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配电网故障诊断与定位技术

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271 2023年10月25日第40卷第20期

运营维护技术DOI：10.19399/j.cnki.tpt.2023.20.088

配电网故障诊断与定位技术

龙剑锐（国网重庆市电力公司市北供电分公司，重庆 401100）

摘要：针对配电网故障诊断与定位技术展开研究，提出了一套综合的配电网故障诊断系统架构和基于模型的配电网故障定位方法。系统架构设计中，选择了合适的传感器和测量设备，实时采集电网的状态信息，并采用远距离无线电（Long Range radio，LoRa）进行信号传输。数据传输与存储层采用了InfluxDB作为数据库管理系统，并采用云存储进行数据备份与恢复。数据安全与权限管理采用了高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES）加密技术保障数据的安全性。数据管理和查询接口提供了实时查询、历史数据查看等功能。在算法与模型层，采用了支持向量机（Support Vector Machine，SVM）算法进行故障诊断和定位。实验设置和数据收集阐述了实验的具体步骤与数据采集方法，实验结果和分析验证了基于模型的配电网故障定位方法的准确性和可靠性，为配电网故障诊断与定位技术的发展提供了重要的参考和指导。关键词：配电网；故障诊断；定位

Fault Diagnosis and Location Techology of Distribution Network

LONG Jianrui(Chongqing Municipal Electric Power Co., Ltd., Chongqing 401100, China)

Abstract: A comprehensive distribution network fault diagnosis system architecture and a model-based distribution network fault localization method are proposed for the research of distribution network fault diagnosis and localization technology. In the system architecture design, suitable sensors and measurement devices are selected to collect real-time status information of the grid, and Long Range radio (LoRa) is used for signal transmission. The data transmission and storage layer adopts InfluxDB as the database management system and cloud storage for data backup and recovery. Data security and rights management adopts Advanced Encryption Standard (AES) encryption technology to ensure data security. The data management and query interface provides real-time query, historical data view and other functions. In the algorithm and model layer, Support Vector Machine (SVM) algorithm is adopted for fault diagnosis and localization. The experimental setup and data collection describe the specific steps of the experiment and the data collection method, and the experimental results and analysis verify the accuracy and reliability of the model-based fault localization method for distribution networks, which provides an important reference and guidance for the development of fault diagnosis and localization technology for distribution networks.Keywords: distribution network; fault diagnosis; location

