配网故障诊断分析及恢复方法

配网故障诊断分析及恢复方法

李景华,张刚,郭昌林,张鹏

国网山东省电力公司临沂供电公司  山东临沂  276000

摘要：在现代配电自动化系统中，配电网分布广泛，复杂的运行过程对电网的稳定性有很大的贡献。配电网在供电系统中起着非常重要的作用，这取决于供电的稳定性。如果出现故障，电力质量将受到负面影响，降低人们的生活质量，阻碍社会经济发展。如何正确地检测配电线路的故障，并随着时间的推移解决这一问题，是电力企业必须考虑的问题。在此基础上，本文分析了配电网故障故障诊断分析及恢复方法，以供相关专业人员参考。

关键词：配网运行；故障诊断；恢复方法；定位

引言

目前，随着社会经济的不断发展，人们的用电需求不断提高，配电网供电质量也在不断提高。不过，早前投入营运的配电系统仍受内外因素影响。因此，必须准确、快速地对配电网进行定位、隔离和故障排除，尽快恢复供电，避免经济损失和对居民用电的影响。有鉴于此，随着科技的飞速发展，电力领域的自动化和网络技术不断更新，可以快速发现故障，特别是GPS、GIS和RS的联合应用，能够自动定位故障并传输相关信息，并通过远程控制分离故障。例如，在馈线自动分接系统中，也起到了保证稳定供电的作用。因此，研究配电网故障诊断方法是必要和迫切的。

1.概述

在电力系统中，配电网可以描述为直接或在二次变电站降压后为用户供电网络的一部分。一般来说，配电网是指由配电站、架空线路、电缆等组成的配电系统。特别是中性点接地有效地发挥了系统运行、隔离和继电保护的功能。在电力系统中，可分为高效中性点接地系统和低效中性点接地系统。然而，在电力系统中，标准并不统一，需要进行综合评估才能获得结果。有小电流接地系统，能为各方面提供可靠保障。由于近年来配电网自动化的不断发展，配电网的现代化工作得到加强。但在庞大的电力供应系统中，如果不能及时发现和排除故障，不但会带来危险，而且会对用户造成相当大的不便。由于电力部门技术的现代化发展，自动化和网络控制技术也得到了更新，从而大大提高了综合技术的应用效率。例如，通过GPS、GIS和RS的联合应用，可以实现有效的定位、信息传输和远程控制。在建立馈线自动分离系统方面取得了重大进展，特别是在我国南部的一些城市，这为配电网的现代化提供了新的机遇和动力。并且更好地定位故障。该系统对进一步实现配电网综合自动化具有重要意义，值得进一步深入研究。

2.配网自动化系统的基本功能

配网自动化系统在网络建设和自动化系统建设中发挥着重要作用。因此，在设计网络时必须考虑实际的技术条件，以确保其科学有效性，从而保证配电系统的质量。这也可透过提高系统自动化网络的质量，提高电压，从而透过最大限度地利用资源，尽量减少计划及保障方面的问题，大大减低电力故障的风险。为了加强故障诊断分析的能力，必须通过自动化系统进行实时控制。自动化网络系统是一种高效稳定的方法，可以采集不同路径段的数据，并根据采集到的数据进行有效的控制。

3.配电线路常见故障

配电系统主要用于农村地区。为降低电力建设成本和后续建设难度，大多提前进行架空敷设，也影响配电系统的安全运行。由于许多输电线路高度较低，周边人员容易破坏电路。另外，天气因素也在一定程度上影响电网运行的可靠性，因此故障率较高。

3.1季节性故障

室外露天配电架空线路天气防护水平低，不能长期受雷电、暴雨、强风等极端天气事件的影响。在这种情况下，输电线路老化的过程将会加快，发生故障的可能性也会增加。天气引起的故障主要是绝缘子闪电、线路断裂、避雷针损坏、变压器燃烧等造成的。还有更换旧绝缘子延迟的原因，避雷针不符合保护要求，配电站接地装置未更换或修复，地下连接件腐蚀严重，接地电阻不符合结构要求，放电功率大，雷电不能及时有效地传输到地面，存在局部残余电压。

3.2设备故障

装置引起的配电网故障主要是由于配电变压器或开关保护柜出现问题、架空线路绝缘子损坏、避雷针脱落安全或杆上断路器质量不符合设计要求所致。如果不及时更换新的，电线故障可能会导致大面积断电。主要是变压器和开关本身的故障，以及由于电弧短路、绝缘电阻不足、跳线燃烧等原因。从较分支的主配电线路、复杂的分路线路运行，往往导致继电器断开，配电网故障变大。

