第１０卷第２期 ２０１１年４月 淮阴师范学院学报（自然科学） ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＵＡＩＹＩＮ ＴＥＡＣＨＥＲＳ ＣＯＬＬＥＧＥ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） Ｖ０１．１Ｏ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１１ 一种配电网故障定位的新方法 王留成 （淮阴师范学院物理与电子电气工程学院，江苏淮安２２３３００） 摘 要：结合我国配电网的实际情况，提出一种能够确定配电网故障点确切位置的实用方法． 该方法通过比较各节点电压确定故障区段，并将故障区段始端故障电压与本线路末端短路时 的故障电压对比得出故障点距离．该方法适用于中性点不直接接地系统的各种短路故障的定 位，并可应用于故障的自动在线检测． 关键词：配电网；故障定位；相间短路；单相接地 中图分类号：ＴＭ７１ ｉ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１。６８７６（２（】ｌ １）０２．０１ １８．０４ Ｏ 引言 随着电力市场化程度和人民生活水平的提高，供电可靠性越来越受到人们的关注．供电可靠性不仅 涉及到用户的经济利益，也涉及到供电企业本身的经济利益．我国配电网停电的主要原因有限电（电源 不足或线路过负荷）、计划检修、事故检修、市政建设等．随着电力供需关系的缓和以及城网改造和建设 的深人，备用容量和线路增多，限电和计划检修造成的停电时间都大幅度减少，故障检修停电逐步成为 影响供电可靠性的主要因素 ．当前的城网改造采用了线路自动分段器，当发生永久性故障时可以隔 离出故障线路区段，减少停电范围，但检修时还是要根据经验判断故障点的准确位置．在故障段内有很 多分支和配电变压器，要查找故障点位置需要较长时间．有的研究者想用能量管理系统（ｅｎｅｒｇｙ ｍａｎａｇｅ． ｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ，ＥＭＳ）中的故障诊断功能来确定故障点，但ＥＭＳ主要针对输电线路，不适用于辐射型的配电 线路． 目前针对配电线路的故障诊断方法仍存在许多不足 删．故障距离的计算一般是根据短路的特点 及边界条件，利用首端开关采集到的三相电流、三相电压及线路参数来计算故障点到首端开关的距离． 由于分段器之间负荷分支很多用计算出来的故障距离很难判断故障点的真实位置，即存在很多伪故障 点．本文结合我国配电网的实际情况，采用比较各节点电压确定故障区段，然后将故障区段始端故障电 压与本线路末端短路时的故障电压对比，从而能够找出故障点的确切位置． １相间短路故障定位原理 以ＢＣ相间短路为例（如图１）．首先对个节点相间电压进行排序，最终确定除零以外的电压Ｂｃ相 间电压最低点ｍ，即 ａｉｒｎ（Ｕ１）＝Ｕ ≠０ （１） 而ｍ点之后的某节点／２，ＢＣ相间电压为零，即 ≠０， 其中， 为第Ｚ节点相间电压． 收稿日期：２０１１－０１，０６ 基金项目：淮安市科技（工业）支撑计划指导性项目（ＨＡＧＺ２０１０００１） 作者简介：王留成（１９８０，），男，江苏射阳人，硕士，研究方向为电力系统自动化 第２期 王留成：一种配电网故障定位的新方法 １１９ 那么可以确定，此时相间短路故障发生在支路 上．然后确定短 路点距离ｉ节点的距离．由于配电线路长度较短，所以配电线路的 阻抗相对较小，分段器之间负荷分支又很多，很难做到精确的定 位，本文提出一种电压比对的方法，避免线路阻抗较小，很难准确 测量，取得相当不错的效果，能够给出较为准确的距离定位． 首先进行离线的短路计算，计算出各节点短路时，其上游节 点的短路电压． 图１辐射状配电系统 『 ｍ Ｚ ｂｂ ］ Ｚ ｂｃ ｊ （３） ｛ 。 ＝ ６ｃ＝ ｆ ＝［ｉ 要 兰］＝［ 三 如 ｚ 三 ２ ］ ｃ４ 其中，Ｅ 为线路始端各相电压列向量； 为 节点的各相电压列向量；Ｚ 为线路始端与节点ｉ问的等 ， ：— （６） 其中， 为 点发生ＢＣ相短路时的短路电流； 为Ｚ 的正序阻抗． ＥＲｃ ＝ （８） １２０ 淮阴师范学院学报（自然科学） 第ｌ０卷 其中，￡， 为ｋ点短路时 节点的Ｂｃ相问电压；ｚ㈨分别为ｋ与节点ｉ之间正序阻抗．由于配电线路通常较 短，所以 与 差值很小，因此可以近似的认为： Ｉ ｝ Ｉ Ｉ （１０） 由式（６）～（９）得 Ｕ —ｌ ｘ ｚ１ ： ｌ （１１） 假设短路点ｋ与节点 之间的距离是支路 全长的ｋ倍，则有 ｋ： １ ｆ１２） 由式（１０）～（１２）得 （１３） 这样，只需比较短路时实测ｍ节点的电压与线路末端短路ｍ节点电压的理论值，即可求得短路的位置． ２ 单相接地短路故障定位原理 同两相短路一样，发生单相接地故障时，接地相电压也会在一定程度上衰减，对接地短路采用同样 的方法可以确定接地故障的支路 ，然后确定短路点距离ｉ节点的距离． 以Ａ相发生接地故障为例，进行离线的短路计算，计算出各节点短路时，其上游节点的短路电压．若 节点 点短路，则同样有式（５），将边界条件 ＝＝０；， ＝ ＝０ｎ 带人式（５）得 焘 （ ４） 其中， 为 点发生口相接地故障时的短路电流；ｚ 为 的口相自阻抗． 由式（１４）可以看出，接地短路与两相短路仅在计算过程中采用的阻抗不一样，同样得到 Ｊｉ｝ （１５） 其中， 为ｋ点短路时 节点的Ａ相电压； 诎为 点短路时ｉ节点的Ａ相电压． ３ 误差分析 该方法主要有两个假设： １）假设线路始端电压不变； ２）假设支路 上任一点短路与 点短路电流近似相等． 下面以 Ｃ相间短路对这两个假设引起的误差进行分析． 设线路发生短路后始端电压 删、 船，由式（６）～（９）得ｋ的真值ｋ ： ｋ，： ７＝ 一 × × ｌ＿＋ （１６）¨ ＝・一舞× 等越大，而 （１７ 越小，由此可见，无论线路长短该 由式（１７）可知，当线路始端电压衰减程度一定时，线路始端到节点 的阻抗值越大则误差越小，短路点 越接近 点则误差越小；当线路始端到短路点的阻抗值一定时，始端电压衰减越多则误差越小；由于线 路越长 、 越接近于１，而线路越短 第２期 土留成：一种配电网故障定位的新方法 １２１ 方法均能收到较好的效果 ４ 总结 本文结合我国配电网的实际情况，提出首先采用比较各节点电压确定故障区段，然后将故障区段始 端故障电雎与本线路末端短路时的故障电压对比，从而能够找出故障点的确切位置．