基于矩阵算法的故障定位应用研究

海日汗　薛亚平

摘 要：本课题给出了目前常用配电网故障定位技术，并分析出其存在的局限性，然后建立了故障信息的特征矩阵，最后给出矩阵算法的故障定位方法，并在基础上利用接地测试验证该方法的合理性，确保故障能够快速定位，大大提高了工作效率。

关键词：矩阵算法 配电网 故障定位 接地测试

中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）09（c）-0044-02

配电系统直接服务的对象为广大的人民群众，其覆盖面积涉及到社会的各个领域和生活中，担负了重大的供电责任，深深影响着人们生活水平和物质追求。配电自动化系统（SCADA/DMS）结合了当前发达的通信网络技术以及先进的现代电力电子技术，从而实现配电系统的实时监控和远程操作控制。但是在国内，依然有很多供电单位使用人工排查故障的方法，其效率不仅仅十分低下，而且也很容易出现遗漏，无法正在的跟上时代进步的步伐。因此，研究配电网故障检测定位技术具有深远的意义。

本课题主要采用的配电网故障定位的算法是根据矩阵算法的原理。基于矩阵算法的故障定位法主要利用系统中的判据对采集到的电气量信息组成含有非故障和故障信息的特征矩阵进行分析和研究，从而实现故障定位。当故障位置确定后，主站将会下达指令给故障检测定位终端，并通过线路保护拉开分段器中分段开关实现故障隔离的目的，确保电网能够安全运行。

1 常用10kV故障定位策略

在当前，我国10kV故障定位策略主要集中在非自动化技术型的故障定位技术和基于配网自动化的故障定位技术两方面上。

1.1 非自动化技术型的故障定位技术

（1）阻抗法适用于低阻故障定位，不利于测量高阻故障。实际应用中线路往往分支过多，负荷程度相对较高，在实际测量和计算过程中其偏差往往也偏大。

（2）行波法一般有4种，适用于高阻故障定位、低阻故障定位、断线故障定位及故障电缆全长测量法。故障电缆全长测量法需通过检测线路两端进行故障定位，其市场应用范围较窄。

1.2 基于配网自动化的故障定位技术

基于配网自动化的故障定位法通常分为3种，其分别是基于FTU的故障定位法、基于分段器和重合器的故障定位、基于故障指示器的故障定位法。其中基于FTU的故障定位法是利用快速方便的通讯功能和故障检测能力时实现故障的隔离以及网络的优化，能够大大减少开关的操作次数，提高了配电网的自动化水平。基于分段器与重合器的故障定位技术主要是通过结合分段器与重合器的基本特点，同时降低其动作频率及时间的技术。基于故障指示器是当配电系统电流出现异常，流过故障指示器的电流也会出现异常，发出红色报警，配电网检修人员可以按照故障指示器指示，快速对故障进行定位。

2 故障信息特征矩阵的构建

本研究的故障信息特征矩阵主要依据线路断路器、二次设备采集信息为参考参考点，并规定相关信息参考方向为母线侧指向线路侧，同时应符合如下特点。

（1）如果参考点a小于和等于参考点b时，同时两个参考点无分支的情况下，dab等于0。

（2）如果参考点a小于参考点b时，且两个参考点存在分支时，且方向一致，则dab等于1。

（3）如果参考点a小于参考点b时，且两个参考点存在分支时，且方向不一致，则dab等于-1。

图1为配网参考点示意图。从图中可以看出，参考点1和2、参考点1和3、参考点2和4、参考点3和5之间存在分支，满足上述的条件（b），参考点2和3之间存在分支，满足上述的条件（c），其余參考点之间无分支，满足上述条件（a），根据上述分析得出特征矩阵如公式（1）所示。

（1）

3 基于矩阵算法的故障定位

基于矩阵算法的故障定位法主要利用系统中的判据对采集到的电气量信息组成含有非故障和故障信息的特征矩阵进行分析和研究，从而实现故障定位。当故障位置确定后，主站将会下达指令给故障检测定位终端，并通过线路保护拉开分段器中分段开关实现故障隔离的目的，确保电网能够安全运行。

矩阵算法在构建完成后，基于矩阵算法的故障定位法的工作流程如下。

首先，将故障区段进行标注，分析故障区段中的线路特点。

其次，利用如下计算公式获取故障区段中各个区域的的故障测度

（2）

式中，Pab表示矩阵P中的某一元素；

mab表示某一区段的故障测度；

Mn表示故障测度总和。

最后，结合上述两点，建立含有故障特性与非故障特性构建的特征矩阵，其中故障测度为正数时，确定该区域为故障点。同时故障测度为0和负数时，该区域不是故障发生区域。

4 接地测试

首先为了能够保证测量的安全，本课题采用了电阻接地，其接地电阻值为0.5～1kΩ之间，接地电流不高于5A，零序电压冲击程度不高。若测试完毕后，符合金属接地的实验要求，拆除接地电阻，进行金属接地试验。其金属接地操作流程如下。

首先选择线路末端易操作的一点处作为试验点；其次在确保安全的前提下，电流表串联接入线路中的一相，并实现接地；然后开启电能质量分析器，并合上隔离开关和断路器，接地持续3s后拉开断路器；最后记录测量结果并分析。

测试中发现零序电流的计算值与测量值无区别，当系统出现单相接地故障时，零序电流的测量值与合成值均发生明显的变化，而且哪一相位接地，相对应电压相位角都会上上升到90°，从而得出该相位出现故障。

5 结语

本文首先介绍了当前我国故障定位策略的研究现状，并在此基础上提出一种基于矩阵算法的故障定位策略进行故障定位，并利用接地测试验证了该方法能够快速的检测出系统故障并判别故障类型，大大的加强了电网的安全运行效率。

参考文献

[1] 张钊.配电网故障定位的通用矩阵算法[J].电力自动化设备，2010，25（5）：40-43.

[2] 邓松.智能电网进展及发展要求[J].中国西部科技，2009，8（34）：18-19.