張?jiān)藕疲瑥?姝，張文海，肖先勇

基于臺(tái)區(qū)變壓器二次側(cè)電壓變化的配電網(wǎng)故障區(qū)段定位

張?jiān)藕疲瑥?姝，張文海，肖先勇

(四川大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川 成都 610065)

隨著配電網(wǎng)精品臺(tái)區(qū)的建設(shè)，越來越多的監(jiān)測(cè)裝置向臺(tái)區(qū)低壓側(cè)延伸，為配電網(wǎng)的故障定位提供了新的思路。提出了一種基于臺(tái)區(qū)變壓器二次側(cè)電壓變化的配電網(wǎng)故障區(qū)段定位方法。分析了配電網(wǎng)發(fā)生故障后的臺(tái)區(qū)變壓器側(cè)的電壓變化規(guī)律，利用故障路徑與非故障路徑下監(jiān)測(cè)點(diǎn)三相電壓幅值變化差異辨識(shí)故障區(qū)段。通過采用改進(jìn)的最近鄰聚類法，在電壓監(jiān)測(cè)集合中辨識(shí)出距離故障不同位置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)集，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)信息進(jìn)行快速的分區(qū)。該方法不需要10 kV線路的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，僅需要配電臺(tái)區(qū)10 kV/0.4 kV變壓器低壓側(cè)電壓幅值變化信息，監(jiān)測(cè)采集裝置安裝維護(hù)方便。通過大量仿真表明，該方法能夠適應(yīng)不同中性點(diǎn)的接地方式、故障類型和過渡電阻，具有較強(qiáng)的適用性。

配電網(wǎng)；電壓監(jiān)測(cè)裝置；故障區(qū)段定位；變電站二次側(cè)；改進(jìn)的近鄰聚類法

0 引言

配電網(wǎng)由于直接連接用戶，其供電可靠性至關(guān)重要。但是由于配電線路常年受風(fēng)雨、樹碰、溝道等惡劣環(huán)境的影響，導(dǎo)致配電網(wǎng)故障頻發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，電網(wǎng)85%以上故障是由配電網(wǎng)引起[1-4]。因此，準(zhǔn)確、可靠的配電網(wǎng)故障定位技術(shù)對(duì)縮短故障查找時(shí)間、加快故障恢復(fù)、提高供電可靠性具有重要意義。目前故障定位技術(shù)主要包括故障區(qū)段定位和故障測(cè)距[5]。由于配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、線路參數(shù)不準(zhǔn)等問題導(dǎo)致精確的故障位置判定非常困難[6-7]。因此，故障區(qū)段定位對(duì)縮小故障查找范圍更有實(shí)際作用。

目前的故障區(qū)段定位方法眾多[8-14]，主要可以分為基于故障過流信息的區(qū)段檢測(cè)和基于零序電流特征提取的故障區(qū)段識(shí)別[12-13]?；诠收线^流信息的定位方法主要是矩陣法。文獻(xiàn)[15]根據(jù)生成的網(wǎng)絡(luò)描述矩陣和故障信息矩陣，對(duì)這兩個(gè)矩陣運(yùn)算得到故障判斷矩陣。文獻(xiàn)[16]把節(jié)支關(guān)聯(lián)矩陣和故障信息矩陣相乘求得故障區(qū)段。矩陣法原理簡(jiǎn)單，計(jì)算速度較快，但是該方法的容錯(cuò)性較差，所以很多研究在矩陣法的基礎(chǔ)上加入了智能算法以增強(qiáng)它的容錯(cuò)性。文獻(xiàn)[17]基于故障電流信號(hào)并聯(lián)疊加特性和逼近關(guān)系理論，利用代數(shù)關(guān)系描述模型關(guān)系。文獻(xiàn)[18]通過建立適當(dāng)?shù)膬?yōu)化分析模型，提出了一種基于基因易位的改進(jìn)二進(jìn)制粒子群算法的配電網(wǎng)故障定位方法。由于故障指示器不能靈敏的反映小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障過流信息，因此大多數(shù)研究考慮零序電流特征進(jìn)行故障區(qū)段定位。

