毕业论文-配电网故障定位技术的研究.doc

. . 山东农业大学毕 业 论 文配电网故障定位技术的研究 院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化5班 届 次 2015届 学生姓名 学 号 指导教师 二一五年六月一日装订线. . . 目 录摘要IAbstractII引言11故障定位技术现状及分析2 1.1 现有定位方法概况2 1.2 存在的问题3 1.3 本文的主要工作32 配电网短路故障定位方法分析4 2.1 配电网特点4 2.2 配电网故障定位方法综合分析6 2.2.1 行波法7 2.2.2 阻抗法8 2.2.3 基于配电网自动化系统的定位方法8 2.3配电网短路故障定位方法的研究策略10 2.4 本章小结113 配电网区段短路故障定位方案11 3.1 基于故障指示器的区段定位11 3.2 主干线故障定位12 3.3 分支线故障定位124 配电网精确测距公式推理13 4.1 对称分量法13 4.2 金属性短路故障分析及测距原理算法14 4.3 非金属性短路故障分析及测距算法17 4.4 小结205 总结20参考文献21致谢22iContentsAbstractIIntroduction11 Situation analysis of fault location technology2 1.1 The existing positioning method 2 1.2 The problems existing in the3 1.3 The main work of this article32 Short circuit fault location methods to analyze the distribution network 4 2.1 Distribution network characteristics 4 2.2 Comprehensive analysis of distribution network fault location method 6 2.2.1 Traveling wave method7 2.2.2 Impedance method8 2.2.3 Methods based on distribution netword automation system8 2.3 Research strategies of distribution network fault location method 10 2.4 The summary of this chapter113 Distribution extents short-circuit fault location principle11 3.1 Based on the fault indicator located in the section11 3.2 The main fault location12 3.3 A branch line fault location 124 Distribution network impedance method precise distance measurement 13 4.1 Symmetrical components method13 4.2 Anailsis and rnging algorithm of metallic short-circuit fault14 4.3 Analysis and ranging algorithm of Non-metallic short-circuit fault17 4.4 Smmary205 Conclusion20References21Acknowledgements22ii配电网故障定位技术的研究谷少侠（山东农业大学 机械与电子工程学院 泰安271018）摘要：配电网故障定位技术，对于加快故障处理及时恢复供电，减少因故障损失，具有十分重要的现实意义。限于配电网馈线的复杂性以及监控点设置数量较少，目前配网的故障定位技术只能进行区段定位，即可以确定故障发生哪两个区段开关之间，但无法确定精确的故障点的准确位置。本文提出一种可用于配网馈线精确故障定位技术的新方法。