县域配电网故障定位研究

发布时间：2020-09-17 12:55

　　经济的发展和技术的进步导致用电量不断增加,对电能的依赖性也愈显突出,各项社会生活和生产活动要求有更高的供电可靠性和电能质量。因此要求供电部门改进和提高配网自动化水平,一旦发生配网故障立即进行故障定位、隔离和恢复供电,以减少停电时间。研究和实现配网故障快速定位,对于提高配网可靠性有着极其重要的意义。首先,本文对县域配电网进行了分析并建立了相应的数学模型,对县域配电网故障定位、隔离的原理进行了详细的讨论和分析,研究了适用于各种配电网的故障区段判断定位和隔离的通用算法。重点研究了统一矩阵算法,并在统一矩阵算法的基础上提出了基于“过流度”的算法,通过设置0编号节点避免了末端节点故障无法定位的问题,通过计算区段“过流度”,避免了统一矩阵算法计算量大、效率低的问题。通过分层计算的方法,实现了故障定位的“逐步求精”,通过上述方法实现了快速准确定位故障区和隔离故障,确保非故障区的转供电。其次,针对县域配电网点多面广的特性,若完全依靠在开关、断路器上安装FTU、DTU来实现故障定位、隔离,不但投资大,建设周期长,而且故障定位精度不高。本文提出采用FTU和故障指示器检测短路和接地故障的方案,将故障定位分两步进行,第一步用FTU信息定位一个较大的故障区段,第二步利用故障指示器进一步定位一个更精确的故障区段,能够充分利用现有资源,大大提供配电网的供电可靠性,实现故障快速定位和隔离。针对县域配电网多为中性点不接地或经消弧线圈接地,发生单相接地故障难以检测的难题,采用动态阻性负载投入产生特定故障特征信号,配合故障指示器,来确定单相接地故障区域。针对荣成地区现有配网设备的现状,分析传统故障定位方法的特点和不足,并对下一步建设的配电自动化系统在故障定位功能上提出要求。在理论研究的基础上,本文以荣成市供电公司配电网建设为例,研究了县域配电网故障快速定位系统的建立,从通信系统、硬件设备、软件系统等方面进行详细分析。最后,对荣成市县域配电网实际的运行情况进行了研究,对故障定位方案实用性和经济性进行了分析并探讨了在试点阶段有待解决的问题。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM727
【部分图文】：

体系结构图,配电网,体系结构,电网

配电网络结构通常把向用户供电的电网称为配电网（Distribution Network）。配电电缆线路、配电箱、柱上降压变压器、柱上开关等设备组成。将额10kV、35kV 的电网称为高压配电网；将 6～10kV 和 3kV 等 1kV 以为中压配电网；将额定电压为 380V（0.4kV）等小于 1kV 的电网称网。如图 2-1 所示，配电网的结构大致有辐射状、树状和环状这三种基

示意图,辐射状配电网,故障定位,原理

相和接地点间不能经过中性点形成回路，因此故障点只有线路对地电容经接点的放电电流，因此也被称做小电流接地。此时电网三相线电压仍然对称，地相对地电压降低到零，而非接地相对地电压升高为相电压的 3 倍，线路可正常的传输电能，可以在未消除故障的情况下运行一段时间，在此时间内（12 小时），可以查找故障点，排除故障。由于非故障相电压升高，长时间带故运行会导致故障范围扩大，应尽快定位故障、恢复系统的正常运行。我国配网中单相接地故障占了配电网所有故障的 80%以上，占比最大。2.4 配电网故障定位的基本原理2.4.1 开环模式下的配电网故障定位原理对单电源供电的电网来说，由于只有一个电源，当线路发生短路时，短电流由电源流向短路点，而短路点到线路末端无短路电流过。因此，故障点面的开关会流过短路电流引起“过流”，故障点后面的开关无短路电流流过，“过流”信号。因此故障区段位于从电源到最后一个流过短路电流的开关到一个未流过短路电流的开关之间的区段。

示意图,闭环运行,故障定位,环网

来判断线路中各个开关流经了故障功率。图 2-3 环网闭环运行时故障定位原理示意图2.5 配电网统一矩阵故障定位算法2.5.1 统一矩阵算法的流程统一矩阵算法定位的过程为：当电网发生故障后，线路上的终端将故障信息上传到配网主站，主站接收到故障信息后，启动故障定位流程。主站首先根据线路上开关之间的关系，生成网络描述矩阵 D，再根据配电终端上传的故障信息中包含的各节点的过流情况，生成故障信息矩阵G ，再通过对这两个矩阵进行矩阵乘法运算，并对运算的结果进行规格化处理，得到故障判断矩阵 P ，再根据故障判断矩阵 P 来定位故障区段。图 2-4 为使用统一矩阵法进行故障定位的步骤，后续几节将对各步骤中涉及的各种矩阵如何生成，如何进行规格化处理，如何进行故障位置判断进行详细的描述。

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