基于负序电压的配电网故障定位方法

结合我国配电网的实际情况，文章提出一种能够确定配电网故障点确切位置的实用方法，此方法通过比较各节点负序电压确定故障区段，并将故障区段始端负序电压与本线路始端和末端短路时的故障负序电压进行运算得出故障点距离。此方法适用于配电网的各种短路故障的定位，并可应用于故障的自动在线检测。

0 引言
提高供电可靠性是供电企业一项基本任务，也是一项常规任务。供电可靠性不仅涉及到供电企业本身的经济效益，更涉及到用户的经济利益。随着电力市场化程度和人民生活水平的提高，供电可靠性越来越受到人们的关注。据统计，电力用户遭受的停电事故95％以上是由配电网引起的(扣除发电不足因素)，其中大部分是故障原因。我国配电网停电的主要原因有限电(电源不足或线路过负荷)、计划检修、事故检修、市政建设等。随着电力供需关系的缓和以及城网改造和建设的深入，备用容量和线路增多，限电和计划检修造成的停电时间都大幅度减少，故障检修停电逐步成为影响供电可靠性的主要因素。当前的城网改造采用了线路自动分段器，当发生永久性故障时可以隔离出故障线路区段，减少停电范围，但检修时还是要根据经验判断故障点的准确位置。在故障段内有很多分支和配电变压器，要查找故障点位置需要较长时间。配电网与输电网有很大的不同，很多输电网成熟的技术并不适用于配电线路。
目前针对配电线路的实用故障诊断方法仍很匮乏。故障距离的计算一般是根据短路的特点及边界条件，利用首端开关采集到的三相电流、三相电压及线路参数来计算故障点到首端开关的距离。由于配电线路较短，线路阻抗较小，阻抗计算误差较大。本文结合我国配电网的实际情况，采用比较各节点电压确定故障区段，然后将故障区段始端故障电压与本线路末端短路时的故障电压对比，从而能够找出故障点的确切位置。

1 相间短路故障定位原理
以BC相问短路为例，如图1。

首先对各个节点相间电压进行排序，最终确定负序电压BC相间电压最高点m，即
max(Ul2)=Ui2≠0 (1)
而m点之后的某节点n，BC相间电压为零，
即Uj≠0
其中，Ul为第1节点相间电压；
那么可以确定，此时相问短路故障发生在支路ij上。然后确定短路点距离f节点的距离。由于配电线路长度较短，所以配电线路的阻抗相对较小，分段器之间负荷分支又很多，很难做到精确的定位，本文提出一种负序电压比对的方法，避免了上述问题，取得相当不错的效果，能够给出较为准确的距离定位。

首先进行离线的短路计算，计算出各节点短路时，其本身和上游节点的短路负序电压。
考虑到10kV线路节点之间的长度较短，计算中采用的是进一步简化了的：II型电路，即忽略了对地导纳，只计及导线的阻抗。

其中：EM2为线路始端各相负序电压；Uj2为j节点的各相负序电压；
ZM2为线路始端与节点i间的等效负序阻抗矩阵；
Eij2为节点i、j间的等效负序阻抗矩阵；

这样，只需比较短路时实测m节点的电压与线路末端短路m节点电压的理论值，即可求得短路的位置。

2 单相接地短路故障定位原理
同两相短路一样，发生单相接地故障时，接地相电压也会在一定程度上衰减，对接地短路采用同样的方法可以确定接地故障的支路ij，然后确定短路点距离i节点的距离。
以A相发生接地故障为例，进行离线的短路计算，计算出各节点短路时，其上游节点的短路电压。若节点j点短路，则同样有式(5)，将边界条件：

由式(17)可以看出，单相接地短路与两相短路一样，同样得到式(15)的结论。

3 误差分析
此方法的误差主要由假设，即假设线路始端电压不变引起。
下面以BC相间短路对这两个假设引起的误差进行分析。

由式(19)可知，当线路始端电压衰减程度一定时，线路始端到节点i的阻抗值越大则误差越大，短路点越接近i点则误差越小；当线路始端到短路点的阻抗值一定时，始端电压衰减越多则误差越小；由于线路越长的差值就越小，而线路越短计算误差就越小，由此可见，无论线路长短该方法均能收到较好的效果。

4 总结
本文结合我国配电网的实际情况，提出首先采用比较各节点电压确定故障区段，然后将故障区段始端故障负序电压与本线路始端和末端短路时的负序电压进行运算，从而能够找出故障点的确切位置。本方法简单实用，在故障发生时仅需作出对比判断，大大节省了计算时间，误差分析表明本方法有较高的准确度。