配电网故障管理系统

引言

短路、接地等故障中通常含有大量故障信息，利用它们就能进行故障定位、故障隔离和恢复供电等分析工作，而从提高供电可靠性、供电质量，在配电网中故障管理的主要功能是减少停电时间。

2 故障定位

(1) 故障指示器。故障指示器的种类很多，限于篇幅，本文以短路故障指示器为例。当配电网发生短路故障时，如果不能立刻隔离故障，将会产生巨大的短路电流，这对电力设备的损害是非常巨大的，因此在电力网上安装用于检测故障以及分离故障的保护装置。对于配电网来说，通常这种设备安装在馈线线端上，如果在某根馈线上发生故障，该馈线将会从网络上分离开。为了更好地进行设备和网络保护，其关键技术就是故障准确定位技术。 短路指示器主要用于放射或开环运行的中压电网，以查找故障位置，可安装在需要监测的载流导体，如母线、电缆或架空线上。电流流过导体时磁场会触发短路指示器。当电流超过指示器的额定限值时，将产生一个光的或电子的信号，通过已触发的短路指示器可以指示从馈线首端到故障地点短路电流的方向。

当前市场上故障指示器的主要问题是缺少指向功能，而指向功能对于补偿网络的接地故障情况是相当重要的，在分散发电的网络中出现两相或三相故障时也需要指向功能。开发指向故障指示器的瓶颈是对电压的测量，所使用技术的费用应低于当前特别是在高压、中压变电所中使用的感应式电压互感器的费用，解决方案是基于电阻、电容或电感原理的分压器。

(2) 故障距离计算技术。特别是在农村和郊区电网，线路距离较长，对故障指示一个非常好的补充就是故障距离计算，在短路故障的情况下，可以通过距离继电器来估计距离。另一种解决的办法是利用故障电流测量，通过比较测量的故障电流和网络计算的结果来估计距离。

①采用距离继电器的故障距离计算。该方法的基础是一个中压网的分析模型，每一馈线分为若干段，段的划分在物理上利用中压站和分支点来确定。段的长度在50～500m 之间。一个标准的电力系统分析软件用这一网络模型自动对每段进行离线短路计算。短路计算每年修正一次。计算结果为每一馈线的静态电抗，包括每段起始点和终端点的故障电抗以及相应站或分支点的完整名称。

如果出现故障，遥测故障电抗自动从SCADA 系统传输到PC 或SCADA 计算机上的选择程序中，以选出相应的段。这里没有在线分析计算故障定位，只是对故障段的选择。可能的故障段以一个小表格(1～5个段) 显示在屏幕上提交给运行人员。

②故障电流测量的短路故障定位。现代化的短路故障定位系统基于配电数据管理系统(DMS) 、变电所遥控系统(SCADA)和继电保护的集成。主要思想是对测量的和计算的故障电流进行比较。计算是在线式的，并假定网络拓扑在故障出现时不变，由此获得故障点到变电所的

估计距离，然后将此距离与网络图进行比较，并以图形的方式在DMS 系统的配电网络图中显示出可能的故障地点。

3 故障隔离与供电恢复

(1) 确定开关位置。故障定位目标是将故障或者可疑线路与无故障发生的线路分离开，保证其他线路的持续供电，通常的做法是逐步减少连接在故障或者可能发生故障的线路上的运行正常的设备数量。但这种算法的前提，是假定在没有恢复供电的区域中所有的开关设备都是断开的，并且这些开关至少有一端是与没有发生故障的区域相连接的。其计算过程分为两步：首先只根据能进行远程控制的开关状态进行网络拓扑分析；然后，再根据所有开关(可远程控制和手动控制开关) 的状态进行网络拓扑分析。

根据两次所得到的网络拓扑分析结果，以及前面所假定的所有开关状态，就能将故障或者可能有故障发生的区域从无故障区域隔离出来。这样，改变选出的开关状态即能作为故障隔离的方案。

(2)供电恢复算法。根据故障隔离分析的结果，在需要恢复供电的区域中设备与开关之间，由边界开关构成了一条最短供电路径。还须定义在供电路径中包含至少一个断路器，这样规定是很有用的，因为只有断路器才能在有负荷时进行操作，而隔离开关只能在无负荷时进行操作。

所有属于被选定供电线路上的以及那些在模拟分析中保持开路状态的开关都作为在恢复供电的方案。这些开关是这样的方式被存储的，首先按照隔离开关的拓扑逻辑顺序，接着按照断路器的拓扑逻辑顺序。

4 电网故障管理系统

采用电网故障管理信息系统，可大大提高目前电网故障管理的自动化水平，它利用现有通信线路将主干电网上有关设备的参数和数据传往主站计算机上。当发生故障时主站计算机立刻对这些数据进行分析和处理并自动报警。通过Web 浏览器，可以对故障数据和分析结果进行浏览和查询，这样大大提高了上级管理部门对电网故障的监控能力。该系统应能完成参数数据录入和查询参数数据，这也是数据库操作人员需要的基本功能。

5 结论

对于永久性故障的定位，存在着两种不同的方法，也就是故障指示器和故障距离计算。

故障距离计算采用了两种不同的技术，通过对测量电流与计算电流的比较，获得对故障线路段的大致估算。另一种方法是使用阻抗继电器。

在供电恢复方面有两条发展路线：一条是全面自动化开关系统；另一条发展路线是辅助软件。这种发展路线看起来在今后会更加流行。