基于零序電流特征提取的故障區(qū)段識(shí)別方法主要根據(jù)零序電流的極性[19-21]和相似程度[22-25]來實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[19]計(jì)算故障方向參數(shù)，根據(jù)故障點(diǎn)前后方向參數(shù)極性相反的特征確定故障點(diǎn)所在的線路區(qū)段。文獻(xiàn)[20]引入一階差分方程，并求出相鄰檢測(cè)點(diǎn)之間的差分乘積，利用其正負(fù)值判定故障區(qū)段。文獻(xiàn)[21]用相空間重構(gòu)方法提取暫態(tài)相電流故障方向測(cè)度，建立優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段定位。文獻(xiàn)[22]通過不斷放大故障特征，獲取零序電流幅值穩(wěn)態(tài)量，與設(shè)定閾值比較。文獻(xiàn)[23]以饋線段兩端零序電流暫態(tài)分量的幅值特性的匹配程度為判據(jù)，通過與設(shè)定的閾值相比較，確定了故障區(qū)段。文獻(xiàn)[24]通過時(shí)頻矩陣中元素的計(jì)算得到能量相似度，確定故障區(qū)間。文獻(xiàn)[25]通過相鄰檢測(cè)點(diǎn)之間暫態(tài)零模電流的相關(guān)系數(shù)來確定故障區(qū)段，但是該方法數(shù)據(jù)傳輸量較大，并且需要在每個(gè)分支測(cè)點(diǎn)都安裝設(shè)備，如果部分測(cè)點(diǎn)不能得到數(shù)據(jù)，會(huì)影響定位結(jié)果。

無論是基于故障指示器還是基于暫態(tài)零序電流的故障區(qū)段方法都需要配電線路上的監(jiān)測(cè)信息，即便是配網(wǎng)自動(dòng)化健全的線路，也難以保證每個(gè)區(qū)段均安裝有終端裝置，而對(duì)于尚未實(shí)施配網(wǎng)自動(dòng)化的區(qū)域，在線路上增加監(jiān)測(cè)裝置較為困難。隨著各地精品臺(tái)區(qū)的打造，越來越多的智能監(jiān)測(cè)裝置在低壓變壓器側(cè)安裝，可獲得大量臺(tái)區(qū)低壓側(cè)的電氣量信息。文獻(xiàn)[26]提出了一種利用變壓器低壓側(cè)的負(fù)序電壓變化的故障定位方法，但是該方法并不適用于對(duì)稱性故障。文獻(xiàn)[27]提出了一種接入輔助電阻的故障定位方法，該方法在故障時(shí)短時(shí)接入小電阻比較線路低壓側(cè)電壓跌落情況，由于其需要額外的操作裝置，限制了方法使用的范圍。

本文提出了一種基于配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)變壓器二次側(cè)三相電壓量測(cè)的故障區(qū)段定位方法。該方法利用故障前后三相電壓幅值變化規(guī)律，通過改進(jìn)的最近鄰聚類法在電壓監(jiān)測(cè)集合中辨識(shí)出距離故障不同位置的的監(jiān)測(cè)點(diǎn)集，再結(jié)合線路拓?fù)浜凸收下窂脚卸ü收宵c(diǎn)所在區(qū)段。該方法不需要10 kV線路的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，僅需要配電臺(tái)區(qū)10 kV/0.4 kV變壓器低壓側(cè)電壓幅值變化信息，監(jiān)測(cè)采集裝置安裝維護(hù)方便。同時(shí)，通過改進(jìn)的最近鄰聚類法能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)信息進(jìn)行快速的分區(qū)，對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化水平不高地區(qū)的故障檢測(cè)具有參考價(jià)值。

1 ?臺(tái)區(qū)變壓器二次側(cè)電壓變化特征

1.1 變壓器一/二次側(cè)電壓變換關(guān)系

配電網(wǎng)10 kV/0.4 kV的變壓器通常采用Dyn11的接線方式，如圖1所示。

圖1 變壓器簡(jiǎn)單示意圖

當(dāng)配電網(wǎng)線路側(cè)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，利用對(duì)稱分量法對(duì)變壓器高低壓側(cè)的電壓進(jìn)行分析，可獲得高壓側(cè)相電壓正序、負(fù)序和零序的差值表達(dá)式，以AB相為例，如式(1)所示。