该方法简单实用， 在故障发生时仅需作出对比判断，节省了计算时间，误差分析表明该方法有较高的准确度． 参考文献： ［１］刘健，倪建立．配电网自动化新技术［Ｍ：．北京：中国水利水电出版社，２００４，５—１５． ［２］张艳霞，陈超英，赵杰辉，等．配电网单相接地故障选线的一种新方法［Ｊ］．电网技术，２００２，２６（１０）：２１ ２４． ：３ Ｊ曾祥君，尹项根，张哲，等．零序导纳法馈线接地保护的研究［Ｊ］．中国电机工程学报，２００１，２１（４）：５ １０． ［４］ 陈鹏，腾欢，腾福生．故障信息不足时配电网故障定位的方法［Ｊ］．电力系统自动化，２００３，２７（１０）：７１—７２． ［５］ 徐青山，唐国庆，张欣．计及容错的配电网故障定位新算法［Ｊ］．电力自动化设备，２００５，２５（６）：３１—３３． ［６］蒋秀沽，熊信银，吴耀武，等．改进矩阵算法及其在配电网故障定佗中的应用［Ｊ］．电网技术，２００４，２８（１９）：６０—６３． ７］郭俊宏，杨以涵，谭伟璞，等．中压配电网的故障测距实用化方法［Ｊ］．电网技术，２００６，３０（８）：７７ ８１． ［８］ Ｉ！忐农，何桦，郑玉平．配电网故障定化的一种新算法［Ｊ］．电力系统自动化，２００１，２５（１４）：４８ ５０． ［９ｊ周羽牛，周有庆，戴 Ｆ志．基于ＦＴＩＴＵ的配电网故障区段判断算法［Ｊ］．电力自动化设备，２０００，２０（４）：２５ ２７． ［１０］陈月云，覃剑，王欣，等．配电网故障测距综述［Ｊ］．电网技术，２００６，３０（１８）：８９—９２． ［１ １］ Ｃｈｅｎｇ Ｃ Ｓ，Ｓｈｉｒｍｏｈａｎｕｎａ￣Ｄ．Ａ ｒｌ３ａｒｅｅ—Ｐｈａｓｅ Ｐｏｗｅｒ Ｈｏｗ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｌ Ｊ Ｊ．ＩＥＥＥ Ｔｒｍｌｓ— ａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，１９９５，１０（２）：６７１ ６７９． １２］张炜．电 系统分析［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９９５：１３７ １４１． ［１３］李光琦．电力系统暂态分析［Ｍ］．北京：巾国电力｝【Ｊ版社，１９９５：１１６ １２５． Ａ Ｎｅｗ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｖａｒｉｏｕｓ Ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ Ｆａｕｌｔｓ Ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｉｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ＷＡＮＧ Ｌｉｕ—ｃｈｅｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａＪ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｍ￣ｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｕａｉｍｌ Ｊｉａｎｇｓｕ ２２３３００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ａ ｐｒａｃｔｉｃａｂｌｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｈａｔ ｃａｎ ｆｉｎｄ ｏｕｔ ｅｘａｃｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｆａｕｌｔｙ ｐｏｉｎｔ ｉｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．１１ｌ１ｅ ｍｅｔｈｏｄ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｓｅｃｔｉｏｎ ｂｙ ｃｏｎｌｐａｒ— ｉｎｇ ｅａｃｈ ｎｏｄｅ ｖｏｌｔａｇｅ，ａｎｄ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｆａｕｌｔ ｓｅｃｔｉｏｎ ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆａｕｈ Ｏｃｃｕｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｌＪ１ｅ ｌｉｎｅ． Ｉ ｅ ｍｅｔｈｏｄ ｊＳ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｔｏ ｔｈｅ １ｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｌ３ｏｕｓ ｓｈｏｒｔ．ｃｉｒ． ｃｕｉｔ ｆａｕｌｔｓ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｉｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｎｅｕｔｒａｌ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｏｎｌｉｎｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ；ｉｎｔｅｒ—ｐｈａｓｅ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ；ｓｉｎｇｌｅ—ｐｈａｓｅ ｅａｒｔｈ ｆａｕｌｔ ［责任编辑：蒋海龙］