该方法基于配网自动化系统与技术，在故障指示器信息、站内故障录波信息、馈线各分段处FTU的故障录波信息等综合信息的基础上，运用阻抗法测距原理完成对故障点的精确定位。 馈线各个分支均安装有故障指示器，分段开关处安装FTU记录故障信息，各分支线路也安装故障指示器，可根据以上设备在故障时的信息准确确定故障区段以及故障回路；再利用站内故障录波数据信息以及各分段开关处FTU故障录波信息，计算故障后电压及电流向量，最后根据阻抗法原理，结合对称分量法，可以建立关于故障点位置(故障距离)的方程式组，进而推导出配网短路故障点的精确定位算法的公式。关键词：配电网 故障定位 相间短路 故障指示器 阻抗法IThe Research on Fault Location in Distribution NetworkGu Shaoxia(Mechanical & Electrical Engineering College of Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271018)Abstract Precise distribution network fault location technology has an important practical significance for speeding up power supply processing and recovery speed, and reducing power losses caused by failure. Because of the complexity of distribution feeders and limitations of monitoring points, the current distribution network fault location can only be implemented in section targeting, which means it can only determine the fault point between two section switches instead of determining the accurate fault location.This paper proposes a technical to achieve distribution lines fault location. This method combines the current distribution automation systems and technology, based on fault indicator information, station fault recorder information,feeders each segment of the fault recording information and comprehensive information to achieve precise position of failure point with impedance ranging principle.Under the premise that fault indicators have been installed on every branch of feeder,according to the message recorded by FTU installed on every section switch and the message recorded by fault indicators installed on each branch line, can determine the fault section and the fault circuit; Using the fault wave record data of station and the fault wave record message of FTU installed on each section switch ,calculate the vector of voltage and current after