由對(duì)稱分量變換矩陣可得：

當(dāng)線路發(fā)生對(duì)稱故障或者正常運(yùn)行時(shí)，變壓器低壓側(cè)電壓表達(dá)式如式(6)所示。

1.2 故障前后電壓變化特征

圖2 故障線路圖

圖3 單線等效圖

由基爾霍夫電壓定律(KVL)可得

將式(7)代入式(6)中可以得到對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)變壓器低壓側(cè)的相電壓，以A相為例，低壓側(cè)電壓如式(8)所示。

發(fā)生單相接地故障后的序網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。線路的零序阻抗分別為，為線路并聯(lián)電導(dǎo)之和，為線路對(duì)地電容之和，為故障電流，為故障電阻。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，由于故障下游故障電流較小，推導(dǎo)時(shí)近似開路等效。

故障點(diǎn)的正負(fù)零序電壓如式(9)所示。

由對(duì)稱分量法，可得故障點(diǎn)f處的高壓側(cè)B相電壓如式(11)所示。

則把式(10)和式(11)代入式(5)，可得故障點(diǎn)f處的變壓器低壓側(cè)a相電壓，如式(12)所示。

由式(12)和式(8)，可獲得變壓器T低壓側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓變化，如式(13)所示。

同理節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)1處低壓側(cè)的電壓變化分別如式(14)和式(15)所示。

由式(13)—式(15)，可知：

不同故障類型故障后的電壓變化特征推導(dǎo)見附錄。

2 ?故障區(qū)段定位方法

如圖5所示的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中在配電網(wǎng)變壓器T1—T4的低壓側(cè)安裝有4個(gè)電壓監(jiān)測(cè)裝置。

圖5 有4個(gè)臺(tái)區(qū)的配電網(wǎng)拓?fù)鋱D

2.1 改進(jìn)的最近鄰聚類法

最近鄰聚類法能夠?qū)⒍鄠€(gè)樣本自動(dòng)地分為不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)集合，由于其簡(jiǎn)單易行在聚類算法中廣泛應(yīng)用。

以此類推，直到將個(gè)數(shù)據(jù)都進(jìn)行分類。

以此類推，直到將個(gè)數(shù)據(jù)都進(jìn)行分類。

2.2 故障區(qū)段定位流程

(2) 用改進(jìn)的最近鄰聚類法對(duì)個(gè)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，獲得最大的集合，則該集合為故障處下游的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)集合，其余的集合為故障處上游的監(jiān)測(cè)點(diǎn)集合。

(3) 根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別找出故障處上游和下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)集合的公共節(jié)點(diǎn)。若監(jiān)測(cè)點(diǎn)T都在該節(jié)點(diǎn)電流流向的下游則該點(diǎn)即為公共節(jié)點(diǎn)。

(4) 取故障處上游和下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)集合中的最大值，分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，則距離這兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)最近的公共節(jié)點(diǎn)，即可判定出故障區(qū)段。流程如圖6所示。

圖6 故障區(qū)段定位流程圖

3 ?仿真驗(yàn)證

本節(jié)利用PSCAD/EMTDC對(duì)中壓配電網(wǎng)進(jìn)行建模，如圖7所示，該線路由總長(zhǎng)為67.5 km的架空線路組成，其中含有5個(gè)10 kV/0.4 kV的變壓器，假設(shè)中性點(diǎn)接地方式為小電阻接地，每個(gè)變壓器低壓側(cè)均安裝有電壓監(jiān)測(cè)裝置。

