一种交流配电线路的故障定位方法与流程

本发明属于交流配电网的故障诊断领域，更具体地，涉及一种交流配电线路的故障定位方法。

背景技术

随着我国经济、社会的繁荣发展，人们消费水平、层次的不断提高，工业、商业、居民用户对电力企业在供电质量、供电可靠性以及故障定位、隔离、抢修等配电网方面的工作提出了更高的要求，因此需要建立完善的配网自动化系统，能够在短时间内识别和隔离系统短路故障，最大程度地避免因故障造成的长时间、大面积停电。

通常配电网闭环设计，开环运行。采用闭环结构提高可靠性，开环运行便于故障定位及继电保护整定，各馈线由联络开关连接，整体呈辐射状、网状结构。随着社会经济的飞速发展，城市、农村均将电缆化率作为配电网更新改造的一个指标，促使城乡配电网逐步增加电缆线路的敷设，这也导致了架空线路与电缆线路混联输电的局面。电缆线路阻抗大于架空输电线路，而并联电导、电纳一般可以忽略。而目前许多故障定位方法还不能完全适用于混联线路模式，而且配电网分支多，设备数量众多，且环网开关、重合器及分段器等沿馈线分布，己经不再是高压系统中“两点一线”的简单结构，设备运行环境较为恶劣，故障定位问题复杂程度很大。

因此，配电网的故障定位问题在一定程度上没有得到有效解决。如果能够找到一种合适的技术方法，能够在故障发生后迅速精确的定出故障位置，一方面节省了人力物力，另一方面可以提高配网的工作效率，实现在第一时间内有效的隔离和修复故障，从而减小停电区域和迅速恢复正常的电力供应，提高系统稳定性，减小故障带来的危害。因此，对配网故障定位的研究具有重要意义，迫切需要研究和完善适用于配电网的故障定位方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种交流配电线路的故障定位方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种交流配电线路的故障定位方法，包括以下步骤：

步骤1、将配电网的开关和连接点看作顶点，馈线段看作弧，且弧的方向是线路上潮流的方向，将配电网映射为一个有向图；

步骤2、定义顶点的负荷为流经开关的负荷，弧的负荷为馈线段供出的负荷，得到该配电网对应的变结构耗散网络；根据耗散网络的性质，由顶点的负荷计算弧的负荷，并找出过热区域，即故障区域；

步骤3、针对馈线测控终端故障信息少、不完备的情况给出相应对策。

优选地，在步骤1中，若该配电网仅由一个电源供电时，向全网供电的功率流出方向即为馈线的正方向；若该配电网由多个电源供电，则选取其中一个电源为参考，所选取的电源单独供电时的功率流出方向为馈线的正方向；故障发生后，当馈线终端设备ftu采集的负荷与网络正方向相同时，则上报正的负荷值，当馈线终端设备ftu采集的负荷与网络正方向相反时，则上报负的负荷值。

优选地，在步骤2中，由顶点的负荷计算弧的负荷的具体公式为：

lij＝lii-ljj

式中lii、ljj分别为流经顶点i、j的负荷，lij为流过弧ij的负荷；且对任意顶点，顶点对弧的负荷有如下关系：

式中：dm为假定正方向指向顶点i的弧的始点；kj为假定正方向离开顶点i的弧的末点。

优选地，在顶点对弧的负荷关系中：当顶点i的度数为2时，顶点i对2条弧(d1，i)和(i，k1)的负荷相等，即li(d1，i)＝li(i，k1)；如果一个区域的所有端点都是开关并且没有内点，或者所有内点都是耦合点，则称该区域为最小配电区域，最小配电区域实际上是故障隔离的最小范围；当配电区域p为最小配电区域时，其对应的区域负荷分别为

式中顶点i为始点，顶点k1，...，kn为末点的最小配电区域的负荷l(i，kl，…，kn)定义为区域p内的供电负荷，o点为未知信息点。

优选地，将区域负荷进行归一化处理，则有

式中：l(i,k1,…,kn)为最小配电区域p的负荷；r(i,k1,…,kn)为p的额定负荷；若ln(i,k1,…,kn)大于100，则称区域p为过热区域，即故障区域。

优选地，在步骤3中，考虑馈线终端设备ftu上报信息不完备时的情况，本方法仍然可以正确定位，只是定位的区别会变大。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)与传统的过热弧搜索方法相比，本文所提方法的最小配电区域分离过程简单，占用的存储空间小；

(2)对含支接点的区域避免了多次重复判定过程，配电网中的多种特殊接线开关可以不加转换而直接应用本方法；

(3)本文方法可适用于故障信息不完备时的多电源并列供电配电网的故障定位，并且可精确衡量故障的程度；在多重故障同时发生时，可以选择优先处理更加严重的故障，以满足配电网故障隔离的实际要求。

附图说明

图1本发明的一种交流配电线路的故障定位方法流程图；

图2为本发明多电源并列供电配电网的拓扑结构图；

图3为本发明配电网对应的耗散网络图；

图4为本发明故障定位实际操作图；

图5为本发明顶点2处信息丢失时的耗散网络图；

图6为本发明最终的最小配电区域搜索结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

下面结合附图，对本发明作详细说明，图1为本发明一种交流配电线路的故障定位方法流程图，本发明提出了一种交流配电线路的故障定位方法，包括以下步骤：

步骤1、将配电网的开关和连接点看作顶点，馈线段看作弧，且弧的方向是线路上潮流的方向，可以将配电网映射为一个有向图；

步骤2、定义顶点的负荷为流经开关的负荷，弧的负荷为馈线段供出的负荷，就得到该配电网对应的变结构耗散网络。根据耗散网络的性质，可由顶点的负荷计算弧的负荷，并找出过热区域(即故障区域)；