0　引　言

配电网作为电力系统的重要组成部分，在保障

用户正常电力供应方面发挥着至关重要的作用。但是，

受设备老化、外部干扰、操作失误等多种因素的影响，

配电网在运行过程中不可避免地会发生各种故障，给

配电网运行稳定性和可靠性带来了严峻挑战。如何对

配电网故障进行快速、准确地诊断与定位，成为了电

力领域的重要攻关方向。随着传感器技术、数据存储

与处理技术、算法与模型等方面的技术突破，已经为

配电网故障诊断与定位提供了新的思路和方法。但是，

该领域的研究还存在一些挑战和问题，如数据传输与

存储的效率、算法的准确性和实时性等，需要进一步

的研究和探索，为电力系统的稳定性和可靠性提供有

力支持。因此，文章提出一套综合的配电网故障诊断

系统架构和基于模型的配电网故障定位方法，建立配电网的数学模型，结合实时测量数据，采用算法和优

化技术计算故障位置。

1　配电网故障定位技术原理和方法

配电系统中发生故障时需要准确和快速地确定

故障位置。故障定位的原理基于信号传输和测量，当

配电网发生故障时，电网中的电流、电压等参数会发

生相应的改变，对这些参数进行测量与分析，可以确

定故障发生的位置[1]。

阻抗法是基于电网中的阻抗测量进行故障定位

的方法，测量故障点附近的电网阻抗值来推断故障位

置，采用电压和电流等测量数据计算阻抗，并结合

配电网拓扑信息，利用阻抗变化的特征来确定故障位

置。该故障定位方法简单易行，不需要复杂的算法或

测量设备，对接地故障和短路故障有较好的适应性，

但对高阻抗故障和部分接地故障的定位方面达不到理

想的效果，定位精度还会受到故障位置和故障阻抗的

影响。收稿日期：2023-08-20作者简介：龙剑锐（1990—），男，四川成都人，本科，工程师，主要研究方向为配电设备运维检修。

202310254020Telecom Power Technology

272 波动法是利用电网故障时电压和电流波动特征

进行定位的方法，故障时电压和电流波形会发生明显

变化，分析波形可以确定故障点的位置，需要结合数

字信号处理技术和故障模式识别算法来提取波动信号

的特征，并将其与预先建立的故障数据库进行比对，

从而实现故障定位。该定位方法具有较高的定位精度，

对于不同类型的故障都有较好的适应性，可以结合故

障特征进行多参数分析，提高定位准确度，但需要准

确的电网拓扑和阻抗参数信息，复杂电网结构和大规

模电网的应用还存在许多问题。

基于模型的方法使用配电网的模型进行故障定

位，需要通过建立配电网的数学模型，结合实时测量

数据，采用算法和优化技术计算故障位置。该方法可

以利用电网模型进行较精确的故障定位，对复杂电网

结构和大规模电网有较好的适应性，但需要准确的电

网参数和拓扑信息，计算复杂度较高且需要较强的计

算资源支持[2]。

传感器网络方法利用分布在配电网中的传感器

节点收集电流和电压等测量数据，并通过网络通信传

输到集中的处理单元进行故障定位。该方法实时性较

高，并能够覆盖广泛的故障区域。但需要大量的传感

器节点和网络通信设备，系统部署和维护成本较高。

2　配电网故障诊断与定位技术研究方法

2.1　配电网故障诊断系统架构设计

配电网故障诊断系统架构设计是确保配电网故

障诊断与定位技术的基础，一个合理的系统架构可以

提高研究的可行性和效率。数据采集层是系统架构的

底层，负责收集配电网中的电气参数数据。该层中，

选择ACS712电流传感器，测量精度为0.5%～1%，

测量范围有5 A、20 A、100 A等；采用ZMPT101B

电压传感器，测量精度为1%，电压范围有0～ 250 V、0～500 V等；信号采取模拟输出方式，选用

PZEM-004T功率传感器，测量精度为1%，测量范围

有0～1 000 W、0～5 000 W等；信号输出可采取

RS-485等通信协议；采用DS18B20温度传感器用于

监测电力设备温度，测量精度为0.5～0.1 ℃，温度

区间为-40～+125 ℃；采用OneWire协议进行数据

传输。传感器分布于关键节点或关键电力设备，并覆

盖整个配电网，用来获取电网的实时状态信息。

2.2　数据传输与存储

数据传输与存储层负责将采集的数据传输到中

央处理单元并进行存储。在数据传输方面，采用低功耗、

长距离的远距离无线电（Long Range radio，LoRa）通

信技术，可以实现数千米的传输距离，适用于大范围的配电网覆盖，支持大量的终端设备连接，满足配电