failure, according to the principle of impedance method, equation group about fault point location (fault distance)can be built by utilizing symmetrical component method,thus can deduce accurate positioning algorithm formula about short-circuit fault of distribution network.Keywords:distribution network; fault location; inter phase short; fault indicator; impedance methodII引言 配电网是电力系统的重要组成部分，主要用于分配电能，同时也也是其面向用户的最后环节。配电网的安全稳定运行与用户的切身利益息息相关。但是在各种条件复杂因素下，电网不可避免会发生一些影响正常安全运行的故障。有关资料显示，80%以上的停电事故跟配电网有关，这其中我国占30%左右，发达国家故障停电事故故50%以上。在这些常发故障中，短路故障是最主要的配电网故障1。 目前针对不同的短路原因，相应的有不同的短路故障类型及定位方法。相间短路是配电网故障类型中一种较为常见的故障类型。短路故障发生时很有可能出现停电事故，导致一切用配电装置均不能够继续正常工作。因为配电网直接面向千家万户，所以任何重大故障的出现都会降低供电可靠性和安全性，产生不良社会影响。一但电网不可避免地出现故障，应快速、准确定位故障点并及时排除故障恢复供电，这对保持系统正常运行具有十分重要的意义。要达到以上目的，最重要的就是如何迅速并精准地找到故障点，即故障定位2,3。 现在对于单相接地的故障定位技术的研究比较火，因为单相接地故障是电力系统中最常见的故障，但是对于故障频率不高的相间短路故障定位技术的研究相对较少。与单相接地故障相比，相间短路故障发生的频率虽然没有前者高，但其造成的后果却十分严重。短路后故障电流往往是负荷电流的很多倍，对于靠近发电端的相间短路故障电流可能是负荷电流的几十倍，这会对电网产生非常大的冲击，若不能及时定位并排除故障，将造成严重的经济损失。所以，针对配电网相间短路故障定位技术的研究仍具有十分现实且重大的意义。 目前，输电网各种故障定位技术已经十分成熟，相关的研究成果也已经大规模的应用于实践。但是配电网与输电网存在明显差异，它的拓扑结构更加复杂，节点和支路也更多，更重要的是配电线路广泛分布于城市乡村之间并直接连通用户，测量点数量少，获取故障信息难度大，配电网的这些特点给故障定位带来了很大的困难，输电网故障的故障定位方法只能起借鉴作用，而不能用来实际操作。因此，必须根据配电网特有的分支多、拓扑结构复杂、负载情况各异等特点，研究更有效地可行的方法，及时、准确地定位故障点。 近年来，配电网自动化技术发展迅速，电网管理与运行日趋自动化和智能化，数据采集监控系统(SCADA)己被广泛应用于电力系统之中，具备数据采集和执行遥控功能的监控终端设备FTU也大量应用于配电网络。一旦发生故障，配电主站可经SCADA系统接收到故障信息，并通过一定的分析处理就可以判定故障区段。 但是目前配网故障定位技术只能确定故障发生区间，即确定故障位于哪两个分段区间之间，而对于进一步故障定位，找出具体故障点，并没有一种很好的方法。随着配电网自动化技术的发展及在配电网中的广泛运用，为配电网精确故障定位提供了有利的技术支持。因此，在配电网自动化系统背景下，越来越多的人重新开始研究配电网短路故障精确定位技术方法。1故障定位技术现状及分析1.1 现有定位方法概况 配电网的故障处理是配电网自动化的核心问题，而配电网结构复杂，故障类型繁多，按照不同的分类方法可分为永久性故障与瞬时性故障，单相接地故障、两相短路故障和三相短路故障，用户故障、分支线故障和主干线故障，馈线故障和中压母线故障，还有造成配电网大面积停电的灾害性故障。无论是哪种故障其首要任务都是故障定位4。 配电网故障定位技术多都是借鉴输电网故障定位技术，主要是针对短路故障进行故障定位。配电网的复杂性决定了其的故障处理具有一定困难性：配电网开关级联个数及分支多，条件复杂，设备分散；多并且多采用小电流接地方式，增加了故障定位的难度。 