配电网接地故障定位系统的优化设计实现

配电网接地故障定位系统的优化设计实现

李黎

（国网河北省电力公司保定市清苑区供电分公司河北省071100）

摘要：配电网的发展有目共睹，且发展形势也越来越好，规模越来越大，但相应的各个线路的数量和接线方式也是变得更加复杂。紧接着也就伴随着接地故障定位的出现，要想能够迅速并精确的将配电网接地故障进行定位，就必须有一套非常精准的配电网接地故障定位系统，有了这样的技术支持才能进行迅速定位分析和修复。本文就针对配电网接地故障定位系统的设计和优化进行了一系列的探讨。

关键词：配电网；故障定位；优化设计

经济文化的发展也给配电网行业带来了春天，配电网的规模现在是越做越大，其供电网中的使用量也是日益增加，而大部分的配电系统中，很多配电系统都选择消弧线圈并/串联电阻的派生接地形式运行。因为这种运行模式能够在配电网故障发生的时候，进行及时的定位和处理，相对来说还比较的高效与合理。所以在对配电网接地故障定位系统进行设计时，也可以优先考虑上述方法，当然其他的方法也有很多，这里就不一一进行阐述了。

一、配电网接地故障定位系统设计原理

配电网接地故障定位系统结构如图1所示，其工作的基本思想如下：通过测量电磁场的传感器得到配电网故障电压和电流信息，经信号调理电路后，传入A/D转换器，将经模数转换后的信号传输给处理单元，处理单元将经处理后的信息和该节点的地址信息利用无线GPRS通信模块传输至故障自动定位系统主站，从而实现配电网接地故障的准确定位。分析图1可知，本文设计的配电网接地故障定位系统主要由处理模块、无线收发模块、海量存储模块、GPRS模块等构成。

本文在进行单片机型号的选择时，进行充分的分析和权衡，最后采用的是MSP430F1610型单片机。这个型号的单片机不论是在空间要求上，还是A/D进度要求上都能满足本文中的设计。在单片机完成对信号的处理后，会将处理结果存储在RAM中，而海量存储模板的工作就是将故障后的信息和数据进行保存。在分析配电网故障并给出相应合理的分析判断后，海量存储器就能将这些数据进行保存。而存储扩展设备的型号本文选用的是FM25L256，这种型号在实际工作时比较容易上手，简单来说就是容易操作，并且占用的硬件资源不多，非常适合存储工作。GPRS模板的主要工作就是对故障信息进行传输，一旦有故障信息达到这里，其就会立即将这些信息传输给监控中心，并将分析的故障所在区段和故障类型进行汇报，以便工作人员进行抢修。

二、配电网接地故障定位过程的设计与实现

2.1零序有功电流判据

配电网发生接地故障时各保护装置都会测得相应的零序基波电流的相量。为零序基波电压；I0L，NF用于描述非故障路线路的零序电流，相位超前90°；I0L，F为故障路径线路区段的零序电流，因为有功分量的影响，其相位超前超过90°。通过式（1）可获取不同段线路测得的零序电流中的有功分量：

I0L，AC=I0cosθ（1）

其中：I0用于描述I0L，NF或I0L，F的幅值；θ用于描述I0L，NF或I0L，F与的相位差。故障路径中零序电流的有功分量方向和规定的正方向相反，因此，式（1）的值为负值，引入一个合理的阈值I0_set，AC，从而判断配电网某线路是否为故障路径的线路。

2.2配电网接地故障区段定位判据

假设变压器到负载的方向是正方向，将保护装置作为配电网的节点，对配电网的n条线路和首端保护装置进行编号。通过通信功能将零序电流信息依据式（2）描述的规则构建电网结构信息矩阵：

Dij=1，线路j以节点i为起点-1，线路j以节点i为终点0，其中（2）式中：i用于描述节点的编号；j用于描述线路编号；i，j∈[1，2，…，n]，建立故障特征行向量：

F=[P1P2…Pn]（3）

Fl=F.Dij（4）

获取行向量：Fl=[F11F12…F1j…F1n]（5）

获取F1j=1，则j就是故障所处线路的编号。

三、智能配电网故障定位系统

1、系统网络拓扑

智能配电网故障定位系统是一套基于配电网智能终端和配电网自动化系统的综合系统。

2、系统架构设计

智能配电网故障定位系统采用三层分布式架构，以及.DIETFrameWork2.0,WCF、SOA等技术。

(1)数据访问层。数据访问层支持OracerSQLServer等数据库系统。故障定位业务数据库主要分为数据采集功能表、故障定位功能表、故障检索功能表、事件记录功能表。数据采集功能表通过数据访问层与配电终端进行数据交换，并对配电终端上送的数据进行分析和记录。

(2)业务逻辑层。业务逻辑层采用面向服务的SOA技术对智能配电网故障定位系统的功能进行服务化，对外提供服务方式的接口；通过智能配电网故障定位系统功能服务总线发布数据采集功能服务、事件记录和告警功能服务、故障定位分析功能服务、故障数据检索功能服务。

(3)应用展示层。应用展示层基于微软.DIETFrame-Work2.0框架；展示的人机界面功能主要有故障事件告警、故障区域显示、故障信息检索。

3、故障定位功能

故障定位依赖于各种远方监控故障指示器发回的故障信息。主站根据事故前端和后端不同的动作特性，通过拓扑分析进行综合判断，确定故障发生区域。一次故障发生时，可能会有多个故障指示器触发事故报警，此时智能配电网故障定位系统需要根据拓扑连接关系和事故报警发生时刻，鉴别这些事故报警间的相关性，从而确定这些事故报警是从属于同一次事故，还是从属于不同事故。故障定位算法主要采用粗糙集理论实现，智能配电网故障定位系统以变电站和各种配电故障指示器实时采集上送的事故信号为数据基础，采用“粗糙集理论”进行故障位置计算。

电力系统是一套复杂而混乱的庞大系统，各种采集的数据和信号都存在不同程度的缺失和不确定性，而作为一种处理大数据的数学工具，粗糙集理论正好能处理这种不确定且海量的数据，为电力系统提供强有力的支持。

结语

配电网接地故障定位系统的研究一直都在进行，而在本文中提出的这种定位系统相比于传统的方法还是值得学习的，该系统主要是通过四大模板进行工作的，将配电网接地故障定位系统的操作原理通过VisualC++的形式进行了展开。不管是理论还是实验数据都表明其具有很大使用性，可靠程度也非常的高，是值得被推广的一种运行模式。

参考文献：

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[4]刘涛，卢春林，朱凯，等.配电网接地故障诊断管理软件设计[J].计算机光盘软件与应用，2013（20）.

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