1、 基金项目：广东电网有限责任公司职创项目（）。基于定值保护的配网线路短路故障点识别方法刘同斌汪娇娇（广东电网有限责任公司茂名供电局）摘要：针对传统识别方法存在忽略配电网线路过电流保护，导致识别精度差的问题。提出基于定值保护的配网线路短路故障点识别方法。首先，初步确定故障区域；其次，根据故障区域进行定值保护；然后，对配网线路短路故障点进行识别；最后，进行实验验证分析。实验结果表明：采用本文方法进行故障点识别时，可监测配电网电流、电压情况，且可有效识别出故障点。关键词：配电网；线路；短路；故障点；识别 引言在整个电力系统中，配电网是十分重要的一部分，其直接与用电用户连接，配电网的运行是否可靠、安全
2、，将会直接影响到供电质量及用电用户的人身安全 。近年来，随着我国社会经济的快速发展，使人民生活水平得到了提升，对配电网供电的可靠性、安全性要求也在不断的提高。同时由于电力体制改革不断的向前推进与电力市场化的初步形成，用户体验已经成为影响电力企业的一个不容忽视的重要因素。由于配电网与用户直接相连，刚开始只有电力建设者认识到其的重要性，而现在配电网已成为电网建设的重中之重 -。与输电线路长、分支少的输电网络相比，配电网具有结构复杂，规模庞大，支路繁多，运行环境多变等特点，其运行的可靠性与安全性会受到多种因素的影响，如天气、动植物、人为因素等，因此配电网发生故障的概率要远高于输电网 。据相关资料统计
3、，在发生故障的电网中，有 的故障都发生在配电网，因此，对配电网线路进行准确的故障定位与识别，并根据其发生故障的种类与发生的位置及时地做出相应的处理，是确保配电网供电可靠性与安全性、提高用户用电体验的重要途径之一 。目前针对输电网的故障定位研究已经较为成熟，然而，故障发生后，故障点不容易确定，排查范围大，查找故障困难 ，尤其山地地区相对平原地区同样视距下的巡线往往要消耗更多的人力物力。对此，本文提出基于定值保护的配网线路短路故障点识别方法。初步故障区段定位方法在无故障线路上，所有测量区段两端的电流波形基本相同；而在故障线路上，位于故障点上游的各测量区段两端的电流波形大致相同，同理位于下游的各测量
4、区段两端的电流波形也大致相同，但包含故障点的测量区段两端的电流波形却存在较大的差异。当有支路时，可以把各支路的电流之和看作是一个单独的电流。以 配电网为例，如图 所示，当 点发生故障时，故障点上游的测量点 处存在两条分支线路，其下游共有两个测量点 与 。依照理论分析，此时测量点 电流波形与测量点 、电流波形和两者间存在较大的差异，而其余测量点电流波形与下游测量点电流波形和基本一致（例如测量点 电流波形与测量点 、电流波形具有极高的相似度）。图 配电网故障拓扑图因此，在所有线路末端测量点的合集中，依次选取出一个测量点（记为），并对各测量点进行故障区段判断，其判断步骤如下：（）找出 在拓扑结构上所
5、有的下游相邻测量点 ，；（）计算测量点集合 ，中的电流波电气技术与经济 技术与应用 形之和与 电流波形的 、相电流相关度，表示其结果的最小值；（）将得到的 与设定阈值 进行大小比较：若 大于或等于 ，则判定区段 至 都为非故障区段，将 从测量点合集中删除，并重新选择一个，回到步骤（）继续进行故障判断；若 小于 ，则判定区段 至 为初步故障区段，区段定位结束；（）步骤 中用于相关度计算的公式如下所示：（，）（，）*（）式中，和 分别为需要计算相关度的测量点与其相邻测量点的电流波形数据；（，）为 与 的协方差；和 分别为 与 的方差。由于在测量点 下游可能会出现存在多个相邻测量点的情况，而本方法仅
6、是判断出故障点可能存在的初步故障区段，包括故障点具体所在的最终故障区段和相邻的其他初步故障区段。定值保护为了满足配电网保护的选择性要求，各个保护之间的动作时限需要按照阶梯型原则进行确定。但因为配电网定值保护的动作时限与流过线路的故障电流水平存在一定关系 ，所以与对时限过电流保护的整定与配合相比，对配电网的定值保护与配合要更加的复杂。过电流保护的启动电流 ，可按照下式进行计算。（）式中，为可靠系数，取值范围 .；为自启动系数，；为返回系数，；为负荷电流的最大值。以图 为例，该配电网系统中的反时限过电流继电器共有 个，其动作时限特性均设置为常规反时限动作特性，接下来会对配电网系统中各个反时限过电流
7、继电器的整定计算与保护间的配合关系进行详细的说明。短路电流在最大运行方式下，随不同故障点位置变化的曲线图如图 所示。假设，、，、，和，分别为在各线路的初始位置发生故障时，流过各保护装置的最大短路电流，由于配电网过电流保护的反时限动作特性，在流入最大短路电流的情况下，各线路自身保护装置的工作时限均对应其最小值。首先从保护 开始，根据公式（）对启动电流进行相应的定值，表示整定后的启动电流值，表示保护 的短路电流倍数，则 ，由下式表示：，（）当 点发生短路故障时，保护在最大短路电流的作用下，可按照瞬间动作进行整定，其动作时限为其反时限过电流继电器的固有动作时限 。根据其最大短路电流，、启动电流 以及