近年来，经过广大电力工作者的不断地研究，在配电网的故障定位技术方面已经取得了一定的成果。按照不同的故障类型，配电网的故障定位可以大体分为以及两种：第一种是主要是对单相接地故障的定位与测距，另外的一种是对非单相接地故障的进行故障定位与测距。单相接地故障是配电网中最常见的故障之一，对该种故障进行故障定位与精确测距是当今研究的一个主要热点和难点之一，因为配电网特有的结构复杂并且多分支、接地电流难以准确测定更重要的是，故障定位较易受接地电阻影响等多种因素的影响，在单相接地故障定位与测距方面目前没有形成有一种广泛适用行之有效的方法5,6。 目前国外的配电网广泛采用中性点直接接地的方式，所以其故障定位的研究成果仅仅只能用来借鉴而不能照搬全用。通常按照配电网故障定位的概念，故障定位技术设计有两大步骤：故障区段定位及故障距离精确测距，而涉及单相接地故障时还要包括故障选线。最近几年，对于故障区段定位以及单相接地故障选线的问题已经取得了巨大成就。可对与故障精确测距这一研究仍然存在许多问题有待解决，特别是对配电网短路故障定位，配电网存在分支多、用户多、结构复杂等特点这就使得使得精确测距比输电网难度要大。 按照目前的研究成果，配电网存在不同类型的故障定位方法。首先依据所利用信号方式的差异，可将配电网故障定位分为主动式定位法以及被动式定位法，所谓的主动式定位法就是在故障线路施加一个信号，该信号常为一个可循迹的激励源，然后通过进一步搜寻信号踪迹来最终判定故障位置，被动式定位法不需要施加信号，充分利用故障前后配电网生成的的许多电气测量信息，然后对其进行一定的分析计算，最终推导出故障距离的精确公式：通常按照测量端数量的不同可分为以下几类：单端法、双端法以及多端法；依据测量时线路带电的情况，配电网故障定位方法又可有在线定位和离线定位两种方法；按照实现原理的不同，配电网故障定位方法可以分为阻抗法、行波法以及信号注入法7。 随着科学技数的不断发展和进步，配电网的自动化技术近年来进一步发展完善，借助于配电网自动化技术的故障定位方法被广泛应用。而通信技术的快速发展保证了配电网自动化技术的稳定性和可靠性，依托配电网自动化技术可以完成准确的故障区段定位，另一方面馈线故障信息能及时并准确地被记录下来，通过SCADA系统上传至主站系统，这样以来就主站能够得到足够的障前后电气量数据的变化，这就为下一步精确测距提供了有力的数据保障。 随着配电网的进一步复杂性的发展，对复杂配电网故障定位的研究也在不断进步。在故障定位时使用两种或多种不同原理的方法就能弥补使用单一方法带来的缺点，曾强故障定位的准确性与及时性。在配电网自动化系统与技术进行故障区段定位的基础上，对配电网短路故障探索，研究选用合理的测距方法，实现精确测距，将会是一个值得研究的热点。1.2 存在的问题 综合目前故障定位技术的研究，在现有配电网条件下，进行短路故障定位的研究还有以下问题需要解决： （1）目前配电网结构复杂，测量点数量有限，怎样在有限的测量点的情况下，利用有限故障的信息来准确进行故障定位； （2）当前配电网自动化水平不高，在实际配电网中并不能获得足够的故障信息，怎样在故障信息有限的的情况下，对配电网故障进行精确故障定位； （3）配电网面向复杂多样的用户，其负荷电流因负载情况不尽相同，对故障定位有很大影响，如何在多样的负荷电流下，对电网进行准确故障定位； （4）配电网结构复杂且分支众多，当出现故障时，常常不能准确判定故障分支，就很容易出现伪故障点，怎样在分支众多的情况下，准确测定故障位置； （5）发生短路故障时，往往存在短路电阻，怎样在不同的短路电阻情况下，有效提高测距精度，精确定位故障位置； （6）现有理论算法大都对实际情况进行了简化处理，忽略许多实际因素的影响，虽然这些算法理论上可行，但是如何具体应用到实际配电网中，有效提高定位精度。1.3 本文的主要工作配电网中最常见的故障类型为短路故障，发生故障后处理不及时，会对电力系统安全稳定运行产生很大危害。输电网故障定位技术十分成熟也有其优点，但在结构复杂的配电网故障定位中，需要考虑实际配电网的特点。本文通过对已有研究成果进行研究分析，主要针对两相短路研究配电网馈线精确故障定位技术，提出一种新型馈线精确故障定位的技术，该技术基于当前配网自动化系统与技术，充分利用站内故障录波信息、故障指示器信以及馈线各分段处FTU的故障录波信息等综合信息，运用阻抗法测距原理实现故障点的精确定位。 （1）分析目前故障定位研究的成果，提出实现配电网相间短路精确故障定位技术有待解决的问题； （2）通过分析阻抗法、行波法以及基于配电自动化系统的定位等不同方法，从相间短路故障定位的角度进一步对这些方法进行综合分析研究，提出适用于配网的故障定位的新方法； (3)研究配网馈线精确故障定位技术方法。第一步：根据各分段处FTU记录的故障信息结合各分支线的故障指示器指示的故障信息，判定故障出现的区段或分支；第二步：通过对称分量法来分析相间短路故障的特点，根据阻抗法原理，结合配电网的实际特点列出关于故障距离的方程式组，进最后推导出精确测距算法公式，进行故障定位。2 配电网短路故障定位方法分析 短路故障是配电网的常发故障类型，同时产生的危害也较大，能够及时准确地判定故障位置，对排除故障、加快供电恢复、提升供电稳定性具有重要意义。当前，针对短路故障定位技术，有多种不同的方法，其中很多在输电网中已经得到很好的运用。但是，配电网与输电网存在很大不同，完全按照输电网的故障定位方法显然是不合适的。本章根据现有配电网的特点，对当前短路故障定位方法进行综合分析，并提出适用于配网短路故障定位的新方法。2.1 配电网特点 无论是用哪种技术在研究配电网短路故障定位技术时，都必须要必须充分考虑到配电网不同于输电网的特点。配电网作为电力系统面向用电客户的终端环节，起连接系统和用户的桥梁作用，而用户的类型及负荷又是多种多样的，这些都也决定了配电网结构的复杂性。图2-1是一个典型的10KV配电网结构示意图。该图表示常见的手拉手式环网，采用双电源供电结构，在正常运行状态下联络开关常断，当两条线路中的任意一条发生故障时，分段开关动作隔离故障区段，同时联络开关动作合闸，启动另一个电源为其供电系统。10KW母线 母线闸刀侧 母线闸刀侧 出线开关 出线开关 出线刀闸 出线刀闸 大用户专用配变 分段开关分段开关 公用配变 小用户 联络开关 图2-1 典型配电网结构图 由图不难得出得出，在与输电网比较，配电网中分支多和负载情况也更加复杂，运行方式更是不尽相同。与输电网简单的结构相比，配电网具有以下更加复杂的特点： （1）随着技术的不多进步以及电网改造工作逐步开展，越来越多的新型线路在配电系统中得以广泛应用了，线路模式由传统的单一传输线变为混合线路模式，线路型号更是复杂多样，因此许多传统的针对均匀单一传输线的故障定位方法不再完全适用于新型配电网中； （2）配电网分分支众多，与高压输电网简单的“两点一线”相比结构更为复杂，运用传统输电网故障定位方法很容易产生伪故障分支和伪故障点，且极难排除，进一步增加了故障定位的难度； （3）配电网一般设计结构为辐射状、手拉手式环网(即通常所说的闭环结构)和树状多分支结构模式，大部分是开环运行，主要是单电源供电方式，如图2-2所示； 辐射状 树状 环装图2-2 配电网的集中典型结构 （4)配电网一般直接面向用户，因客户类型的不同，负荷情况十分复杂，因此实际情况中，一般只有母线端有单端测量数据的条件，而负荷侧一般不具备采集数据的条件； （5）配电网故障类型十分复杂，但是单相接地故障和相间短路故障作为线路常发故障占据了故障类型的大部分，这两种故障又是影响范围最大、出现频率最高的； （6）新能源的开发利用和大量分布式电源的接入，使得传统的配网网络结构和潮流分布变得更为复杂，这些在新形势下出现的一些新问题急需进一步研究解决，也是当前研究的热点； （7）配电线路与动辄成百上千公里的输电网线路不同，其线路一般比较短，所以对故障定位的精确度要求更高，定位难度相对更高。 配电网独特的特点决定了其故障定位的复杂性。因此，在现有的配电网条件下，针对短路故障进行故障定位时需要注意以下两个方面： (1) 配电网直接面向用电客户的终端网络，整个网络相对复杂，但是可布置的测量点却较少，一般只有供电端或变电所和部分分段开关处具备信息采集、数据处理和结果传送的条件。同时，有别于输电网的简单结构，配电网有大量的分支线路组成，并且实际线路地理条件更为复杂，在所有分支都安装测量点来实现数据采集是无法实现的。即便根据实际需要增添一些测量点，也必须要考虑经济成本的可行性，不可能设置太多测量点。