网中多个节点数据的传输需求，还具有良好的抗干扰

能力，适用于配电网中可能存在的复杂环境。配电网

中的传感器根据预定的采样频率采集电流和电压等电

网运行数据，利用编码和压缩技术处理采集的数据，

以减少数据的传输量和传输时间，LoRa无线通信技

术的长距离传输能力，可以确保数据可以从分布式传

感器节点传输到中央处理单元[3]。中央处理单元接

收LoRa传输的数据后，进行解码和解压，恢复原始

的电网参数数据，解码后的数据存储在数据库中，以

便后续的故障诊断与定位算法分析和处理。

2.3　数据存储与管理

文章选择InfluxDB作为数据库管理系统。该数

据库作为一种开源的时序数据库，可专用于高效存储

和查询时间序列数据，具备快速的写入和读取性能，

支持高并发和大规模数据存储需求，满足配电网实时

监测数据的存储和管理。为确保数据的安全性和可恢

复性，采用云存储进行数据备份，以华为云作为存储

服务提供商，具备较高可用性和持久性，可自动处理

数据备份和恢复操作。定期将InfluxDB中的数据备

份到云存储，以保障数据的安全性和可靠性。为了保

护数据的机密性和完整性，在数据传输和存储过程

中采用高级加密标准（Advanced Encryption Standard，

AES）技术。AES作为广泛使用的对称加密算法，可

有效提升数据的安全性和加密效率，而在数据传输

过程中则使用传输层安全性协议/安全套接字协议

（Transport Layer Security/Secure Sockets Layer，TLS/

SSL）加密数据，防止数据被篡改或窃取。同时，在

数据库中实施采用控制策略，限制对数据的访问权限，

确保只有授权人员可以进行数据的读取和修改。设计

灵活的数据管理和查询接口，以方便操作人员管理和

合集下载

配电网故障定位的方法

配电网故障定位的方法

配电网故障定位的方法

快速，准确的故障定位是迅速隔离故障和恢复供电的前提，对于维护配电网的安全运行具有重要意义。

配电网 故障 定位

快速，准确的故障定位是迅速隔离故障和恢复供电的前提，对于维护配电网的安全运 行具有重要意义。那么，如何对配电网进行快速，准确的故障定位呢？

一、配电网故障处理特点

配电网络馈线上一旦发生单相、相间、三相等短路时，设备上的F1U及时将故障信息卜传至主站系统。即变电站SCADAS系统，若变电站运行人员处理不了，再次将信息上传至上一级调度，经调度SCADAS系统分析进行定位、隔离、恢复。一般来说，配电网故障处理有以下几个特点：

（1）配电网不仪有集中在变电站内的设备，而且还有分布于馈线沿线的设备，如柱上变压器、分段开关、联络开关等。信号的传输距离较远，采集相对比较困难，而且信号具有畸变的可能性，如继电器节点松动。开关检修过程中的试分/合操作及兀’U本身的误判断等都会干扰甚至淹没有用信号，导致采集到的信号产生畸变。

（2）配电网设备的操作频度及故障频度较高，因此运行方式具有多变性，相应的网络拓扑也具有自身的多变性。

（3）配电网的拓扑结构和开关设备性能的不同。对故障切除的方式也不同。如多分段干线式结构多采用不具有故障电流开段开关和联络线开关，故障由变电站的断路器统一切断，这种切除方式导致了停电范围的扩大。

配电网故障定化是配电网故障隔离、故障恢复的前提，它对于提高配电网的运行效率、改善供电质量、减小停电范围有着重要作用。

二、配电网故障定位的方法

1、短路故障定位技术方法

配电网系统中短路故障是指由于某种原因，引起系统中电流急剧增大、电压大幅下降等不利运行工况，同时该故障发生后会进一步引发配电网系统中变配电电气设备损坏的相与相、相对地间的大电流短接故障。按照短路发生部位，可以分为三相短路、两相短路、两相对地短路、以及单相对地短路故障。由于配电网发生短路故障后，其电流、电压等特征故障参量较为明显，故障定位技术方法的实现相对较为简单，工程中最常用的是“过电流法”。

配电网中基于人工智能的智能故障检测与定位研究

配电网中基于人工智能的智能故障检测与定位研究

配电网中基于人工智能的智能故障检测与定位研究

摘要：配电网自动化系统基本组成主要包括传感器、动作开关等方面，并同时涉及保护设备、配电网系统与通信系统。以上系统运行中，基本要求辅助大量自动化开关。因此，实际运行期间，配电网自动化系统便极容易出现各类开关故障，需企业和工作人员针对开关故障做好处理。另外，针对设备开展日常维护，强化故障问题的事前防控，降低故障问题的发生概率。