8、动作时限，来对时间整定系数以及保护 的反时限特性曲线进行确定，其反时限特性曲线如图 中的（）所示，图中，保护 的反时限特性曲线的渐近线即为保护 的启动电流，此时动作时限最大，保护处于临界工作状态。图 定值保护装置整定值的选择与保护关系图接下来进行整定保护 ，依然根据公式（）计算其启动电流相应的定值，其值用 ，表示。当 点发生短路，为使配电网保护的选择性要求得到一定的保障，会要求保护 的动作时限要高于保护 一个时间级差。当保护 因某种原因拒绝动作时，保护 作为保护 的后备保护，保护 会延迟一个时间级差的动作时限对故障进行切除，则流过保护 的短路电流不变，仍然为，其短路电流倍数 ，的计算公式表示为
9、：，（）这时保护 的动作时限表示如下：（）电气技术与经济 技术与应用 根据保护 的动作时限 以及其短路电流倍数，可对时间整定系数以及保护 的反时限特性曲线进行确定，其反时限特性曲线如图 中的（）所示。图中，保护 的反时限特性曲线的渐近线即为保护 的启动电流，此时动作时限最大，保护处于临界动作状态。并且，通过观察图 可知，当 点短路时，根据流过保护 的最大短路电流进行整定时，其动作时限较短，从而反映出反时限过电流保护随着短路电流的增大，保护的动作时间会逐渐缩短的一个优点。配网线路短路故障点识别方法配电网线路发生短路故障前，配电网处于正常稳定运行状态，假设 相电流、电压分别为：（）（）（）（）（）
10、（）（）（）（）（）（）（）式中，和 分别为正常运行状态下的电抗和电阻；为短路前每相的瞬时电压相位角。基于短路故障电压、电流情况，确定故障点。设 表示配电网故障点集合，表示该集合中的既定信息参量，关于集合 的定义条件始终满足公式（）。（）式中，表示配电网故障点的分布密度；表示矩阵集合对于故障点信息的存储权限；、表示两个不相关的待测故障点信息特征。规定、表示故障点集合中 个不相关的信息参量，表示配电网主机所遵循的故障点识别实值，联立上述物理量，可将基于人工智能技术的奇异度评价方法，确定故障点位置，表达式为：()（）?（）其中，?表示配电网故障点信息的特征参量。实验结果分析为验证本文方法的有效性及
11、可行性，采用本文方法对配电网主机设备的故障行为进行监测，将其检测结果与理想数值结果进行对比，并计算该方法判定故障位置与真实故障位置的偏离度，已完成本文方法的验证，则实验设置的配电网参数见下表。表参数设置名称参数电源电压：，电阻：.电路 ，；负荷 ，.在相同实验环境下，计算的配电网短路故障电压与电流数值越接近理想数值，就表示配电网主机对于设备故障行为的监测有效性越强，此时配电运行环境能够长期保持相对平稳的状态。图 和图 反映了本文方法对电压与电流的监测变化情况与理想数值。图 配电网短路故障电压变化情况图 配电网短路故障电流变化情况通过对图、图中的电压与电流数值进行对照，可得知本文方法对配电网的电
12、压与电流的监测数值与理想数值非常接近，由此表明本文方法具有较强的故电气技术与经济 技术与应用 障行为监测能力。接下来在配电网线路的区间 段上设置 相接地短路故障，且故障点到首端 的距离分别为 .、.、.、.、.。利用本文方法对配电网线路的故障点进行识别，并对其所在区间进行判断，计算该方法判定故障位置与真实故障位置的偏离度，其结果如图 所示。图 不同故障位置下识别结果根据图 中的计算结果可知，采用本文方法对故障点位置区段进行判定，无论故障点位于区间 段何处，其偏离度值都是最小的，该判定结果与真实故障所在的区间基本一致，由此可说明当同一区间的不同位置发生故障时，本文方法可对故障点进行精准的识别，并
13、正确判定其故障点所在区段，无故障区间误判。结束语为有效解决配电网线路短路故障识别不准确的问题，提出基于定值保护的配网线路短路故障点识别方法，采用该方法可有效提高配电网线路短路故障点识别效率，具有一定的应用价值。参考文献 张志华，乔红，邵文权，等配电网线路相间故障重合前无故障识别方法研究 陕西电力，（）：-沈晓枉基于空间故障树理论的配电网弱馈线路断线故障识别方法 电网与清洁能源，（）：-郑日红，顾秀芳，韩如月，等配电网短路故障分析及其识别方法研究 工矿自动化，（）：-卢晓强，李刚，周万竣，等基于最小二乘双支持向量机的配电网短路故障辨识方法研究 武汉大学学报（工学版），（）：-李博通，刘涛，杨昕陆，等故障自清除型直流配电网新型双极短路故障元件识别方法 电工技术学报，（）：-祁欢欢，刘亚东，孔德煜，等站内源荷集中接入直流母线的极间短路故障线路识别方法 电力自动化设备，（）：-彭贺翔，廖凯，李波，等计及直流分压器传变特性的行波保护定值整定方法 电力系统自动化，（）：-（收稿日期：-）电气技术与经济 技术与应用
