配電網故障定位方法綜合分析實例

⑴ 智能配電網的配電網單相接地故障定位方法

配電網發生單相接地故障後，容易造成兩點或者多點接地短路，進一步破壞系統的安全運行，所以必須盡快查找並排除故障。隨著配電網規模的不斷擴大、用戶對供電質量要求的不斷提高，單相接地故障定位方法應該能夠快速、正確、自動地確定故障分支，並進一步確定故障點。
在傳統的單相接地故障定位過程中，配電網一般採用逐條線路拉閘停電的方法來確定故障線路，在選出故障線路後，再派工作人員到現場沿線查找故障位置，然後排除故障，這種方法由於人工的介入，所需的定位時間比較長，難以適應人們對配電網自動化水平的新要求。為了滿足配電網自動化水平的要求，國內外的專家、學者投入了大量的人力、物力和財力來研究單相接地故障的定位方法，已經取得了不少的研究成果。

⑵ 配電網的拓撲分析

配電網路的拓撲分析是根據配電電氣元件的連接關系，把整個配電網路看成線與點結合的拓撲圖，然後根據電源結點、開關結點等進行整個網路的拓撲連線分析，它是配電網路進行狀態估計、潮流計算、故障定位、隔離及供電恢復、網路重構等其它分析的基礎。
配電網路的結構龐大且復雜，網路結構由於故障或負荷轉移操作中開關的開合，經常發生變化。作為配電網路分析的基礎，網路拓撲計算需要進一步提高，因此迫切需要一個好的網路拓撲演算法。好的網路拓撲演算法應該有效且直觀，它不僅能滿足配電網自動化中的不同高級功能的要求，還應能實現配電網路連通性的快速跟蹤和識別，適應事件變化。同時還應節省存儲空間和其他高級計算功能的時間。目前國內外在這方面現有的研究有關聯表矩陣表示法、網基矩陣表示法、結點消去法、樹搜索表示法、離散處理法等。
(1)關聯表矩陣表示法，聯表矩陣，設備編號來分析設備的連接關系，得到網路的拓撲。其中建立了兩個表矩陣，N行13列的結點描述矩陣和M行16列的支路描述矩陣。這兩個矩陣即包含了每一個結點和每一條支路所相關聯的結點或支路號，以及各自的屬性。由於配電網路結構復雜，基於關聯表的搜索分析方法會很復雜費時，難以實現網路拓撲的快速跟蹤。
(2)網基矩陣表示法：該方法是基於圖論的表示方法。其基本思想是：配電網路是一個變結構的網路，網路由結點和弧構成。稱變結構網路的各種允許結構形態為網形，稱所有網形中出現的弧的並集對應的基礎圖為變結構網路的網基。網基用網基結構矩陣來描述，對於一個N結點的網路，網基結構矩陣為N行N列的方陣，該矩陣表示了結點間的連接關系。網形則採用弧結構矩陣來描述。將網基矩陣經基形變換得到描述網形的弧結構矩陣。該方法從配電網路的變結構特點出發，能有效的表示配電網路拓撲，但是它是基於矩陣的表示方法，而配電網路的矩陣稀疏程度很高，佔用了較大的存儲空間。
(3)結點消去法：該方法即通過消去中間節點，降低鄰接矩陣的階數，減少計算量和計算冗餘度，提高計算速度。這種演算法的基本思想是忽略掉中間結點，只分析對拓撲結構具有重要影響作用的結點之間的連通狀態。結點消去法適用於任何接線方式，尤其對復雜的接線分析非常有效。大大減少了計算冗餘度和計算量，提高了計算速度。但會影響到狀態估計、潮流計算、故障定位、隔離及供電恢復、網路重構等其它分析。
(4)樹搜索法：在樹搜索中，將母線看作圖的頂點，將支路看作是圖的邊。通常對配電網來說，開關變位造成網路結構發生重大變化的情況是很少發生的。在大多數情況下，開關變位的影響是局部的，基於此當開關狀態發生變化時，只搜索斷開開關所在的廠站電壓等級的拓撲分析方法，可提高網路拓撲分析效率。
(5)離散處理法：電力系統既含連續動態，也含離散動態。開關狀態變化引起電力系統網路結構變化，是一種典型的離散事件動態過程。把整個電網拓撲分析問題分解為若干基本分析單元，採用基本分析單元的有色Petri網模型，當開關狀態發生變化時，只需重新計算受變化的開關狀態影響的母線，可提高拓撲分析的效率。通過對上述演算法的比較、分析，可以看出各有特點，然而孤立地使用其中任意一種都無法達到直觀、有效、快速等配電網拓撲的綜合要求。因此要充分借鑒前人的研究成果，根據實際情況來實現配電網路的拓撲分析。

⑶ 單相接地故障深度研究

深度探索：單相接地故障的診斷與應對

在復雜的配電網環境中，單相接地故障的檢測與診斷面臨著諸多挑戰。傳統的檢測手段受限於信號微弱、波形復雜和多樣化的接地形態，以及現場實驗的困難。電流小、消弧線圈影響、間歇性接地和高阻故障等問題尤為突出。

國際視角與國內現狀

國際上，各國採用零序功率方向法（Q＜0 或 Q＞0）和諧振接地策略來應對。國內則發展了暫態法、相不對稱演算法以及暫態無功功率法等技術。暫態功率方向法通過線路流向母線或反之的電流性質判斷故障，而暫態無功功率演算法則僅依賴母線電壓和線路電流的互動，展現出自洽性。

診斷方法的多樣化

• 相不對稱演算法：基於三相電流的差異，獨立於負荷電流，實現故障定位。


• 暫態無功功率法：通過零序電壓和電流的特性，區分故障與正常區域。


• 暫態零序電流比幅比相法：電流幅值和相位對比，精準識別故障線路。


• 暫態零序電流相似法：通過兩側零序電流的差異，識別故障區域。


• 多頻導納法：通過向量分析確定故障方向，尤其適用於小電流接地故障。


• 零序導納法：信號記錄處理中，通過導納系數變化檢測故障。


• 暫態投影法：零序電流的特徵投影，用於快速選線。


• 有功分量法：利用故障線路零序電流的有功分量特徵，輔助故障線路的選擇。


• 參數增量法：利用零序導納差分和中電阻法，通過參數變化識別故障。

技術局限與解決方案

• 某些方法如暫態投影法和有功分量法，原理清晰但可能影響熄弧，需額外設備支持。


• 間歇性與瞬時性接地難題：傳統方法往往難以捕捉，如注入信號法雖簡單准確，但投資大、間歇性與大阻接地時可靠性較低，且無法探測瞬時性故障。


• 行波極性法：利用電流行波的極性變化，母線接地故障時有明顯特徵，但對小波基和尺度選擇敏感，對瞬時性接地無能為力。

盡管面臨挑戰，但隨著技術的進步，單相接地故障的診斷方法不斷優化，為有效解決復雜配電網問題提供了可能。每種方法都有其獨特的優勢與局限，選擇適合的方法是關鍵，同時，未來的研究應著重於提升對間歇性和瞬時性接地的檢測能力，以提高故障定位的全面性和准確性。