鉴于以上限制，一经出现故障，首先需要确定故障点的大致位置，即是故障位于主干线还是分支线，若在主干线上则需进一步确定故障具体区段，若故障位于分支线，则需要先确定故障分支； （2）配电网结构复杂分支众多，一般供电单位并不严格要求必须通过数据采集和处理来把故障点的位置精确地确定下来。特别是配电网中有一些特别短的分支，这些分支线往往只为单一的用户供电，由于这一类分支线特别短，没有精确故障测距的必要，所以只需要确定故障是不是发生在该支路。对于这一类距离特别短且供电负荷单一的线路，完全没有精确测距的必要，只需确定故障是否在该线路，运行、维护人员就能方便排除故障。2.2 配电网故障定位方法综合分析 故障定位因分类方式的不同，有不同种类的分法。在电网故障定位中，主要应用的故障定位方法零序分量法、有阻抗法、行波法、信号注入法以及基于配网自动化系统的定位方法。 其中，零序分量法8是根据系统发生不对称故障(主要为接地故障)后，系统中会产生零序分量，这相当于在故障点注入一个零序电源，对零序分量进行特性分析，从而进行故障定位，这种方法主要针对单相接地故障有效。下一章的分析显示，当配电网发生相间短路故障后，系统中只存在正序分量和负序分量，而没有有零序分量。因此零序分量法不能应用于短路故障定位。 另外，故障发生时，经母线上对地回路的电压互感器注入特殊频率的信号，注入信号会通过接地点沿故障线路与地回路接通。使用信号探测器探测每一条线路，有注入信号流动的线路即为故障线路。选择故障线路之后，使用探测器沿线路进行搜索，根据信号跟踪原理定位故障点，这就是信号注入法9。由原理可以知道，信号注入法针对单相接地故障效果明显，但同样不适用于相间短路故障定位。目前，可适用于配电网相间短路故障定位的方法主要有行波法、阻抗法和基于配电网自动化系统的定位方法。下面从相间短路故障定位的角度，对这几种方法进行分析比较。2.2.1 行波法 入射波 折射波 1 2 Zc1 A Zc2 反射波图 2-3 行波原理图 行波法10是利用线路故障发生后的产生的行波进行故障测距的方法。按照行波理论，所有的短路故障发生时，一定会出现一个向线路两端行进的波信号，所以可以用在线路测量端收集到的该行波信号完成对各种类型短路故障的精确测距，如图2-3所示。行波法按测量端的多少可分为单端法和双端法。单端法即利用行波在阻抗不连续点会产生反射以及透射的特性，测量到来自故障点的反射波信号，通过进一步计算完成故障距里测定；而双端法则是利用故障行波以于光速的速度向线路两端行进的特点，可在路两端收集故障初始行波波头信号，通过行波到达线路两端的时间差来完成故障精确定位。通过故障产生的行波实现单端故障定位的方法被称为“A型行波定位法”；通过故障点产生的行波完成双端故障定位的方法被称为“B型行波定位法；而人工施加脉冲信号的方法被称为“C型行波定位法”11。 行波法测距法在输电网中已经得到大规模应用，故障定位效果较好，然而在配电网中实际应用行波理论存在巨大困难。因为配电网的结构比起输电网显然要复杂得多，更重要的是输电线研究的线路模型都是过于简单和理想化的，然而当实际线路中发生短路故障时，多种混合线路的接头处、主干线线路分支处以及负荷处全都是波阻抗的不连续点，这些大量的间断点都会产生波形的反射。这些反射波相互叠加更加混杂，几乎不可能区别开来，这就使波形的测量更加复杂，依照现在的技术，并没有开发出性价比合适的设备，这些都使得难以实现精准测距。2.2.2 阻抗法 阻抗法测距原理类似于电网距离保护的原理，都是利用故障后在故障回路中产生的电压电流信息，进行一定计算最终推导回路总阻抗，再用回路阻抗值再除以线路单位阻抗长度就能实现故障距离测定12。 依据测量端数量的多少，阻抗法又可大致分为单端测距法和双端测距法。 单端测距法就是只用输电线路单端电气测量的数据完成故障点的距离计算，这种方法实现简单，不用考虑信息同步，但测量距里与实际距离存在较大误差，要解决这个问题，文献13对以往的解微分方程算法进行了创新，其中保留了解微分方程法中简单实用、所需测量端少数据少的特点，同时解决了高电阻接地故障发生时测距误差过大的缺点。 双端测距法与单端测距法相比完全不受系统阻抗、故障电阻等因素的影响，测距结果精度较高。但用于配电网线路时，难以实现，且经济性不适用。在输电网中精确故障定位中，往往利用双端法进行故障定位。