关键词：配电网；人工智能；智能故障检测；定位研究

中图分类号：G642

文献标识码：A

引言

通过大量的研究分析，可以得知配网设备中的故障问题一般发生在配电系统中，但是由于大多数故障问题发生在不同区域，因此需要设计一定的故障自动诊断方法。如果不能及时解决配网中的故障问题，可能会威胁民众的人身安全。因此如何实现配网设备故障的自动诊断，并最大限度地保证用户的稳定用电成为目前亟待解决的问题。如果配网出现故障问题，在配网线路的影响下，同时随着环境和其他因素的干扰，配网设备的继电保护设备不可避免地会被启动，配网设备在故障期间的信息传输也会受影响，并增加配网工作人员的工作量。因此，为了实现快速诊断配网故障，就需要在一定程度上脱离工作人员的实时诊断，使配网设备能进行自动诊断。

1配网自动化系统常见问题

1.1计划和设计问题 配网自动化系统建立、设计、施工与完成，牵扯到多方面、多部门、多行业的工作内容，因为其建设和施工过程非常复杂，涉及面广，所以容易出现部门、行业之间的配合、差异和协调问题，难以达到总体的一致性，这对于规划、设计和建设方面都有一定影响。若不能统一规划，协调一致，其自身的优点和作用很难得到充分体现，就会丧失其应有的作用。

1.2开关型号问题

开关设备控制、远程遥控、操作、故障检测与处理等方面，在配网自动化系统中是实现自动化管理的关键。因为开关设备具有较大作用，所以配电网络系统对开关设备的制造和质量有着很高要求。目前，我国开关设备的制造和质量还不能满足配网自动化系统自动化管理所需，远不及发达国家，要想达到配网自动化系统的管理需要，还有很长一段路要走。

10kV配电网故障定位分析与发展

10kV配电网故障定位分析与发展

２０１　３年第３２期　（总第２７５期）　中阂高耨竣术／止、业　ｌ　｛ｋ＾¨ｊ　０一　￡“　＃＃Ｐ　｛§￡Ｉ　ＮＯ．３２．２０１　３　（ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｔｙＮＯ．２７５）　ｌ０ｋＶ配电网故障定位分析与发展　张晓枫　（长春电力集团有限公司，吉林长春１３００００）　摘要：　“智能电网”是电网未来发展的重要趋势和巨大机遇，而配电网是供用电里一个非常重要的环节，在　智能电网建设中担当重要角色，提高其稳定性能够创造极高的经济效益和社会效益。因此随着智能电网工作　的不断开展、绿色清洁能源并入电网和提高供电可靠性等各方面需求的迫切增长，配电自动化的建设将成为　今后工作的重点，其中配电网故障定位作为实现配电自动化的基础备受关注。　关键词：配电网；故障定位；智能电网　中图分类号：ＴＭ７１　４　文献标识码：Ａ　文章编号：１　００９—２　３７４（２Ｏ１　３）３２—０１　３４—０２　配电网受其特殊的网络结构等因素影响，使得其在输　电网中较为成熟，故障定位技术不能直接引入到配电系　统的故障定位当中，这样配电网故障定位技术的发展就成　为制约电力系统可靠性提高及电能质量改善的重要因素。　为此，国内外学者围绕配电网故障定位技术展开了深入研　究，提出了多种定位方法。　１配电网故障定位的难点　研究适合于配电网的故障定位算法，须明确配电系统　自身的特点。配电网故障定位过程中主要有如下五点因素　需要考虑：　（１）配电馈线容易受各种情况影响而发生故　障，如不利气候、设备故障、交通事故等，因此发生故障　的几率很大；　（２）配电网拓扑结构多为辐射型，主干线大　都带有分支线及子分支线，使得对网络的等效化简及故障　排查变得更为复杂；　（３）通常情况下配电网中三相线路并　不对称，因而输电网中常用的基于对称分量法的故障定位　算法不能直接引用到配电网，配电网故障处理算法最好采　用三相不对称参数；　（４）频繁的不对称倒闸操作，可能　会使系统不对称程度加大，也会使得配电网的运行方式不　确定，出现同一系统在不同时刻的网络拓扑发生变化的情　况，为配电网故障定位技术提出新的挑战；　（５）配电网的　负荷类型并不确定，有单相、两相及三相之分，同时负荷　随时问的波动性较大，使得负荷模型的选择成为影响定位　算法性能好坏的重要因素。　这样，对配电网故障定位技术而言，需尽可能地考虑　配电网自身的特点，吻合配电网的实际状况，不能因追求　自动化而盲目自动化，定位算法要有广泛的适应性。只有　１３４　这样才能更加准确、快速地定位故障，以缩短用户的停电　时间，降低故障对系统的危害。　２配电网故障定位配电网故障定位方法　国内外学者针对配电网故障定位问题已做了大量的研　究工作，归纳起来大致有如下四类方法：　２．１图论分析法　图论分析法是以配电网的结构及ＦＴＵ监测到的馈线开关　信息为基础发展起来的一类故障定位方法，分矩阵法和过　热弧搜寻法两类。　２．２过热弧搜寻法　该方法将配电网的故障定位问题转换为过热弧的搜寻　问题。将配电馈线按线路潮流方向定义成有向弧，馈线开　关看作弧的顶点，弧的负荷即为馈线的供出负荷，顶点的　负荷则为流过开关的电流，由此建立与实际系统相对应的　变结构耗散网络。通过归一化负荷ｃ弧负荷与其额定负荷之　比乘以１００，是否大于１００来判断过热区域，大于１００的区域　为过热区域，即故障区域。在过热弧搜寻索法中增加了最　小配电区域分离的过程，可以在故障信息不完备的情况下　对多电源并列供电系统进行故障定位：过热区域搜索法则　从区域的耗散电流入来定位故障。过热弧搜寻法具有原理　简单、可判断故障程度等优点，但其可靠性依赖于区域额　定负荷或额定电流的计算，应用相对复杂。　２．３暂态分析方法　暂态分析法主要通过挖掘系统参数与暂态频率或由网　络结构改变（包括配电网能量分配的变化）而产生的行波　速度之间的关系来定位故障。

