智能配電網(wǎng)故障快速識別及處置方法

楊瓅，徐明，冉懋海

（重慶電力高等專科學(xué)校，重慶 400053）

1 智能配電網(wǎng)故障快速識別與定位

1.1 故障識別定位方法

1.1.1 不同F(xiàn)TU 間故障判斷方法

此方法正方向指由變電站至線路末端，變電站側(cè)為上游，線路末端則為下游，同時也是下游正方向故障電流具體流向。此次研究將此方向設(shè)置為1，反向故障電流流向則為-1。在分析節(jié)點(diǎn)電流定律的基礎(chǔ)上，母線故障電流和母線流出故障電流保持一致，經(jīng)過判斷以后得出圖1。

圖1 不同F(xiàn)TU 間的故障判斷示意圖

由圖1 可見，如果故障發(fā)生在1 號、2 號FTU 之間，故障電流I2、Is都是流入節(jié)點(diǎn)，I1、I3則是流出節(jié)點(diǎn)，I4、I5是流入節(jié)點(diǎn)。所以I2、Is是正方向1，I1、I3是負(fù)方向-1。如果FTU 裝置有故障點(diǎn)，故障點(diǎn)范圍處于父子節(jié)點(diǎn)間電流方是1、-1FTU 裝置之間，進(jìn)而可以識別以及判斷出故障存在于父子節(jié)點(diǎn)最后電流方向是1 的FTU 裝置和下一個FTU 裝置間。

1.1.2 不同節(jié)點(diǎn)間的故障識別判斷方法

為了更加準(zhǔn)確地識別及判斷不同節(jié)點(diǎn)間故障，可根據(jù)圖2 內(nèi)容做出相應(yīng)判斷。Is、I3均為流入節(jié)點(diǎn)，I1是流出節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而得出結(jié)果：

圖2 不同節(jié)點(diǎn)間故障判斷示意圖

由圖2 可知，如果故障點(diǎn)處于節(jié)點(diǎn)1、4間，I2、I1=I2+Is+I3。Is所處方向是1，其他則是-1。如果故障電流流入故障發(fā)生地的時候故障點(diǎn)處于不同的兩個節(jié)點(diǎn)之間，那么這時候節(jié)點(diǎn)、父節(jié)點(diǎn)、子節(jié)點(diǎn)間故障電流所處方面均為-1，由此可知，故障點(diǎn)發(fā)生于上游最后一個電流方向是1 的FTU 裝置線路端節(jié)點(diǎn)和兄弟節(jié)點(diǎn)間。

1.2 故障識別定位方法的驗(yàn)證

1.2.1 網(wǎng)絡(luò)描述矩陣

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中上游、下游均設(shè)置了不同的FTU 裝置，其中上游裝置設(shè)計(jì)成i，下游則是j，i＜j。借助網(wǎng)絡(luò)描述矩陣元素，如果兩裝置間有饋線，進(jìn)而得出結(jié)果dij=1，dii=0，dji=0。

1.2.2 故障信息矩陣

在故障信息矩陣G，gi元素指如果故障電流流向FTU 裝置i 和假設(shè)正方向一致的時候，gi=1；如果故障電流流向FTU 裝置i 和假設(shè)正方向不一致的時候，gi=-1；如果沒有出現(xiàn)故障電流或者電流方向沒有明確的時候，gi=0。所以得出故障信息矩陣：

1.2.3 故障判斷矩陣

如果從原理視角分析FTU 設(shè)備間故障的識別與定位便可以看出，由父節(jié)點(diǎn)、子節(jié)點(diǎn)間最后一個電流方向是1FTU 設(shè)備與下一個FTU 設(shè)備間進(jìn)行識別的。此條件中，如果gi=1，dij=1具備唯一性，同時gj=-1，進(jìn)而識別出FTU 設(shè)備間存在故障點(diǎn)。識別節(jié)點(diǎn)間故障時，借助上游最后一個電流方向是1FTU 設(shè)備饋線末端節(jié)點(diǎn)和兄弟節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行識別。此條件中，如果gi=1，dij=1不具備唯一性，所有g(shù)j=-1，進(jìn)而準(zhǔn)確識別節(jié)點(diǎn)間故障。如果以上情況至少有一種條件是能夠得到滿足的時候，此時，pi=1這里所提及的pi代表的是故障判斷矩陣元素；如果均無法滿足的時候，pi=0。這時候如果gi=1，dij=1出現(xiàn)了不唯一現(xiàn)象時，d12、d15都為1，g2、g5都為-1，進(jìn)而得出故障判斷矩陣：