3.3用户设备故障

用户造成的配电线路故障更为频繁，因为住宅中的所有线路都由私人运营，其中许多线路缺乏适当的保护、维护和控制。较旧的电力设施仍在使用，无法适应主要电网的现代化进程，这对居民电力安全构成严重威胁。同时，存在电力管理出现故障、电站运行条件不符合要求的情况，可能导致停电。

3.4管理不当引起的故障

许多欠发达地区的配电线路管理存在很多问题，如地方电力管理部门管理不善，人员训练不精、操作不严，配电线路控制维护系统运转不及时、故障排除不到位，供电恢复较慢、没有实施运营商认证制度等。由于配电方案是直接通向用户的关键环节，线路情况复杂，开始时没有统一的铺设方案，在周期结束时进一步增加功率可能会使电路复杂化。电力管理缺乏对电杆碰撞、输电线路接触等设备的科学知识，导致短路、安全无扩散、抗破坏和设备盗窃，缺乏提高配电线路故障率的动力。

4.配网自动化系统中线路故障快速定位方法

4.1重合器以及分段器进行故障定位的方法研究

配电网发生开环或径向故障时，组合和分段原理比较简单，不需要手动控制。例如，安装在配电网中的配电装置，如果在检测过程中发现电流故障，很容易导致自动断开，但过一段时间就会自动重合。如果分段隔离开关未能完成预期的操作次数，故障将迅速排除，重新接通需要在断开模式下稳定。而在一段时间后，将恢复到原来计划的状态，然后就有可能为下一次的失败做好充分的准备。然而，这种方式对设备来说要求非常高，必须有变电站的分段重合器，在发生故障时，及时发现并排除故障。这一过程主要通过在配电网中安装继电自动化和断路器来完成，其持续时间只有几毫秒。这种方法主要通过主从属通信网络或等效网络系统，可以有效地消除选择性故障缺陷，然后在多级解决的情况下，使配电网在故障地点附近断开连接。

4.2经验定位法

配电线路故障定位时，部分经验丰富的工作人员，结合配电线路运行情况，在分析确定线路故障的基础上，对可疑缺陷进行检测，即所谓经验定位方法。这种方法在传统模型中经常使用。然而，这种故障定位方法要求工作人员具备高度的专业精神和决策能力，并在收集相关信息方面投入大量人力物力，以确保故障定位的准确性。此外，这种对人工局部化的刚性依赖只确定故障的附近部位，不能精确地确定故障点，因此通常只在很小的范围内使用。如果线路位置的地质和气象条件复杂，很难发挥作用。由于定位不良，故障可能恶化，导致更严重的后果。

4.3低压脉冲行波方法

通过低压脉冲行波，调节配电线路的整体运行水平，从而获得有效的高层控制效果。根据配电线路故障的一般诊断，对配电线路进行合理的故障分析。在分析配电线路故障时，应用低脉冲行波法将脉冲电压输入被测电缆，确定故障点位置，分析了与脉冲干扰有关的阻塞因素。根据检测仪器的标准进行反向动作脉冲分析，测量脉冲故障点之间的距离，然后确定反向脉冲的故障判断。

4.4自动化故障检测及定位技术

目前故障检测和定位主要有四种技术手段：（1）通过在配线、分段、隔离开关等上安装故障检测和隔离。（2）继电器保护，故障定位。（3）使用指示器。（4）在每个分支线路上安装适当的保险丝。故障检测技术主要检测短路后的故障，所有具有故障电流特性的线路都会启动自动指示灯，这样故障发生后，故障点就决定了启动指示灯和非触发指示灯之间的区域。目前，基于故障信号的定位系统响应速度更快，能够快速定位故障，能够满足智能配电网的要求。在基于故障指针的故障定位系统中，故障定位算法也非常重要。目前采用了行波算法、神经网络算法、基于FTU的故障定位算法等方法。为了保证故障检测和定位技术的正常运行，还需要保证即时通信技术保证信息传输过程。目前的主要解决方案是在故障指示器和数据收集器之间只做一个地址，这样就更容易找到故障。

5.配电系统故障诊断的技术和方法

5.1基于专家系统的诊断方法

专家系统使用专家推理方法的计算机模型来解决问题并得到广泛应用。当前的专家系统在诊断电力系统故障方面相对成功。根据故障诊断的知识表示和使用的推理策略，专家系统主要有两种类型。第一，基于启发式规则推理的系统。该类系统将保护和断路器的行为逻辑和操作人员的诊断经验表达为规则，形成故障诊断专家系统的知识库，并将利用数据驱动的前向推理得到的征兆与规则中的规则进行比较，得出故障诊断结论。现如今的大多数故障排除都属于这一类。第二，正负推理相结合的系统。该类系统结合了正向和反向混合推理方法，根据断路器与继电保护和保护设备之间的逻辑关系建立推理规则，同时采用反向推理，有效缩小了可能的故障范围，并根据继电保护配合故障假设运行的符合程度来计算可靠性。基于专家系统的诊断方法的主要特点是保护、断路器的动作逻辑和操作人员的诊断经验可以很容易地表达为规则，更适合中小型配电系统和变电站的故障排除。

