简析配网拓扑描述法在故障定位中的应用

王鹍 陈磊

摘  要： 电路的故障诊断在实际工程应用中占有重要地位，而故障定位是电路故障诊断的主要内容。本文对故障定位的经典方法进行了详尽的研究。首先将配电网设备物理模型转换成数学模型，然后再依据配电网拓扑描述法，对数学模型的分析推演而解决实际问题。应用结果表明，针对单故障源，该方法方便、快速、可行，但不适用于大规模设备的接入。

关键词： 故障定位;配电网;拓扑描述法

中图分类号： TP206+.3    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.04.025

本文著录格式：王鹍，陈磊. 简析配网拓扑描述法在故障定位中的应用[J]. 软件，2019，40（4）：116119

【Abstract】： The fault diagnosis for electronic circuitry is very important in practical engineering applications-while fault localization is the maincontent of faultdiagnosis of circuitry， thus the fault localization is studied. Firstly， the physical model of the distribution network is transformed into a mathematical model， and then according to the to-pology description of the distribution network， the practical problems are solved by analyzing the mathematical model. The results show that this method is convenient， fast and feasible for single fault source， but it is not suitable for large-scale equipment intervention.

【Key words】： Fault location; Distribution network; Topology description

0  引言

目前，配电网在我国电力系统中占有重要比重。配电线路故障发生率较高，不能及时排除故障，会对人员身体、电网设备等造成很大的威胁，因此研究配电线路故障定位对于保障电力系统平稳运行以及保护人身安全具有很重要的意义。本文基于传统的故障定位矩阵算法的大背景下，具体阐述有向图及无向图方法，并将两种描述法运用至故障定位算法中进行对比分析。其具体做法是将复杂的配网系统的各个单元抽象成不同的“点”，用直线将各“点”依次连接，模拟成配电线路，总的来说就是将具体的配网系统物理模型简化成数学模型，对所构成数学模型进行推演分析，从而得到所需结果，更方便更直接地解决实际问题。

配网拓扑描述法不需要很精确的数学模型，配网拓扑描述法的优势在于迅速建立模型和快速故障定位等方面，其运用到实际中，有很好的快速效果。由于配网拓扑描述法是针对单故障源的，在此假设所发生的故障都是单故障源[1-4]。

1  无向图描述及其在配电网线路中的故障定位方法

运用无向图法进行故障定位，其具体做法是首先运行无向图法对网络拓扑结构进行描述，得到一种能表示配网系统的网络描述矩阵;其次将配电线路上所安装的故障指示器发出的故障信息进行收集，并进行数学方法处理，组成一种具有线路故障信息的矩阵;紧接着将所得的两种矩阵，即网络描述矩阵及故障信息矩阵，进行如式（1）～（4）的矩阵运算，从而得到线路中具体的故障点，以便于快速解决故障问题[5-8]。

如图1所示，基于无向图定位描述法，只考   虑代表配电监测设备的节点，与相互连接这些节点的边。

根据判别矩阵P的元素判定，若 则i与j之间可能存在故障。因为 、 、 、 、 均为1所以分析可得。故障区间可能在2与5，3与5，3与4，3与7，3与8之间。在此再进行进一步判定，进一步排除一些区间。判据为若耦合点周围的节点有2个以上节点上报，这故障不在该耦合点所在区域，若耦合点周围的节点只有1个节点上报，这故障一定在该耦合点所在区域。所以故障区间排除2与5，3与5。此时判定结束[9-10]。

随着电力系统的发展，配网系统架构变得越来越复杂，并加之多种电气设备，需要更精准的定位系统才可对配电线路的故障进行定位，运用无向图进行故障定位，無论对于网络拓扑结构的描述，还是对于故障信息的表示的难度都变得越来越大，显然无法满足正常的故障定位。而且，该方法所考虑的元器件均处于理想化条件，而实际的电气设备会受到天气，通信等多种因素的印象，这些因素有些许变化，都会对定位结果造成很大的影响。因此，综上所述，运用无向图法进行故障定位无法满足如今配网系统所需要求。

2  有向图描述及其在配电网线路中的故障定位方法

若判别矩阵 且 所在行的其他元素都为0，则 对应的设备节点为故障电流流过的末梢点。例如 、 ，则对应的故障末梢点为A子网的2节点与C子网的3节点，与假设相符。

无向图法是以元器件为单元，对各个单元进行连接，模拟出配网系统。而有向图法并未考虑具体的元器件，而是将配网系统看作一个整体网络，根据故障电流的流动脉络，对整体网络进行分割，得到各种不同的子网络，无需考虑子网中复杂的线路结构及电气设备状态，运算更加直观明了。此外，根据功率方向对配电线路网络进行描述，得到网基矩阵的方法，也符合实际线性应用的要求。但是，正是因为未考虑具体的电气设备的状态，运用该方法时，不可接入大规模的设备。

3  结论

配电线路在电网系统中处于核心地位，是连接输电线路和用户设备的桥梁，若在配电线路某一处出现故障，不仅会影响影响正常的生产生活，甚至会危及整个电力系统，因此研究故障定位算法，对配电线路进行快速定位，排除故障问题具有非常大的实际意义。有向图描述法是对无向图描述法的改进。无向图描述法之所以无法满足如今的配网系统，是因为其无法描述复杂配电线路，且存在理想化元器件，忽略各种外界因素，容易导致故障区间的误判，且运算量巨大，耗时久，操作难度可想而知。改进之后的有向图描述法，忽略了复杂的配电线路结构以及线路上电气设备状态，将配网系统看作一个整体结构，分割成不同的子网部分，运算量大大减小。但是正式因为粗略的定位法，无法对于故障子网中存在的故障点进行定位，还需对故障子网部分进行进一步的排查，进而确定故障点。因此这种方法工作量大，故障检测定位速度有待提高[10]。因此，必须加强配电线路的可靠性，做好日常维护，积极研究新的技术和方法来保证电网的安全可靠运行。

参考文献

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