但配电网有别于输电网简单的结构，在使用双端法对故障定位时有许多问题有待解决且成本高。配电网的故障定位精确度较易受线路参数的影响，针对单侧电源配电网络进行研究，分析出了一种利用双端阻抗的故障测距方法，这种方法不受时钟同步的限制，在充分分析故障定位信息平台的基础上提出来的，利用在多分支配电网中的信息平台的基础上，整理出一组不带分支的配电网线路的单相接地故障测距方程组。此方法仅需要两步。第一步：在线路始端设置合适频率的正弦信号以及检测电阻；第二步：在系统达到稳态后，测量线路始端和末端的条件以及一些必要的电气量。这样就可以对所有类型的故障全部根据对称分量法分析得到正序分量，由正序分量的特征进一步推导得出出故障测距方程。这种测距方法一方面能克服行波法中的定位死区，另一方面定位准确可靠，即使在线路参数不够准确或者信息不同步的情况下也不会受到影响。对于相间短路故障得精确定位，阻抗法依然具有较好的适用性，鉴于目前配电网复杂多样的实际情况，文献14研究出了一种可以实现精确故障定位的新方法，可以用于配电网中，该算法通过提取故障后负荷电流和电压的各序分量，在结合故障前后线路中电流的变化量，经过数学处理后，建立了故障前后关于线路电压以及电流的线性方程组，通过数据处理解方程求得故障距离。这种方法的特点是能较好的在配电网短路故障定位中应用，并且能自动检测故障。2.2.3 基于配电网自动化系统的定位方法 在配电网中，目前很多方法都能实现区段定位，并且具有很高的自动化，但无论是哪种方法都主要借助两种设配，即分段器、自动重合器以及FTU，前两种设备相互配合，充分利用其具有的自动化的特性，相互配合最终达到故障定位与自动隔离的效果，另一种方法要充分利用FTU，FTU能在故障出现时及时记录故障信息并通过信息通道上传给总站，这种方法经过实践证明效果理想，已经被广泛应用15。 (1)基于自动化开关的定位法 如何实现自动重合闸的自动控制和保护曾是很多学者的研究热点，最终重合器的出现解决了这一问题，他将断路器和重合闸的技术特点相结合，即使没有信息通道，重合器也能按照预先给定的数值自动动作，最终在故障修复后，仍能够自动复位，这种重合器主要有两种类型，一种是电流型的，另一种为电压型的。重合器的广泛运用，能很好地解决故障定位于隔离。 基于分段开关和重合器的定位方法有很大的优点，造价低廉，可以在经济不发达，尤其是偏远落后的山村特别适用，再加上其结构简单，可靠性高，并且不用专门设立信息通道，在部分地区已经得到应用。当然有其利必有其弊，首先其动作原理决定了其反应慢的缺点，而且容易造成大规模的停电，再就是不能提供故障信息无法精确测距。 如果单单指利用重合器来进行故障精确定位，显然是无法实现的，当发生相间短路故障是，电网中会有很大短路电流流过，而重合闸会产生二次震荡，对电网造成更大的冲击，所以重合器不适合大规模应用于配电网的故障定位。 (2)FTU的故障定位模式FTU作为一种电力系统信息采集器，可以时时收集系统运行的各项参数，当故障发生时，FTU能及时记录故障前后的电流及电压信息，时时将信息传输通道传给主站，主站都具有一定的收集并处理信息的能力，根据FTU的上传信息，就能进行故障定位，因此FTU在电网中已经得到大规模应用。如下图所示，主站根据个分段开关处的FTU上传的信息，进行分析处理后判定故障信息，做出隔离故障的动作，实现故障定位与隔离。 FTU图2-4 FTU示意图 使用FTU进行故障定位时，需要对FTU上传的故障信息进行综合分析，才能进行区段定位。按照不同的分析方法，主要有矩阵法和人工智能法两大类。 配电网结构复杂，如何有效地进行拓扑分析是解决故障定位的重点，而矩阵法充分利用配电网的拓扑特点，借助于图论相关理论知识，针对配电网生成描述矩阵，描述矩阵能准确描述配网特性。同时，FTU上传故障相关信息至主站，再生成故障信息矩阵，通过对矩阵的分析与计算，即可定位故障位置。 相对于矩阵法来讲，人工智能法的优点是容错性比较高。因为FTU位于户外，环境条件往往十分恶劣，这就容易导致FTU常常丢失故障信息或者上传的信息产生畸变，人工智能法能够较好地排除这些错误信息的影响。人工智能法包含的种类较多，主要有人工神经元网络、遗传算法、专家系统、蚁群算法、模糊理论等。 以矩阵算法进行故障定位，一般多是依据实际电力网络的拓扑结构和特点来形成矩阵，这就要求该矩阵能够描述网络拓扑，所以对矩阵的处理要求比较高。