改进象群算法的配网混合线路故障定位测量的研究

余军伟 董小顺 孟龙 马榕谷 袁霞 郝阳

摘 要：电力用户遭受的停电事故95%以上是由配电网引起的，其中大部分是故障原因，而配电网网络拓扑结构复杂、故障巡线困难，因此实现配电网故障的精确定位，提高电网工作人员的巡检效率，减少故障停电恢复时间，对提高系统弹性和可靠性具有重要意义。现有的定位方法根据原理可分为阻抗法、故障分析法、人工智能法和行波法;根据所用检测点数量可分为单端法、双端法、以及三端法;根据所用特征量可以分为基于稳态量的方法和基于暂态量的方法。其中行波法利用故障電压或电流的暂态量，可在电力电子器件控制系统作用前获取原始的故障信息，且该方法基本不受配电网中性点接地方式、负载情况、故障类型和互感器饱和等因素的影响，定位速度快、精度高。单端法行波故障定位，所需行波检测装置少，不存在多端时间同步误差，但配电网线路短、分支多，反射行波难以辨识，定位精度较低，甚至可能无法进行故障定位。

关键词：象群算法;配电网;混合线路;

引言

在电网迅速发展的过程中，输电线路在城市内部和海洋之间（通常是通过电缆）和外部（通过航空线路）供电方面发挥着至关重要的作用，从而确保了输电线路的总体经济性 而且，航空线和电缆的组合被广泛使用。由于工作环境复杂，混合线更容易出现故障，在某些情况下，混合线可能会排放树木，造成短路——接地电路，森林火灾也可能导致航空线被烧毁，从而导致 电缆在操作过程中由于绝缘湿度或外部力量破坏而接地或断开连接。

1改进象群优化算法

象群优化算法（Elephant Herding Optimization，EHO）作为一种较新的元启发式算法，该算法机制灵活、求解高效，兼顾了全局搜索和局部搜索，且有着结构简单、需设定的控制参数少、便于根据具体应用需求与其他方法相结合的特点，论文借用折射方向学习、柯西变异和自适应变螺旋搜寻策略来改进象群算法，改进之后提高了算法的收敛速度，很大程度上抑制了算法局部最优情况的发生，因此适合论文定位方法需求。

2故障电流波形特征

2.1单相金属性接地

设置相位a单相金属接地故障，故障距离为2公里，系统故障时相位为45，故障点和测量点的波形如图1所示。系统电流从稳定状态前的1.82kA迅速增加到11.2kA，图1a显示出故障后系统的过渡过程较为明显，但规模较小。对比图1a和1b，故障线波跨线传播后电流波动性降低，测量点数据与故障点的碰撞过程减少，可见混合线故障线波的反射和损失对波形影响较大。

2.2故障定位算

LOF算法对数据的离散点有较高的敏感性，属于无监督异常点检测方法的一种。他的核心在于将选择对象周围的密度与对象领域周围的密度进行对比，当配电线路正常运行时，各节点的LOF值大小在1左右;而当某馈线的分支线路出现故障，其离群点的LOF值会很大，因此根据LOF值的大小来判断故障区段的位置。其定义如下：1）求取对象p与另一个对象o的之间的距离dist（p，o），其中对象p、o都属于对象集D，对象p的k-距离记为distk（p），满足：①在集合中存在至多k-1个对象o′∈D-{p}，且dist（p，o′）<dist（p，o）。②在集合中存在至少k个对象o′∈D-{p}，且dist（p，o′）<dist（p，o）。

3配网混合线路故障优化措施

3.1严格把关电缆接头制作

电缆投运前，由监理人员履责管控，电缆接头制作等现场作业关键环节务必到位，监督施工单位按正确工艺施工，并留存相关试验报告、视频、照片。提前敷设的电缆终端务必做好防潮防水措施，遇有湿度越限天气，严禁制作电缆接头。检修作业开工前工作负责人核对电缆接头制作人员是否有相应资质、电缆附件质量是否合格，不满足条件不予开工。作业过程中严盯电缆接头制作关键步骤，确保半导电层处理完善、断口及主绝缘打磨细致，新制作的电缆中间接头试验合格。工作结束后做好信息追溯管理，将电缆标示牌写明详细的施工单位、施工人员、施工日期、电缆型号、长度、电缆附件厂家、电缆起点和终点，便于后期进行追溯考核。

3.2携带有助于巡线的仪器设备，尽快找到故障点

线路工人巡线往往靠目测杆塔、导线和绝缘子等是否完好，这样对110kV以上线路故障，尤其瞬间故障、故障点导线损害轻微等情况很难察觉。这就需要配备望远镜、照相机和摄像机，通过调整焦距可以清晰地将线路情况录播下来，放大录像，可看到异常现象和导线损坏的具体情况。如有条件购买无人机，可近距离拍摄线路和可疑现象。

3.3压实日常带电检测及线路运维

对配电线路开展周期性巡视及带电检测，对发生多点故障线路尤其重复跳闸线路、度夏度冬期间重载线路开展特巡，留存巡视记录和带电检测记录。实行故障责任追溯制，以线路巡视、带电检测记录等资料为依据，在线路发生故障后，根据相关工作开展情况对故障考核区别对待，对巡视、检查、消缺不到位造成故障的加重考核。

4结束语

随着人们对电能的需求越来越大，对电能质量敏感的客户也越来越多，如何降低配网混合线路故障率，提高配电网供电可靠性，对供电企业来说也愈加重要。以多端行波信息差异矩阵的“唯一性”为基础，构建了故障定位优化模型，将故障定位问题转换成优化求解问题，不需要预设行波波速，同时消除了不同线路类型波速差异的影响;大量仿真实验表明在不同故障类型、初相角、过渡电阻、时间同步误差、检测误差的情况下，本文所提方法均能实现较为准确的故障定位，具有可靠性高、鲁棒性强的特点。

参考文献

[1]汪士杰，孙晓茜，杨延钧，张建华.配电混合线路单相接地故障区段定位技术[J].电力电容器与无功补偿，2022，43（01）：111-119.

[2]曹京荥，陈杰，谭笑，李陈莹，胡丽斌，方春华，孙维，陶玉宁.基于多参数的混合线路故障类型识别方法[J].电气传动，2022，52（04）：56-61+80.

[3]汪士杰.配电混合线路单相接地故障区段定位及测距方法研究[D].郑州大学，2021.