圖7 測(cè)試電網(wǎng)拓?fù)鋱D

圖8 電壓變化圖

表1 A相接地故障仿真結(jié)果

Table 1 Simulation results of A-phase grounding fault

3.1 不同故障類型對(duì)定位的影響

表2 AB兩相接地故障電阻為200W時(shí)仿真結(jié)果

Table 2 Simulation result when AB phase-to-ground fault resistance is 200W

表3 AB兩相故障電阻為200W時(shí)仿真結(jié)果

Table 3 Simulation result when AB phase-to-phase fault resistance is 200W

表4 ABC三相故障電阻為200W時(shí)仿真結(jié)果

Table 4 Simulation result when ABC three phase fault resistance is 200W

表2—表4表明，該定位方法能夠較好地適應(yīng)不同的故障類型。

3.2 不同故障電阻對(duì)定位的影響

通過仿真驗(yàn)證可得，在不同的故障電阻條件下，本文的故障定位方法均能夠判別出正確的故障區(qū)段。

3.3 中性點(diǎn)不同接地方式對(duì)定位的影響

由表6可以看到，相對(duì)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)而言，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電壓變化非常小，導(dǎo)致在區(qū)段1—2和區(qū)段2—3上聚類效果有偏差，但是依據(jù)定位判據(jù)還是可以準(zhǔn)確識(shí)別出故障區(qū)段。

表5 AB兩相接地故障不同故障電阻仿真結(jié)果

Table 5 Different fault resistance simulation result of AB phase-to-ground fault

表6 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

Table 6 Neutral point via arc suppression coil grounding system

3.4 電壓監(jiān)測(cè)裝置延時(shí)對(duì)定位的影響

表7 裝置延時(shí)仿真結(jié)果

Table 7 Simulation results of device delay

由表7可知，對(duì)于T4裝置延時(shí)，數(shù)據(jù)雖然有變動(dòng)但是變化不大，依然可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的區(qū)段定位，說明該方法不受臺(tái)區(qū)變壓器監(jiān)測(cè)裝置時(shí)間延遲的影響。

4 ?結(jié)論

本文提出了一種基于低壓變壓器二次側(cè)電壓變化的配電網(wǎng)故障區(qū)段定位方法。該方法利用臺(tái)區(qū)變壓器二次側(cè)故障前后的電壓變化幅值構(gòu)成判據(jù)，通過改進(jìn)的鄰近聚類法快速分類故障上下游區(qū)段，大量仿真表明：

(1) 配電網(wǎng)低壓變壓器二次側(cè)的電壓變化滿足故障上游沿著故障路徑依次增加，故障下游電壓變化相似的特點(diǎn)。

(2) 改進(jìn)的鄰近聚類法能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓變化進(jìn)行快速分類，識(shí)別出故障路徑和非故障路徑監(jiān)測(cè)點(diǎn)集合。

(3) 利用低壓變壓器二次側(cè)電壓變化的故障區(qū)段定位方法能夠在不同的中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，不同的故障類型、故障電阻等工況下準(zhǔn)確判定故障區(qū)段，同時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的同步性要求不高，具有較好的適應(yīng)性。

相較于利用中壓側(cè)電氣量的定位方法，本文所提出的區(qū)段定位不需要電流信息，同時(shí)僅需要配電變壓器低壓側(cè)的電壓幅值，監(jiān)測(cè)信息容易獲取，監(jiān)測(cè)裝置安裝和維護(hù)也更加便捷。同時(shí)，區(qū)段定位流程中不需要復(fù)雜的迭代過程，通過引入改進(jìn)的鄰近聚類法能夠準(zhǔn)確地辨識(shí)出故障路徑和非故障路徑監(jiān)測(cè)點(diǎn)集合，為配網(wǎng)自動(dòng)化水平不高地區(qū)的故障檢測(cè)提供了技術(shù)思路。

發(fā)生BC兩相短路故障的序網(wǎng)絡(luò)如附圖1所示。

附圖1 兩相短路復(fù)合序網(wǎng)

Attached Fig. 1 Two-phase short circuit compound sequence network

故障點(diǎn)的正負(fù)零序電壓則可以表示為

將式(18)代入式(5)可得故障點(diǎn)的低壓側(cè)相電壓為

由式(19)和式(8)，可獲得變壓器T低壓側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓變化為，如式(20)所示。

同理可得出節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)1處低壓側(cè)的電壓變化分別如式(21)和式(22)所示。

分別用式(20)減去式(21)，用式(21)減去式(22)可得：

則有：

發(fā)生BC兩相短路接地故障的邊界條件是：

代入式(5)可得故障點(diǎn)的低壓側(cè)相電壓：

由式(26)和式(8)，可獲得變壓器T低壓側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓變化如式(27)所示。