当出现故障，FTU上传故障信息至主站，形成故障信息矩阵，经计算分析得到故障区间，这中方法的计算量很大，耗时也长，最重要的是仍然存在一定的判断失效的概率；而人工智能算法则需要构建复杂的模型，其故障定位效率也有待提高。 对于相间短路故障而言，以上的故障定位方法原理可行，但是实施起来较为复杂，且有一定的技术难度，而且对配电网自动化系统水平要求比较高。 除以上故障定位方法之外，利用故障后流过短路回路的电流较容易检测的原理，故障指示器也得到了较好地应用。 故障指示器价格低廉可以大规模的安装在配电网络中，诸如架空线、电缆、分段开关、环网柜、分支箱、等设备上，涉及的二次设备成本低廉，经济性和适用性较好，而且其优点明显：动作可靠、性能稳定、判断准确、可带电安装和拆除。因为短路故障发生后，故障回路流经很大的短路电流，所以故障指示器能够较好地进行检测，并发出告警信号。一旦发生线路短路或接地故障，工作人员可通过该装置迅的报警信息速准确地判断故障分支。故障指示器的大规模应用，能有效提高故障定位时间，对故障定位及排除故障意义重大。2.3配电网短路故障定位方法的研究策略 通过分析和对比以上几种方法的，可以得出以下结论： 行波法虽然具有较高的精确度，其良好的定位效果也已已经在输电网得到了很好的验证。但目前配电网结构日趋复杂，行波法不能完全适用于配电网故障精确定位中； 阻抗法从原理上来讲简单实用，尤其是单端量测距方法，所需的测量端少，易于实现，但使用具有一定的局限性，只能够适用于有单端测量条件的配电网。而双端法经济成本高，不适合大规模应用。在配电网自动化技术的支撑下，FTU和报警器的广泛应用可以满足故障区段定位的需要，但是不能完成故障精确定位。 经过对现有定位方法的综合分析，本文提出一种多种方法相结合，已达到优势互补的一种故障精确定位的新方法，首先依靠FTU和报警器的相互配合对配电网进行故障区段定位，然后在结合阻抗法对故障进行精确测距，这样一来一方面弥补了FTU和故障报警器不能精确定位的缺点，同时也可最大限度的减少因阻抗法测距过程中较易出现伪根的情况。2.4 本章小结本章从实际出发，综合考虑了目前成熟的故障定位技术方法，并进一步结合配电网的特点及各种方法的优点和缺点，创新性的提出了配电网故障定位的新方法，即借助强大的的电网自动化技术以及FTU和故障报警器在配电网中广泛使用，首先进行故障区段定位，再运用阻抗法为基本原理实现故障精确测距。3 配电网区段短路故障定位方案本章对提出的新算法进行综合分析后，提出了具体的方案及计算推理过程，方案可分为两步，首先进行故障区段定位，由上一章可知，借助配电网高度自动化的特点，充分利用个分段开关处FTU及故障指示器可以实现此步骤；第二步进行故障精确测距，利用FTU记录的故障前后系统中电压电流的变化，通过分量法的分析得到关于故障距离和所知电气量的方程组，最后经过数学处理后得到故障距离的精确公式。3.1 基于故障指示器的区段定位目前我国配电网中主要使用中性点非直接接地的方式，由这种接地方式的特点可知，一旦发生相间短路故障，短路回路中因阻抗的突然减小，必然会产生一个瞬间增大的短路电流，这个短路电流往往超过系统额定电流的十几倍，对系统造成极大的危害。鉴于以上特点，可大量使用故障指示器进行故障区段定位，因为短路电流很大，这也保证了故障指示器能够准确测定故障信息，并及时报警，提高了故障指示器的可靠性，因此这种方法具有很高的操作性。故障指示器一般有传感装置和显示装置组成，电流传感器采集信号并将信息传给显示装置，显示装置对信号进行分析后，显示故障状态并发出报警信号。其工作原理如下：1 2 5 6 f1 7 8 3 4 f2 10 11 图3-1故障指示器在配电网中的应用 如上图所示，FTU主要安装在主干线的各个分段开关处，当发生短路故障是FTU能进行故障录波，并及时将信息上传给主站系统；故障指示器主要安装在馈线各分支处，当分支发生故障时，故障指示器就会发出报警信号。3.2 主干线故障定位 如图3-1所示，当主干线fl处出现短路故障时，系统侧至故障点就会形成故障回路，其中必有故障电流流经回路，那么分段开关1、2、6处的FTU就会流经有故障电流流过，FTU进行故障录波。同时，主干线分段开关7处FTU及以后的所有线路以及故障指示器5所在的分支均不构成故障回路，相应线路上所有的故障指示器和F