1.3 故障識別定位方法與注意事項(xiàng)

1.3.1 故障識別定位思路

在對故障識別以及定位之前，需要將具體的思路進(jìn)一步明確。通常情況下，可以由故障判斷矩陣準(zhǔn)確地找到元素為1 的pi，i 便是相應(yīng)的FTU 設(shè)備的序號。如果結(jié)合以上情況對故障類型進(jìn)行識別與判斷，進(jìn)而判斷其為FTU 設(shè)備間故障，或者是節(jié)點(diǎn)間故障。故障在節(jié)點(diǎn)間發(fā)生的，所以故障點(diǎn)位置在1 號FTU 線路尾端，或節(jié)點(diǎn)5 和周邊節(jié)點(diǎn)間。如果網(wǎng)絡(luò)描述矩陣以及故障信息矩陣處于已知狀態(tài)下，進(jìn)而形成故障判斷矩陣。結(jié)合已經(jīng)得出的具體判定原理、條件，首先需要對gi、dij數(shù)值進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，進(jìn)而進(jìn)行ki、yi計(jì)數(shù)操作，對其是不是滿足相關(guān)條件進(jìn)行判定，在此基礎(chǔ)上將判定矩陣元素pi、ki數(shù)值輸出。如果pi=1，代表第i 號設(shè)備周圍區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了故障點(diǎn)，以ki數(shù)值為重要的依據(jù)，對具體的故障區(qū)域進(jìn)一步識別。

1.3.2 注意事項(xiàng)

在對配電網(wǎng)故障識別定位的時候，儲能裝置是非常關(guān)鍵的方法。此方法實(shí)施過程中要對諸多層面、諸多環(huán)節(jié)、諸多問題綜合考慮，由于涉及的分支較多，所以故障發(fā)生的點(diǎn)較為復(fù)雜，并且最明顯的特點(diǎn)便是故障復(fù)雜且多、末梢故障、環(huán)網(wǎng)運(yùn)行等。所以，在故障發(fā)生后，要以描述矩陣、故障信息矩陣有效結(jié)合，進(jìn)而對故障矩陣進(jìn)行判斷，根據(jù)故障判定矩陣中確定數(shù)值是1 的元素處于整個拓?fù)鋱D具體位置，最終將故障點(diǎn)所處部位快速識別及定位。

2 智能配電網(wǎng)故障快速處置方法

2.1 智能配電網(wǎng)分段開關(guān)配置的不斷優(yōu)化

在智能配電網(wǎng)故障的處置過程中，分段開關(guān)的配置非常重要。為了能夠促進(jìn)分段開關(guān)配置達(dá)到較好的優(yōu)化效果，就要對智能配電網(wǎng)電路特點(diǎn)、出線和線路特點(diǎn)充分考慮，緊密結(jié)合，在將分段開關(guān)結(jié)構(gòu)配置進(jìn)一步明確的基礎(chǔ)上進(jìn)行不斷優(yōu)化。此次研究使用的是電壓時間型自動分段器，重點(diǎn)考量的是配電網(wǎng)失壓以后可達(dá)到自動分合閘的目的，并且運(yùn)行模式為兩種，第一種為配電網(wǎng)故障發(fā)生的時候，智能變電站出線端重合器會開閘，借助自動分段器對配電網(wǎng)失壓情況進(jìn)行檢測，采用無延時跳閘方法。第二種配電網(wǎng)智能變電站出線端重合器重合延時，此類型自動分段器會結(jié)合提前預(yù)設(shè)好的時延參數(shù)，由最近自動分段器自動合閘。若分段器合閘處于配電網(wǎng)故障區(qū)域內(nèi)，重合器便可以對配電網(wǎng)故障電流檢測，進(jìn)而完成二次分閘。故障區(qū)段上游，相鄰分段器會因?yàn)楹祥l以后出現(xiàn)時間差，借助失壓跳閘、閉鎖檢測的方法將故障隔離。如果配電網(wǎng)變電站出線、分支線開關(guān)采用的是重合器，其他配電網(wǎng)線路、用戶分界開關(guān)采用分段器。分段器運(yùn)用負(fù)荷開關(guān)，同時進(jìn)行兩級極差保護(hù)，重合器、分段器跳閘延時時間是0s。所以，變電站出線關(guān)重合順開合閘保護(hù)的時候，要將時延適當(dāng)增加。通過此方法完成分段開關(guān)配置，既達(dá)到了成本節(jié)省目的，無須其他通信技術(shù)，同時又保證了配電網(wǎng)故障隔離效果的提高，操作簡單便捷。但要進(jìn)行多次分段開關(guān)動作，因此，要運(yùn)用科學(xué)的計(jì)算方法強(qiáng)化控制，以達(dá)到較好的故障隔離效果。