同理可得出節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)1處低壓側(cè)的電壓變化分別如式(28)和式(29)所示。

同理有：

發(fā)生ABC三相短路故障的單相等效圖如附圖2所示。

附圖2 單相等效圖

Attached Fig. 2 Single phase equivalent diagram

由基爾霍夫電壓定律(KVL)和正文式(6)可得故障點(diǎn)的低壓側(cè)相電壓：

由式(31)和式(8)，可獲得變壓器T低壓側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓變化如式(32)所示。

同理可得出節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)1處低壓側(cè)的電壓變化分別如式(33)和式(34)所示。

則有：

[1] 劉廣一, 朱文東, 陳金祥, 等. 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)景與分析平臺(tái)[J]. 南方電網(wǎng)技術(shù), 2016, 10(5): 102-110.

LIU Guangyi, ZHU Wendong, CHEN Jinxiang, et al. Characteristics, application scenarios and analysis platform of smart grid big data[J]. Southern Power System Technology, 2016, 10(5): 102-110.

[2] 唐金銳, 尹項(xiàng)根, 張哲, 等. 配電網(wǎng)故障自動(dòng)定位技術(shù)研究綜述[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備, 2013, 33(5): 7-13.

TANG Jinrui, YIN Xianggen, ZHANG Zhe, et al. Survey of fault location technology for distribution networks[J]. Electric Power Automation Equipment, 2013, 33(5): 7-13.

[3] KUMAR D S, SAVIER J S, BIJU S S. Micro-synchrophasor based special protection scheme for distribution system automation in a smart city[J]. Protection and Control of Modern Power Systems, 2020, 5(1): 97-110.

[4] 蔣原, 李擎, 馮茜, 等. 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直流電網(wǎng)故障定位與保護(hù)方法[J]. 高壓電器, 2020, 56(8): 23-28.

JIANG Yuan, LI Qing, FENG Qian, et al. Fault location and protection method for DC power grid based on BP neural network[J]. High Voltage Apparatus, 2020, 56(8): 23-28.

[5] 王玲, 鄧志, 馬明, 等. 基于狀態(tài)估計(jì)殘差比較的配電網(wǎng)故障區(qū)段定位方法[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2021, 49(14): 132-139.

WANG Ling, DENG Zhi, MA Ming, et al. A method for locating fault sections in distribution networks based on the comparison of state estimation residual errors[J]. Power System Protection and Control, 2021, 49(14): 132-139.

[6] 張林利, 曹麗麗, 李立生, 等. 不接地系統(tǒng)單相斷線故障分析及區(qū)段定位[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2018, 46(16): 1-7.

ZHANG Linli, CAO Lili, LI Lisheng, et al. Analysis and fault section location of single-phase open fault for ungrounding system[J]. Power System Protection and Control, 2018, 46(16): 1-7.

[7] 潘本仁, 宋華茂, 張秋鳳, 等. 小電流接地故障無功功率分析及選線新方法[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2017, 45(14): 51-56.

PAN Benren, SONG Huamao, ZHANG Qiufeng, et al. Reactive power analysis and novel faulty selection method in resonant grounding system[J]. Power System Protection and Control, 2017, 45(14): 51-56.

[8] 鄭一斌, 王慧芳, 張磊, 等. 基于LightGBM算法的配電網(wǎng)單相接地故障區(qū)段定位方法[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備, 2021, 41(12): 54-61.

ZHENG Yibin, WANG Huifang, ZHANG Lei, et al. Single-phase grounding fault section location in distribution network based on LightGBM algorithm[J]. Electric Power Automation Equipment, 2021, 41(12): 54-61.

[9] 楊睿, 高紅均, 李海波, 等. 基于稀疏表示的配電網(wǎng)故障區(qū)段定位研究[J]. 智慧電力, 2021, 49(10): 8-15, 96.

YANG Rui, GAO Hongjun, LI Haibo, et al. Fault section location in distribution network based on sparse representation[J]. Smart Power, 2021, 49(10): 8-15, 96.