步骤3、针对馈线测控终端故障信息少、不完备的情况给出了相应对策。

其中，在步骤1中，若该配电网仅由一个电源供电时，向全网供电的功率流出方向即为馈线的正方向；若该配电网由多个电源供电，则选取其中一个电源为参考，所选取的电源单独供电时的功率流出方向为馈线的正方向；故障发生后，当馈线终端设备ftu采集的负荷与网络正方向相同时，则上报正的负荷值，当馈线终端设备ftu采集的负荷与网络正方向相反时，则上报负的负荷值。

另外，在步骤2中，由顶点的负荷计算弧的负荷的具体公式为：

lij＝lii-ljj

式中lii、ljj分别为流经顶点i、j的负荷，lij为流过弧ij的负荷；且对任意顶点，顶点对弧的负荷有如下关系：

式中：dm为假定正方向指向顶点i的弧的始点；kj为假定正方向离开顶点i的弧的末点。

其中，在顶点对弧的负荷关系中：当顶点i的度数为2时，顶点i对2条弧(d1，i)和(i，k1)的负荷相等，即li(d1，i)＝li(i，k1)；如果一个区域的所有端点都是开关并且没有内点，或者所有内点都是耦合点，则称该区域为最小配电区域，最小配电区域实际上是故障隔离的最小范围；当配电区域p为最小配电区域时，其对应的区域负荷分别为

式中顶点i为始点，顶点k1，...，kn为末点的最小配电区域的负荷l(i，kl，…，kn)定义为区域p内的供电负荷，o点为未知信息点。

另外，将区域负荷进行归一化处理，则有

式中：l(i,k1,…,kn)为最小配电区域p的负荷；r(i,k1,…,kn)为p的额定负荷；若ln(i,k1,…,kn)大于100，则称区域p为过热区域，即故障区域。

其中，在步骤3中，考虑馈线终端设备ftu上报信息不完备时的情况，本方法仍然可以正确定位，只是定位的区别会变大。

图2为多电源并列供电配电网的拓扑结构图，图中的节点为断路器、分段开关、联络开关，其中节点9为特殊开关。假定以母线a为供电端时的功率流出方向为网络正方向，则存在分别以顶点1和2为始点和末点的弧(1,2)。故障发生后，当ftu采集的负荷与网络正方向相同(反)时，则上报正(负)的负荷值。

图3为配电网对应的耗散网络图。其中，顶点1对弧(1,2)的负荷为186；顶点3处没有开关，为耦合点，顶点3对相关弧的负荷不能确定；顶点9为特殊开关，其对弧(9,10)的负荷为l9(9,10)＝103，对弧(9,11)的负荷为l9(9,11)＝-168，由公式可知顶点9对弧(8,9)的负荷为l9(8,9)＝l9(9,11)+l9(9,10)＝(-168)+103＝-65。由上述过程可知，顶点负荷的概念不能表征顶点9处的负荷信息，而顶点对弧的负荷更能准确地描述ftu采集的负荷信息。

图4为故障定位实际操作图，其中过热区域识别的3个步骤在实际操作时归结为分离最小配电区域和过热区域识别2个步骤。依次以各非耦合点为始点，执行宽度优先搜索，直至搜索到的末端均为开关顶点。由于配电网中环路极少，因此宽度优先搜索方法的适应性好，效率较高。如图3所示，假设各条弧的额定负荷均为l0。首先以顶点1为始点搜索到顶点2，由于顶点2为开关顶点，以顶点1为始点的最小配电区域搜索完毕，区域额定负荷为r(1,2)＝10。然后以顶点2为始点搜索到顶点3，由于顶点3为耦合点，因此继续搜索到开关顶点4和5，以顶点2为始点的最小配电区域搜索完毕，区域额定负荷为r(2,4,5)＝10+10+10＝30。顶点3为耦合点，因此不以其为始点搜索。最后以顶点8为始点搜索到顶点9，由于顶点9为开关顶点，以顶点8为始点的最小配电区域搜索完毕，区域额定负荷为r(8,9)＝10。表1为最终的最小配电区域搜索结果。

在以上搜索过程中，区域额定负荷已经计算完毕。对于每个最小配电区域，根据其端点信息计算对应的区域负荷，详细计算过程见表1。然后，由公式

计算各最小配电区域的归一化负荷，将过热区域列为故障区域即可。以图3为例，以顶点2,4和5为端点的区域归一化负荷为

由于ln(2,4,5)>100，可见该区域为过热区域，同理可得对比发现，以顶点2，4和5为端点的区域内故障更严重，需要优先处理。

图5为顶点2处信息丢失时的耗散网络图，由于ftu处于户外，运行条件恶劣，极可能出现信息丢失的情况，此时可见顶点2看为耦合点，以顶点1,4和5为端点的区域为最小配电区域，且区域额定负荷r(1,4,5)＝40，区域负荷l(1,4,5)＝l1(1,2)-l4(3,4)-l5(3,5)＝186-(-138)-3＝321，最终可判定故障发生在顶点1,4和5之间。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。