基于PMU的中压配电网精确故障定位方法及技术分析

基于 PMU的中压配电网精确故障定位方法及技术分析

符丰 曾夏臻 陈益群 洪云海 庞恒

海南电网有限责任公司临高供电局 海南临高 571800

摘要：PMU又称电源管理单元，PMU装置在电力系统同步相量测量时，可用于同步相量的测量、输出、动态记录等，其核心特征是可实现标准时钟信号的同步相量测量，与主站间能够实时通信。PMU装置在配电网中的应用，可发挥其同步数据采样的优势，不受故障距离和类型的限制，有效应对各类干扰因素，结合双端故障定位的方法，实现配电网故障精确测距，克服传统算法对参数准确性的依赖或者要求，避免受电线长度影响引发参数误差的问题发生。

关键词：PMU；中压配电网；故障定位

目前电力系统供电的可靠性和安全性仍有提升空间，技术水平与顶尖技术相比存在差距。精确故障定位技术的应用，是提高中压配电网系统弹性和可靠性的重要措施之一，有效降低了中压配电网故障恢复的工作量，最大程度缩短了用户的停电时间，避免用户经济财产过大损失，为不同用户提供多元化供电服务。特别是对于环境条件较差的城乡中压配电网，可显著缩小检修人员巡线范围，提高巡线质量和效率。

1.基于PMU的中压配电网精确故障定位方法及技术分析

基于PMU的中压配电网系统动态监测精确度更高，可同步采集配电网高精度的运行参数，将分布站点信息归集，实现配电网全动态过程的监测，同时精确定位与分析故障，因此PMU技术对配电网在线实时故障诊断的研究具有重要的作用。基于PMU的配网双端故障定位法，对不同类型故障的适应能力和综合测量的误差抑制能力显著提高，通过暂态量测信息的故障定位方法，可体现PMU技术在配电网常见故障中的作用。

1.1利用专用附加设备实现故障定位

专用附加设备主要包括注入信号器、智能传感器、分段器和重合器、智能接地等设备，在不影响中压配电网正常运行的前提下，可精确进行故障定位。其中智能传感器、分段器和重合器不适合在单相接地故障定位中应用，注入信号设备自动化技术水平较低，需要与人工巡线相配合，主要应用于接地故障的选线和定位环节，故障定位效率因自动化程度低而有所下降。智能接地是近年来研发的新技术，主要应用于单相接地故障定位，但技术相对复杂水平仍存在不足，广泛应用于配电系统还需进一步研发优化，才能够保障供电的可靠性和安全性。除以上技术以外，还有两种技术也值得应用，一种是利用电力电子设备自身控制性能，直接向中压配电网中注入故障定位信号，以阻抗法实现故障定位，但其受干扰因素较多，线路参数误差较大，而PMU技术不受线路长度的影响，可实现线路参数的还原，基于双端同步数据的故障定位算法精确计算参数，使故障测距中的线路参数精确度更高。另一种是添加边界元件，利用故障点和系统边界的位置关系，实现故障点的区段精确定位。

1.1.1注入信号法和智能接地法

注入信号法的故障定位原理是：利用电压互感器设备向配电系统注入非正常频率的电流信号，检修人员可通过手持信号检测设备或者信号探测器追踪信号，精确定位故障点或者区段。智能接地法的故障定位原理是：在变压器中性点处安装自动开关设备或者电力电子装置，当配电网发生单相接地故障时，能自动断开故障点或者区段，以短时改变系统中性点运行方式的方法。

1.1.2智能传感器法

智能传感器法的故障定位原理是：将智能传感器设备安装在配电线路上，测量故障点两端的电流差异，进而在辐射状中压配电网中准确确定故障区段，但是该技术水平还不足存在缺陷，还不能提供高采样率故障数据的同步时标，无法单一直接的应用于中压配电线路的精确故障定位。受限于设备的安装位置和技术水平，不适合在常见的单相接地故障定位中应用。

1.1.3分段器和组合器法

分段器和组合器是中压配电自动化设备中的重要组成部分，是目前较为常见的中压配电网故障隔离方案，也是较为成熟的故障区段定位方法，提高了自动化设备的自适应能力，可有效保障非故障线路的正常供电。

1.2基于配电线路量测信息实现的故障定位

1.2.1利用稳态量测信息的故障定位方法

稳态量测信息主要通过PMU的广域同步动态测量功能实现，以此为基础研究出的线路参数设计方法精确科学，与电网控制系统的结合，有效提高了电网安全稳定性和传输能力。利用稳态量测信息的故障定位方法又包括两种：基于线路模型法、基于预想事故集。基于线路模型法的故障定位原理是：在计算机专业软件中构建等效电路模型，利用端口电压与电流关系建立方程式，实现故障的精确定位。线路模型法的阻抗法在故障定位方法中应用最为常见，采取测量阻抗与特定区段线路阻抗比值对比的原理进行故障定位，技术简单经济适用性强，但过于依赖线路参数，精确程度无法得到有效保障，还需要结合其它方法共同应用。例如：通过阻抗法确定故障点，利用PMU排除伪故障点，以测量点电压与故障点计算电压的相位关系为排除原理，实现精确故障定位；在节点阻抗矩阵的基础上，利用压缩感知技术求解潜定节点电压方程式，再利用阻抗法求得精确数据，进而完成精确故障定位。

1.2.2利用暂态量测信息的故障定位方法

暂态量测信息是近年来热议故障定位方法之一，主要是利用行波波头信号直接获取技术进行故障定位，还包括波形相关性进行故障选线或者区段定位、配电线路参数识别、模型识别实现故障选线等方法。行波定位技术故障定位借助行波传播速度和行波折反射规律，确定故障点位置，广泛应用的是等面积法则，PMU技术能够精准提供传输线两侧电压相角的同步采样值，为等面积法则应用创造科学依据，可节省暂态量测信息分析的时间并提高算法精度。

2.基于PMU的中压配电网精确故障定位技术发展分析

基于PMU的中压配电网精确故障定位技术发展面临诸多挑战，例如：配电线路结构形式复杂、配线线路参数误差大、量测系统不完善缺乏同步机制、配电网自动化水平低缺乏数据同步技术、分布式电源及电力电子装置的暂态过程波形复杂等。因此相关科研技术人员不断借助各类现代化技术进行故障定位技术突破，向可靠安全的智能电网发展。例如：利用传感和测试技术，引入多源电气量和非电量测试数据；加强配电系统信息化建设，打破信息孤岛问题，通过数据融合技术，利用中压配电网不同数据的冗余性，实现多源信息融合。结合人工智能技术实现对微弱故障的精确识别与定位，结合数据可视化和高级信号处理技术，推进故障定位技术发展。

结语：近年来智能电网建设大力推广，推动了故障定位技术的创新发展。针对PMU配置、线路参数、采样率、数据质量等影响因素制定了专项解决方法，应用传感和测试、配电系统信息化、数据结合和人工智能等现代化技术，有效提升配电网参数辨识、行波波头信号直接获取等故障定位技术水平，实现了各类线路和设备等故障的精确自动化定位。整体中压配电网故障定位方法及技术呈进步趋势，有利于推进智能电网战略目标的达成。

参考文献：

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