[10] 宮璇, 任欣旭, 王秋杰, 等. 具有高容錯(cuò)穩(wěn)定性的含DG配電網(wǎng)區(qū)段定位方法[J]. 高電壓技術(shù), 2021, 47(11): 3992-4006.

GONG Xuan, REN Xinxu, WANG Qiujie, et al. Section location method with high fault tolerance stability for distribution network with distributed generation[J]. High Voltage Engineering, 2021, 47(11): 3992-4006.

[11] 姚永峰, 王啟哲, 王慧萍, 等. 基于鄰接矩陣的低壓配電網(wǎng)故障區(qū)段定位方法[J]. 中國(guó)電力, 2021, 54(11): 91-96, 114.

YAO Yongfeng, WANG Qizhe, WANG Huiping, et al. Faulted line segment location method for low-voltage distribution network based on adjacency matrix[J]. Electric Power, 2021, 54(11): 91-96, 114.

[12] 黃佳樂, 楊冠魯. 配電網(wǎng)故障區(qū)間定位的改進(jìn)矩陣算法[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2014, 42(11): 41-45.

HUANG Jiale, YANG Guanlu. Modified matrix algorithm for fault section location of distribution network[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(11): 41-45.

[13] 李衛(wèi)國(guó), 許文文, 喬振宇, 等. 基于暫態(tài)零序電流凹凸特征的配電網(wǎng)故障區(qū)段定位方法[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2020, 48(10): 164-173.

LI Weiguo, XU Wenwen, QIAO Zhenyu, et al. Fault section location method for a distribution network based on concave and convex characteristics of transient zero sequence current[J]. Power System Protection and Control, 2020, 48(10): 164-173.

[14] 萬信書, 方連航, 梁鈺, 等. 基于三相電流幅值分析的小電流單相接地故障區(qū)段定位方法[J]. 電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào), 2020, 35(4): 49-57.

WAN Xinshu, FANG Lianhang, LIANG Yu, et al. Method of fault section location for the small current single-phase-to-ground fault based on the amplitude analysis of three-phase current[J]. Journal of Electric Power Science and Technology, 2020, 35(4): 49-57.

[15] 馬騰飛, 高亮. 含多微網(wǎng)的主動(dòng)配電網(wǎng)故障區(qū)段定位算法[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2017, 45(7): 64-68.

MA Tengfei, GAO Liang. Fault location algorithm for active distribution network with multi micro-grids[J]. Power System Protection and Control, 2017, 45(7): 64-68.

[16] 叢偉, 荀堂生, 肖靜, 等. 包含多微網(wǎng)的配電系統(tǒng)故障檢測(cè)算法[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備, 2010, 30(7): 50-53.

CONG Wei, XUN Tangsheng, XIAO Jing, et al. Faulty section detection algorithm for distribution system with multi micro-grids[J]. Electric Power Automation Equipment, 2010, 30(7): 50-53.

[17] 郭壯志, 陳濤, 徐其興, 等. 配電網(wǎng)故障區(qū)段定位的互補(bǔ)松弛約束新模型與算法[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備, 2020, 40(5): 129-137.

GUO Zhuangzhi, CHEN Tao, XU Qixing, et al. Novel fault section location model for distribution network with complementary relaxation constraints and its algorithm[J]. Electric Power Automation Equipment, 2020, 40(5): 129-137.

[18] LI Y, YE H, CHEN Z. Binary particle swarm optimization algorithm with gene translocation for distribution network fault location[C] // 2012 Spring Congress on Engineering and Technology, May 27-30, 2012, Xi'an, China: 1-4.

[19] 張林利, 徐丙垠, 薛永端, 等. 基于線電壓和零模電流的小電流接地故障暫態(tài)定位方法[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2012, 32(13): 110-115, 198.

ZHANG Linli, XU Bingyin, XUE Yongduan, et al. Transient fault locating method based on line voltage and zero-mode current in non-solidly earthed network[J]. Proceedings of the CSEE, 2012, 32(13): 110-115, 198.

[20] ZHAO J W, MA N B, HOU H, et al. A fault section location method for small current grounding system based on HHT[C] // 2018 China International Conference on Electricity Distribution (CICED), September 17-19, 2018, Tianjin, China: 1769-1773.

