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基于故障指示器的配网故障精准定位方法研究

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王泽洋

摘要：针对传统配网故障定位方法存在操作复杂度高、配置设备成本投入高和故障定位效果差的问题，文章对基于故障指示器的配网故障定位方法进行了研究，该方法引入电网有向图思想，利用主站接收到的故障指示器动作信号构造节点与支路关联矩阵，将关联矩阵与电网有向图中的电流向量进行乘法运算得到故障判断结果，通过结果数据分析可精准定位故障所在区段。通过实际应用仿真，配网故障精准定位方法可准确定位故障发生点，具有广阔应用前景。

关键词：配网故障定位;故障指示器;电网有向图

0引言

配电网是电能输送到用户的重要通道，与电力用户的社会经济生产生活密不可分，因此配电网的稳定性直接关系到用户的用电质量，配网正成为我国电网建设的核心环节。然而，随着社会经济的快速发展，城市和人口规模的不断扩大，配网正从过去单一的供电侧末端网络发展成为具有的多个分布式电源的复杂供电网络，导致配电网内的各种保护与控制设备无法做到准确整定，造成了配电网故障时无法精准定位故障发生位置，为故障的切断与维修带来难题。

因此，如何精准定位配网故障发生位置成为电网研究的热门课题，目前在配网自动化建设过程中，主要通过智能馈线终端进行信号遥测来确定配网故障发生位置，但上述方法中不仅智能馈线终端造价昂贵不利于广泛应用，同时该方法还存在故障定位时间过长和定位精度较低的问题。针对上述问题，本文将利用故障指示器与电网有向图相结合的方法实现配网故障的精准定位，以期为配网的稳定运行提供技术支持。

1故障指示器概述

故障指示器（FI）研发于二十世纪八十年代的德国，主要用于电力线路中指示故障电流，通过指示的方式，帮助电网工作人员查找故障，减少故障巡线的查找时间。根据配网接线方式可将配网故障指示器类型分为：架空线路故障指示器、架空线路故障指示器和面板型故障指示器。通常情况下，故障指示器由探头和故障集中器组成，架空线路故障指示器悬挂安装于架空线路，当有故障发生时，探头检测到故障时，通过探头上的无线发射装置将故障信号发送到故障集中器中，故障信息通过故障集中器远程传输至主站进行数据处理。电缆线路故障指示器通常安装于配网开关柜和环网柜，其工作原理及构造与架空线故障指示器类似，将探头卡在电缆线路上进行电压、电流的检测，并直接通过通信接口进行远程传输信号，电缆线路故障指示器通常利用光纤进行信号传输。面板型故障指示器与上述两种故障指示器的组成以及工作方式都不同，通常情况下面板型故障指示器由主机和传感器两部分组成，安装于配网的环网柜、电力分支箱和箱式变压器上，上述主机具有和故障指示器功能相对应的操作界面，可实现自检、测试、复位以及故障定位操作。

2?基于故障指示器的配网故障精准定位研究

2.1电网有向图概述

在工程应用中，所有的应用图都可用点和线组成的集合进行表示，其中点用来表示有形或无形的事物，而线用来表示各事物之间的联系。在进行应用图的网络拓扑结构研究时，用树表示其中支路和顶点的集合，而有向图是指带有方向信息的节点以及支路的集合，即带有方向信息的树就是有向图，每个应用图的树并不是只有一种选择，只要树包含应用图中的所有頂点即可，通常情况下若应用图中包含m个节点，则其树中包含m-1条支路。

配网电路也可用上述有向图进行表述，通过节点和支路抽象的表现了与原电网络具有相同的连接方式的几何图形，突出了电路的结构特征。某简单电路的电路图如图1所示。

如图1所示，某简单电路中包含4个电路节点和5条电路支路，每条支路上都包含两端型电力元件，为突出该电路的线路结构，将该电路图进行有向图转换后可去除每条支路中的电力元件得到该电路的应用图，某简单电路的应用图如图2所示。

如图2所示，在该应用图中选取节点2作为有向图树的顶点进行有向图构造，某简单电路有向图树如图3所示。

上式1中，aij表示节点i与支路j的关联性，当支路j从节点i流出则aij取值-1;当支路j从节点i流入则aij取值1;当支路j与节点i物管则aij取值0。

2.2基于故障指示器的配网故障定位原理

根据上文可知，每个电路有向图都有与之相对应的节点-支路关联矩阵A，该矩阵维数为m×b，其中b表示有向图中包含的支路数。本文研究中，为使上述关联矩阵中各行元素相互独立，将在有向图中选取参考节点对管理矩阵进行降维处理记为A。某实验电路有向图如图4所示，

若上述实验电路发生短路故障，故障点将通过电源点与大地形成通路，为在有向图中描述这种变化，将在各节点与参考节点之间增加短路支路，短路后实验电路的有向图如图5所示。

上式（4）中i表示短路故障发生前各支路电流，ic表示故障支路电流。若故障电流为0，该式即为系统正常运行时的支路电流方程;若系统出现短路故障，该式即为含短路通路的支路电流方程。

2.3配网故障定位容错机制

分布式电