配电网故障的识别与定位方法

配电网故障的识别与定位方法

配电网故障的识别与定位方法

摘要：在配电网运行过程中，确保线路故障的快速检测与定位，既是规避大面积停电事故的关键基础，又是保障配电网供电可靠性与稳定性的重要前提。对此，从国内外配电网选线、定位技术研究与发展现状出发，对现有配电网故障识别及定位方法进行分析，研究其存在的问题和不足，提出一种基于交流定位法和直流定位法优势互补的综合故障识别理论，并借助仿真试验验证其可行性，最终有效提升配电网故障处理效率，保障我国配电网的持续稳定运行。

关键词：配电网；故障识别；故障定位；交直流综合法

引言：近年来，伴随着人们生活水平的显著提高，对于供电可靠性、稳定性的要求越来越高，如何保障电能质量以及配电网的持续稳定运行，始终是配电网运维管理人员面临的核心问题。其中，在配电网系统中，以单相接地故障发生频率最高，当此类故障发生时，虽不会对系统正常工作产生较大影响，但长时间的带故障运行往往会影响配电网系统的安全性，增大系统的事故风险。因此，需在配电网故障发生后快速进行故障识别与定位，进而一方面降低因配电网故障所致的电力企业损失，另一方面帮助管理人员制定科学的故障解决方案。

1 国内外配电网故障识别与定位研究发展现状

1.1配电网故障识别研究发展现状

伴随着现代科学技术的不断发展，对于配电网故障诊断技术的研究也逐渐深入，形成了多种配电网故障识别与定位理论。其中，由于不同国家配电网存在差异，其所采用的配电网故障识别方法也不尽相同。例如，日本配电网中性点接地以高电阻或不接地两种方式为主，因此其多采用零序过电流法来切除故障线路；法国配电网系统中性点经消弧线圈接地，故采用零序导纳法来解决故障选线问题。而对于我国，包括零序电流功率法、谐波法、注入信号法在内的故障识别手段均较为常见，但其实际应用效果却不够明显。同时，针对不同配电网故障类型，我国一些专家设计研制了相应的自动选线装置，但误判错判问题仍较为严重。因此，由监控人员现场检查以确定故障线路，仍是当前配电网故障识别的主要方法。