2.2 切實(shí)做好智能配電網(wǎng)故障區(qū)域的判定

智能配電網(wǎng)故障區(qū)域的識別、定位、判斷基于分段開關(guān)配置的合理化，所以要根據(jù)電網(wǎng)傳輸、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)將分段開關(guān)保護(hù)動作信息看作故障時間信息。如果某一段電路發(fā)生故障，重合器、分段器會將開關(guān)啟動，達(dá)到保護(hù)的目的。智能配電網(wǎng)故障檢測裝置可對遙測信號數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，并快速上傳至重合器。重合器運(yùn)用二進(jìn)制將故障特點(diǎn)輸送至分段開關(guān)。分段開關(guān)接收故障信號以后會將數(shù)據(jù)自動儲存，同時做出故障描述特征初步判定，通過分段開關(guān)重合器實(shí)現(xiàn)隔離指令的傳達(dá)，對相應(yīng)電路分段器開閘操作控制。但具體判斷時，如果分段開關(guān)信息出現(xiàn)誤差，基于首次判斷二次識別故障，分段開關(guān)重合器會將選點(diǎn)命令下達(dá)至分段開關(guān)，此時分段開關(guān)保持待工作狀態(tài)，直至二次識別獲取準(zhǔn)確的故障點(diǎn)。

2.3 利用返送校對法隔離配電網(wǎng)故障

以上判斷定結(jié)束以后，通過返送校對法針對分段開關(guān)下達(dá)雙命令隔離請求。在到達(dá)故障區(qū)域以后，變電站將遙控指令發(fā)送至分段開關(guān)節(jié)點(diǎn)，待信息返回時，會進(jìn)行準(zhǔn)確的校對。如果和原始信息一致，便將每個分段開關(guān)節(jié)點(diǎn)開合閘指令激活。智能變電站運(yùn)行環(huán)節(jié)會對分段開關(guān)狀態(tài)定期進(jìn)行掃描，掃描好的數(shù)據(jù)信息傳送至分段開關(guān)重合器。重合器對配電網(wǎng)故障數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而將隔離指令發(fā)送到故障區(qū)域內(nèi)，借助反復(fù)掃描的方法，保證可以運(yùn)用分段開關(guān)配置將故障點(diǎn)快速隔離，提高配電網(wǎng)的運(yùn)行效率以及穩(wěn)定性。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在將故障處置及隔離方法明確后，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，高效完成試驗(yàn)對比工作，將兩組數(shù)據(jù)準(zhǔn)確記錄，具體見表1 所示。

表1 故障隔離數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

由表1 呈現(xiàn)的結(jié)果可以看出，所提方法與傳統(tǒng)故障隔離方法對比中，前者效率高出很多，平均隔離率達(dá)到了85%左右，而傳統(tǒng)方法僅為55%左右，充分表明所提故障處置及隔離的方法作用明顯且效果顯著。

3 結(jié)語

針對智能配電網(wǎng)故障的快速識別以及準(zhǔn)確的處置，※能夠在很大程度上確保配電網(wǎng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、更加安全，通過采取切實(shí)可行的方法將故障區(qū)域開關(guān)快速斷開，同時將其他線路環(huán)網(wǎng)開關(guān)閉合，進(jìn)而保證未出現(xiàn)故障的線路段依然可以正常運(yùn)行，無須大規(guī)模停電，保證了人們用電的需求，同時也能夠盡快將故障隔離，在較短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)供電。所以，為了能夠?qū)⑴潆娋W(wǎng)自動化、智能化水平大幅度提高，就要不斷強(qiáng)化智能配電網(wǎng)故障的快速識別、定位，采用有效的方法進(jìn)行處理，確保智能配電網(wǎng)高效安全地運(yùn)行。