２０１３年第３８卷第３期 Ｖ０１．３８ Ｎｏ．３ ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７２—９９４３．２０１３．０３．Ｏ６８ 能源技术与管理 Ｅｎｅｒ￣Ｔｅｃｈｎｏｌｏ￣ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ １６９ 配电网单相接地故障区段定位方法的研究 宇文慧彪 ，陈烨 （１．晋城煤业集团寺河煤矿，山西晋城０４８２０５；２．中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州２２１００８） ［摘要］ 我国中压配电网一般采用小电流接地方式，即中性点不接地或中性点经消弧线圈 接地方式。针对中性点经消弧线圈接地配电网单相接地故障带电定位难的问题，提 出了一种基于矩阵算法的单相接地故障定位方法，该方法采用馈线终端设备 （ＦＴＵ）和控制中心相结合的方式定位故障区段，通过仿真实验，验证了该算法的正 确性和有效性。 ［关键词］ 配电网；区段定位；矩阵算法；ＦＴｕ；单相接地故障 ［中图分类号］ＴＤ６１ １＋．２［文献标识码】Ｂ［文章编号］１６７２－９９４３（２Ｏ１３）Ｏ３ １６９旬３ 够根据ＦＴｕ采集的线路信息，明显区分出故障线 Ｏ引 言 目前，配电网发生故障后采用传统的人工巡 路和非故障线路，并生成统一的故障信息上传给 控制主站，主站采用矩阵定位算法定位出故障区 段。这种利用全电流判别法与矩阵算法的方法可 以有效实现单相接地故障带电定位［ 。 线方式进行故障区段定位非常困难，这种方式不 仅耗费大量的人力物力，而且还延长了停电时间， 影响供电可靠性。由此可见，寻找一种切实可行的 故障定位方法是非常重要的。针对中性点经消弧 线圈接地配电网，提出了一种基于矩阵算法的单 相接地故障带电定位方法，建立故障信息特征矩 阵，采用统一判据对特征矩阵进行分析，定位出故 ２全电流判别法原理 在中性点经消弧线圈接地系统中，当发生单 相接地故障时，支路中零序无功电流分量和零序 有功电流分量的矢量合成得到零序全电流，故障 支路与非故障支路中的零序全电流矢量方向分布 在不同的象限，全电流判别法就是根据这一原理 障区段，并对故障信息不完整的情况提出了相应 的解决方法，利用此算法可以有效实现中性点经 消弧线圈接地配电网的单相接地故障区段带电定 位，该算法尤其适用于网络结构复杂情况下的计 算机计算…。 进行故障支路与非故障支路判别的，零序全电流 矢量方向的象限分布根据消弧线圈补偿方式的不 同稍有差异。当消弧线圈采用过补偿、全补偿和欠 １ 中性点经消弧线圈接地配电网单相接 地故障定位难点分析 在中性点经消弧线圈接地配电网中，当发生 补偿方式时，流过故障支路的零序无功电流矢量 的方向在Ｙ轴正半轴；当欠补偿的程度比较大 时，流过故障支路的零序无功电流矢量的方向在 Ｙ轴负半轴。考虑消弧线圈电阻和线路对地绝缘 电阻等造成的零序有功电流分量，故障支路的零 单相接地故障时，由于消弧线圈的补偿作用，使得 故障线路与非故障线路的零序电流大小相差很 小，且相位基本一致，稳态时的故障特征无明显差 异，给单相接地故障带电定位带来了很大的困难。 中性点经消弧线圈接地配电网中线路发生Ａ 序全电流在第二或第三象限。非故障支路的零序 全电电流在第一象限。当有功电流分量很小时，考 虑零序互感器测量的角度误差，故障支路的零序 全电流可能落在第四象限。因此根据线路全电流 矢量方向所在的象限即可判别出故障支路，全电 单相接地故障时，在接地点就有一个电感分量的 电流流过，此电流和原系统中的电容电流相抵消， 减小流经故障点的电流。此时流过接地点的故障 电流除了全系统对地电容电流之和外，还有消弧 线圈的电感电流要想准确找到故障区段，单相接 地故障的判据非常重要。文章提出的故障判据能 流矢量方向在第一象限的支路判定为非故障支 路，否则判定为故障支路。 ３基于ＦＴＵ的矩阵算法定位原理 基于Ｆ１＇ｕ的矩阵算法实现单相接地故障的 １７０ 宇文慧彪，等配电网单相接地故障区段定位方法的研究 ２０１３年６月 定位是在传统短路故障定位矩阵算法的改进。以 最常见的单电源辐射状供电方式为例，首先，根据 实际配电网拓扑结构生成网络描述矩阵Ｄ；然后 根据ＦＴｕ上传的故障信息相应设置矩阵Ｄ中对 角线元素的值，生成故障判定矩阵ｏｆ；对于ｎ’ｕ 装置本身故障导致上传信息不足的情况，采用三 定值标识法对 进行修正，得到新的Ｄ，矩阵；最 后对Ｄ，应用统－－Ｎ据定位出故障区段。此判据是 故障区间定位的充分条件，无需传统短路故障矩 阵算法中复杂的规格化处理，能实现准确、快速定 位故障区段＿３］。 ３．１网络描述矩阵Ｄ 首先把配电网中的线路上的ｎ’ｕ设备和线 路末端都看作节点，对节点进行统一编号，同时对 线路主干线和分支定义一个正方向，如对于单电 源供电网，功率的流出方向就是馈线正方向；对于 多电源供电方式，假设配电网只由其中一个电源 单独供电，正方向即此电源供电的功率流出方向。 网络描述矩阵Ｄ中元素的定义： ｄｏ＝ｌｆ ｏ１ 式中，１代表节点ｉ与节点 之间存在馈线且 其正方向由ｉ指向 ．；其它为０。 其网络描述矩阵Ｄ为： ３．２故障判定矩阵 当发生故障时，安装于线路上的ＦＴｕ采集线 路电压电流量，通过全电流判别法进行故障判断， 生成带时标的故障信息上传给控制中心。在实际 电网运行中，ＦＴｕ的故障信息有可能上传失败。 故控制中心在故障发生后要求所有在线ＦｒＩ１ｕ都 向其发送标识故障信号：若节点ｉ发生单相接地 故障，则ＦＴｕ上传标识信号１；若节点 不存在故 障，则上传一１。控制中心根据接收到的ＦＴＵ故障 标识修改矩阵Ｄ中相应对角线元素，这样如果 ＦＴｕ本身故障没有上传故障标识，对角元素默认 不变，为０。全部修改完毕后，得到故障判定矩阵 Ｄ，。这种三定值标识法更符合电网实际运行ｆ截见。 ３．３故障区段定位的统一判据 Ｆｅｂ．，２０１３ 定位区间的两个判定原则为： （１）若 ＝１，且对于所有西＝１（ｉ ／）对应的对 角元素ｄｏ＝一１，则故障发生在节点 和０Ｏ０ ０ ０．７之间的区 Ｏ０ Ｏ 段上。这是区段定位的充分条件，１满足该条件的区 ０ ０ ００ ００Ｏ 间一定是故障区间。 ｌ Ｏ Ｏ ０ ０ ０ ０ Ｏ （２）若ｄ／／＝０，表示节点ｉ处的Ｆｒｕ上传信息 ０１０ ０ Ｏ００ Ｏ 失败，对于所有ｄ ＝１（ ≠００ｌＯ ０． ）的节点０ ００ 。 集合 和所有 ０Ｏｌ ０ ０００ Ｏ ｄ ＝１Ｕ≠ ）的节点ｋ集合 ：若∑也＞ｏ、∑ｄ从＞０，ｉＥ ＯＯ Ｏ ０Ｅ“ １００ ０ 则节点ｉ处有故障，即 ＝１；若∑ ＜０、∑ ＜０，０ ０Ｏ０ ０１００ ｉ∈ ｋ Ｅ“ 则节点ｉ处没有故障，即ｄ ＝一１；若节点 为支路 末端节点，则ｄ 一１。 例如，单电源供电配电网结构如图１所示。 图１ 单电源供电配电网结构 图１中，若故障发生在节点５、７之间，但节点 ６上传信息失败，则可得故障判定矩阵 为： １ １ １ ０ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ 一１ ０ １ Ｏ ０ Ｏ ０ ０ ０ １ ０ １ １ ０ ０ ｏｒ＝ ０ ０ ０ —１ ０ ０ ０ ０ ０ Ｏ ０ ０ １ Ｏ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ｌ ０ ０ Ｏ Ｏ ０ ０ 一１ Ｏ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ ０ —１ 根据统一判据的两个原则，可得故障发生在 节点５、７之间，对于节点６，根据原则（２）可以判 出ｄ６６＝一１，即节点６没有故障，结论正确 。 ４算例分析及仿真验证 文章提出的单相接地故障区段定位方法通过 ＰＳＣＡＤ仿真软件进行了实例仿真，并得到了验 证。仿真配电网结构图如图２所示。 Ｒ 图２仿真配电网结构 图２中配电网为１０ ｋＶ中性点经消弧线圈接