[21] 賈清泉, 鄭旭然, 劉楚, 等. 基于故障方向測(cè)度的配電網(wǎng)故障區(qū)段定位方法[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2017, 37(20): 5933-5941.

JIA Qingquan, ZHENG Xuran, LIU Chu, et al. A method of fault section location in distribution networks based on fault direction measures[J]. Proceedings of the CSEE, 2017, 37(20): 5933-5941.

[22] 劉斯琪, 喻錕, 曾祥君, 等. 基于零序電流幅值連調(diào)的小電流接地系統(tǒng)故障區(qū)段定位方法[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2021, 49(9): 48-56.

LIU Siqi, YU Kun, ZENG Xiangjun, et al. Fault location method of a non-effective earthed system based on zero sequence current amplitude continuous regulation[J]. Power System Protection and Control, 2021, 49(9): 48-56.

[23] LI Zhenxing, WAN Jialing, WANG Pengfei, et al. A novel fault section locating method based on distance matching degree in distribution network[J]. Protection and Control of Modern Power Systems, 2021, 6(2): 253-263.

[24] 李衛(wèi)國(guó), 王旭光, 盧廣旗, 等. 基于DOST 能量相似度的有源配電網(wǎng)故障區(qū)間定位方法[J]. 電測(cè)與儀表, 2019, 56(6): 50-55.

LI Weiguo, WANG Xuguang, LU Guangqi, et al. A fault section location method for active distribution network based on discrete orthogonal S-transform and energy similarity[J]. Electrical Measurement & Instrumentation, 2019, 56(6): 50-55.

[25] 馬士聰, 徐丙垠, 高厚磊, 等. 檢測(cè)暫態(tài)零模電流相關(guān)性的小電流接地故障定位方法[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2008, 32(7): 48-52.

MA Shicong, XU Bingyin, GAO Houlei, et al. An earth fault locating method in feeder automation system by examining correlation of transient zero mode currents[J]. Automation of Electric Power Systems, 2008, 32(7): 48-52.

[26] JIA K, REN Z, BI T, et al. Ground fault location usingthe low-voltage-side recorded data in distribution systems[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2015, 51(6): 4994-5001.

[27] TOPOLANEK D, LEHTONEN M, ADZMAN M R, et al. Earth fault location based on evaluation of voltage sag at secondary side of medium voltage/low voltage transformers[J]. IET Generation, Transmission & Distribution, 2015, 9(14): 1-9.

Fault section location of a distribution network based on voltage variation of the secondary side of a transformer in the station area

ZHANG Yunhao, ZHANG Shu, ZHANG Wenhai, XIAO Xianyong

(College of Electrical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

With the construction of high-quality distribution network stations, more and more monitoring devices are extended to the low-voltage side of the distribution network, providing new ideas for fault location on the distribution network. This paper presents a method for locating fault sections of a distribution network based on voltage changes on the secondary side of transformers in the station area. It analyzes the voltage change law on the transformer side of the distribution network after a fault occurs, and uses the difference between the three-phase voltage amplitude changes at the monitoring point under the fault path and the non-fault path to identify the faulty section. It uses an improved nearest neighbor clustering method to identify the set of monitoring points at different locations from the fault in the voltage monitoring set. This can quickly partition the monitoring information. This method does not require 10 kV line monitoring data, but only needs 10/0.4 kV transformer low-voltage side voltage amplitude change information in the distribution station area. The monitoring collection device is easy to install and maintain. A large number of simulations show that the method can adapt to different neutral grounding methods, fault types and transition resistances, and has strong applicability.

distribution network; voltage monitoring device; fault section location; secondary side of substation; nearest neighbor clustering algorithm

10.19783/j.cnki.pspc.211438

2021-10-26；

2021-12-23

張?jiān)藕?1995—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)；E-mail: 1010575530@qq.com

張 姝(1988—)，女，通信作者，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)。E-mail: ZS20061621@163.com

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目資助(2020YFF0305800)；四川大學(xué)專職博士后研發(fā)基金項(xiàng)目資助(2019SCU12003)

This work is supported by the National Key Research and Development Program of China (No. 2020YFF0305800).

(編輯 魏小麗)