5.2基于人工神经网络的诊断方法

与专家系统相比，基于人工神经网络的缺陷诊断方法具有优异的鲁棒性、强容错性和优异的学习能力。目前用于诊断电力系统故障的人工神经网络包括基于BP算法的前向神经网络和基于径向基函数的神经网络。基于人工神经网络的诊断方法的主要特点是避免了专家系统故障诊断所面临的构建知识库的困难，并且不需要构建推理。由于人工神经网络训练很难获得完整的样本集，该方法目前仅适用于中小型配电系统的故障诊断。、

5.3基于优化技术的诊断方法

基于优化方法的诊断方法是一种基于数学模型的求解方法，用于找到问题的最优解。基于优化技术的诊断方法的主要特点是诊断模型在理论上是严谨的，并且可以在不引入启发式知识的情况下使用现有算法来实现。所需信息比较完整，比较适合配电系统的故障诊断。

5.4基于Petri 网络的诊断方法

Petri 网络基于有向图组合模型的构建，以形成严格定义的数学对象，这些对象可以通过矩形运算来描述。 Petri 网络是建模和分析单个事件动态系统的理想工具。电力系统故障的发生属于离散事件的动态系统，故障表现为电网各级电压变化和各级保护措施，消除故障的过程被认为是一个系列活动连接在一起。从描述电力系统故障动态过程的可能性的角度来看，Petri网络可用于构建电力系统诊断模型。基于Petri网络的诊断方法的主要特点是可以定性和定量地分析同时发生、顺序发生或周期性发生的故障的演变过程，更适用于变电站的故障诊断。

6.配网自动化系统中线路故障处理措施

6.1多级保护配合

目前绝大多数配电线路半径大、节数少，出现故障时导致不同段的电流值存在显著差异。有鉴于此，差分校正和电流校正可用于多级保护协调。如果上述问题具有相反的性质，也就是说，供电半径长且分段数量多的情况，分阶段设置的不同线段的电流值不会有明显的差异。在这种情况下，为了达到高质量的相互作用，需要采取适当的保护措施，并随着时间的推移进行协调，以便准确地确定问题的发生点并最大限度地孤立问题。

6.2自然因素的故障处理措施

由于目前配电线路故障，对自然环境影响很大。电力企业在日常运行和维护过程中，应当采取相应的预防措施以及防冻防雷措施。详细情况可以从以下几点开始：首先，要完善避雷针的一些关键线路，避雷针有效控制雷电过电压幅值，吸收雷电瞬间冲击释放的能量，保护导体，节约能源。其次，应重点检查线路中绝缘子的质量。如发现绝缘子损坏或破裂，应及时更换，以确保其良好的耐雷性。最后，维修人员应定期检查接地网络的运作情况，确保其稳定运作，维修人员应提高对天气事件的敏感度，并采取有效的预防措施。此外，在某些有条件的地区，可以使用架空线。这类措施可以将雷电过电压转换为电流，在接地电阻中释放，在雷击中缓冲大量电压，起到保护电路的作用。

6.3配网故障自动隔离系统

故障检测的及时性和有效性是自动化后配电网的主要优势，避免了传统时期人工检索耗时长、浪费等问题。从分析其特点来看，这种自动配电网是大规模投资的，但在长期效益和效果方面具有较大价值。自动故障定位可及时公开，多保护装置可较好地评定故障。配电网继电保护与配电自动化相结合，故障定位方法的选择使其更加及时有效，断电后可进行隔离，大大减少了故障带来的不便。从结构上看，自动馈电开关的主要结构是在线路上安装自动负载开关，以及在馈电式自动负载开关与变电站之间或两者之间安装临时保护开关。在故障隔离过程中，先断开断路器，5秒钟后输出断路器将再次断开，从而使电源在线路的前端。然后在21秒后，即在重新开机时充电时间15秒，提供足够的时间进行第二次断开永久性故障，可以推迟第一次和自动开机。两个断路器断开后，在断开模式下被锁定。

结论

综上所述，随着社会经济的发展，人们在物质需求和精神价值两方面都在不断地适应和变化。因此，要与时俱进，适应时代，运用新技术，提高配电网诊断定位，及时恢复供电，带动配电自动化发展，从而提高配电网整体水平，推动我国配电网进一步深化改造，减少因电网故障发生的安全事故，防止和消除缺陷。

参考文献

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