棒投切情況，經過修正系數后正、負短路電流計算值與仿真值誤差在（-7%，5%），其誤差值均小于原未經修正系數修正時的誤差。但同時需要注意的是，實際風電機組參數與仿真模型參數之間也存在一定差別，該部分誤差具體為各種不確定因素導致的系統參數誤差，其絕對值和符號均不可預測，該部分誤差消除困難。對此可以采用繼電保護整定中的可靠系數，通過引入可靠系數確保短路電流計算結果相對保守。

4在線監測裝置設計

為了實現電壓、電流的一體化測量，該裝置分成了兩個模塊，其左邊為電壓傳感器部分，其右邊為電流傳感器部分。兩邊不同的傳感器利用開放型卡扣的設計，將其結合在一起，形成綜合在線監測裝置。通過開放型卡扣，讓該裝置能夠較為便捷地在配電線路上進行安裝，并且其中間孔徑的大小能夠依據實際情況進行設計。電壓、電流一體化傳感器主要存在以下優點：1）結構簡單、輕便，有利于現場安裝;2）實現了電壓信號和電流信號的同步測量;3）因與線路為非接觸形式，具有更好的穩定性;4）不存在鐵磁諧振，其測量范圍大;5）數據比較容易傳輸。

5配電網故障在線監測技術

1）配電網故障在線監測系統的組成。配電網在線故障監測系統主要由主站系統和遠程故障監測控制單元兩部分組成，每部分包括一個遠程通信單元和三個在線監測單元。（2）主要職能。故障監控遠程控制單元進行在線監控，判斷接地故障和短路故障，將獲取的故障信息傳送并記錄到主站數據庫中，進行實時統計、分析、搜索和數據查詢;同時發出報警聲和短信報警聲，告知調度人員和電氣操作員故障點信息，從而指導工作人員快速準確地查找故障點。系統直接顯示故障類型、故障電流路徑、故障點在主站計算機線路仿真圖上的位置，在線實時監控顯示電流等運行參數，繪制歷史曲線，提供故障后事故分析總結等功能。為了幫助電工及時掌握線路的正常運行和故障過程。（3）一些理解要點。1）個別監控點受移動通信網絡信號不穩定的影響，存在通信離線、數據下載不及時等問題，影響系統整體故障定位效果。建議在現有數據收集模型的基礎上研究小型無線中繼技術的可行性。⑵遠程控制單元的一部分在出現故障和故障時進行在線監測，影響接地故障和短路故障診斷的準確性，建議今后在資金允許的情況下進行維修和改裝。3）系統監控設備點很多，分布廣泛。為提高系統利用率，建議建立相應的維護管理機制。

結束語

針對常規配電網短路計算方法在高滲透率接入時存在計算時間長和計算量大的問題，本文從支路角度提出了有源配電網短路計算的新方法。經理論分析和算例驗證，可得以下結論：1）新方法計算時間受節點數目影響小、計算時間短，可用于高滲透率有源配電網的短路計算;2）現有方法較少討論弱環有源配電網的短路計算，本文所提方法可用于輻射網絡和弱環網絡，具有較好的適應性。

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