配电网故障定位方法综合分析实例

⑴ 智能配电网的配电网单相接地故障定位方法

配电网发生单相接地故障后，容易造成两点或者多点接地短路，进一步破坏系统的安全运行，所以必须尽快查找并排除故障。随着配电网规模的不断扩大、用户对供电质量要求的不断提高，单相接地故障定位方法应该能够快速、正确、自动地确定故障分支，并进一步确定故障点。
在传统的单相接地故障定位过程中，配电网一般采用逐条线路拉闸停电的方法来确定故障线路，在选出故障线路后，再派工作人员到现场沿线查找故障位置，然后排除故障，这种方法由于人工的介入，所需的定位时间比较长，难以适应人们对配电网自动化水平的新要求。为了满足配电网自动化水平的要求，国内外的专家、学者投入了大量的人力、物力和财力来研究单相接地故障的定位方法，已经取得了不少的研究成果。

⑵ 配电网的拓扑分析

配电网络的拓扑分析是根据配电电气元件的连接关系，把整个配电网络看成线与点结合的拓扑图，然后根据电源结点、开关结点等进行整个网络的拓扑连线分析，它是配电网络进行状态估计、潮流计算、故障定位、隔离及供电恢复、网络重构等其它分析的基础。
配电网络的结构庞大且复杂，网络结构由于故障或负荷转移操作中开关的开合，经常发生变化。作为配电网络分析的基础，网络拓扑计算需要进一步提高，因此迫切需要一个好的网络拓扑算法。好的网络拓扑算法应该有效且直观，它不仅能满足配电网自动化中的不同高级功能的要求，还应能实现配电网络连通性的快速跟踪和识别，适应事件变化。同时还应节省存储空间和其他高级计算功能的时间。目前国内外在这方面现有的研究有关联表矩阵表示法、网基矩阵表示法、结点消去法、树搜索表示法、离散处理法等。
(1)关联表矩阵表示法，联表矩阵，设备编号来分析设备的连接关系，得到网络的拓扑。其中建立了两个表矩阵，N行13列的结点描述矩阵和M行16列的支路描述矩阵。这两个矩阵即包含了每一个结点和每一条支路所相关联的结点或支路号，以及各自的属性。由于配电网络结构复杂，基于关联表的搜索分析方法会很复杂费时，难以实现网络拓扑的快速跟踪。
(2)网基矩阵表示法：该方法是基于图论的表示方法。其基本思想是：配电网络是一个变结构的网络，网络由结点和弧构成。称变结构网络的各种允许结构形态为网形，称所有网形中出现的弧的并集对应的基础图为变结构网络的网基。网基用网基结构矩阵来描述，对于一个N结点的网络，网基结构矩阵为N行N列的方阵，该矩阵表示了结点间的连接关系。网形则采用弧结构矩阵来描述。将网基矩阵经基形变换得到描述网形的弧结构矩阵。该方法从配电网络的变结构特点出发，能有效的表示配电网络拓扑，但是它是基于矩阵的表示方法，而配电网络的矩阵稀疏程度很高，占用了较大的存储空间。
(3)结点消去法：该方法即通过消去中间节点，降低邻接矩阵的阶数，减少计算量和计算冗余度，提高计算速度。这种算法的基本思想是忽略掉中间结点，只分析对拓扑结构具有重要影响作用的结点之间的连通状态。结点消去法适用于任何接线方式，尤其对复杂的接线分析非常有效。大大减少了计算冗余度和计算量，提高了计算速度。但会影响到状态估计、潮流计算、故障定位、隔离及供电恢复、网络重构等其它分析。
(4)树搜索法：在树搜索中，将母线看作图的顶点，将支路看作是图的边。通常对配电网来说，开关变位造成网络结构发生重大变化的情况是很少发生的。在大多数情况下，开关变位的影响是局部的，基于此当开关状态发生变化时，只搜索断开开关所在的厂站电压等级的拓扑分析方法，可提高网络拓扑分析效率。
(5)离散处理法：电力系统既含连续动态，也含离散动态。开关状态变化引起电力系统网络结构变化，是一种典型的离散事件动态过程。把整个电网拓扑分析问题分解为若干基本分析单元，采用基本分析单元的有色Petri网模型，当开关状态发生变化时，只需重新计算受变化的开关状态影响的母线，可提高拓扑分析的效率。通过对上述算法的比较、分析，可以看出各有特点，然而孤立地使用其中任意一种都无法达到直观、有效、快速等配电网拓扑的综合要求。因此要充分借鉴前人的研究成果，根据实际情况来实现配电网络的拓扑分析。

⑶ 单相接地故障深度研究

深度探索：单相接地故障的诊断与应对

在复杂的配电网环境中，单相接地故障的检测与诊断面临着诸多挑战。传统的检测手段受限于信号微弱、波形复杂和多样化的接地形态，以及现场实验的困难。电流小、消弧线圈影响、间歇性接地和高阻故障等问题尤为突出。

国际视角与国内现状

国际上，各国采用零序功率方向法（Q＜0 或 Q＞0）和谐振接地策略来应对。国内则发展了暂态法、相不对称算法以及暂态无功功率法等技术。暂态功率方向法通过线路流向母线或反之的电流性质判断故障，而暂态无功功率算法则仅依赖母线电压和线路电流的互动，展现出自洽性。

诊断方法的多样化

• 相不对称算法：基于三相电流的差异，独立于负荷电流，实现故障定位。


• 暂态无功功率法：通过零序电压和电流的特性，区分故障与正常区域。


• 暂态零序电流比幅比相法：电流幅值和相位对比，精准识别故障线路。


• 暂态零序电流相似法：通过两侧零序电流的差异，识别故障区域。


• 多频导纳法：通过向量分析确定故障方向，尤其适用于小电流接地故障。


• 零序导纳法：信号记录处理中，通过导纳系数变化检测故障。


• 暂态投影法：零序电流的特征投影，用于快速选线。


• 有功分量法：利用故障线路零序电流的有功分量特征，辅助故障线路的选择。


• 参数增量法：利用零序导纳差分和中电阻法，通过参数变化识别故障。

技术局限与解决方案

• 某些方法如暂态投影法和有功分量法，原理清晰但可能影响熄弧，需额外设备支持。


• 间歇性与瞬时性接地难题：传统方法往往难以捕捉，如注入信号法虽简单准确，但投资大、间歇性与大阻接地时可靠性较低，且无法探测瞬时性故障。


• 行波极性法：利用电流行波的极性变化，母线接地故障时有明显特征，但对小波基和尺度选择敏感，对瞬时性接地无能为力。

尽管面临挑战，但随着技术的进步，单相接地故障的诊断方法不断优化，为有效解决复杂配电网问题提供了可能。每种方法都有其独特的优势与局限，选择适合的方法是关键，同时，未来的研究应着重于提升对间歇性和瞬时性接地的检测能力，以提高故障定位的全面性和准确性。