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[摘 要]为了完善配电网故障诊断及处理策略，以相间短路故障为例，着重分析开闭环情况、DG适应范围、FTU方向情况、故障信息健全情况，拟定不同的故障定位方法进行判断。其中每一种定位方法都增加了容错故障定位，形成了较为完整的故障判断方案，并提出了不同情形下的故障处理流程。某情形实践应用结果显示，本研究方案能够准确定位故障位置，并生成有效处理方法。
[关键词]故障判断;故障处理;相间短路故障
[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）07–0–02
Research on Judgement and Treatment Method of Phase-to-phase Short Circuit Fault in Distribution Automation System
Zhang Yi-xin
[Abstract]In order to improve the fault diagnosis and treatment strategy of the distribution network， taking the phase-to-phase short-circuit fault as an example， it focuses on the analysis of the open and closed loop conditions， the DG adaptation direction， the FTU direction， and the fault information status， and draws up different fault location methods for judgment. Among them， each positioning method adds fault-tolerant fault location to form a relatively complete fault judgment plan， and proposes fault handling procedures in different situations. The practical application results of a certain situation show that this research scheme can accurately locate the fault location and generate effective treatment methods.
[Keywords]fault judgment; fault handling; phase-to-phase short-circuit fault
1 配电网简化结构
按照区域不同，可以将配电网区域划分为两部分：
（1）监控区域。该区域主要由末梢节点或者监控节点组成，通过测试负荷转移情况，从而判断自动化系统是否发生故障，对于故障区域直接采取隔离处理。
（2）监测区域。该区域由末梢节点或者监测节点组成，一旦监测结果显示当前节点发生故障，可以立即对故障位置进行定位。
由于监测区域缺少遥控设备配置，所以在确定故障区域以后，还需要采用人工定位方式，寻找具体故障位置，导致维修效率难以提升。因此，本研究以监控区域作为相間短路故障判断研究对象，简化配电网结构，将配电网拆分为多个监控区域，分别观察各个区域内负荷转移情况，做出准确故障判断。
2 配电自动化系统中的相间短路故障判断
2.1 相间短路故障判断流程
相间短路故障是配电自动化系统运行期间比较常见的故障，由于引发故障的因素较多，为了较为全面地分析故障，作出准确判断，本研究设定了不同情形。针对每一种情形，合理运用故障定位判断方法，得出相应判断结论，相短故障判断流程如图1所示。以开闭环情况、DG适应范围、FTU方向情况、故障信息健全情况，拟定不同的故障定位方法进行判断。其中，每一种定位方法都增加了容错故障定位。
3 故障定位方法
3.1 故障定位方法1
该方法针对配电网开环运行状况，假如监控区域内显示某个端点处出现短路情况，而其他端点并未显示此类问题，那么在接收到短路电流信号以后，判定监控区域内线路存在相间短路故障。假如在此期间，其余端点同样出现同类问题，并返回短路电流信号，则判定当前监控区域不存在相短故障。
3.2 故障定位方法2
这一方法针对配电网闭环运行状况，假如监控区域内产生故障功率指引方向均为区域内部，则认为在监控区域内出现了相短故障。假如存在任意一个或者多个区域的短路断流故障功率指引方向为外部，则判定当前监控区域不存在相短故障。这种故障定位方法对于区域内的故障可以准确定位。
配电网实际作业期间，伴随着多重故障情形，需要分别对区域内和区域间的故障进行判断。其中，区域内的相短故障，除了晚辈与长辈关系区域故障以外，其他故障都比较容易判断，根据故障信号发出端点进行确定。而这种特殊关系区域故障，则需要识别所有接地位置故障，经过多重判断，最终推理出具体故障线路。
3.3 故障定位方法3
这一方法适用于自动化终端配备方向元件情形，主要采用分布式电源与重合闸脱网特性，判断当前监控区域是否发生故障。假设断路器延迟3.0 s左右重合闸，当线路产生故障，为了保护线路安全，装置立即跳闸。经过2 s后，线路中馈线部分DG完全脱离电网，持续1 s左右重合。如果此故障为瞬间发生类型故障，则采取措施，恢复全馈线的供电即可。如果并非瞬间故障，而是永久性故障，则配电网作业期间再次出现跳闸现象，根据收集到的故障信息，判定故障并非由DG引起，按照故障定位规则，确定具体故障位置。 3.4 容错故障定位
考虑到配电网作业环境比较复杂，在判断故障位置时，可能会出现短路电流错报、漏报等情况，所以需要对故障定位判断采取容错处理。如果返回短路电流信号准确率在95%以上，则认为当前故障定位判定结果较为可靠，可以作为配电网故障诊断参考依据。
4 相间短路故障处理方法
通过查阅大量文献资料，关于相短故障的处理，需要根据当前配电网线路的具体状况，采取相应处理措施。本文通过整理文献资料，概述5种常用的故障处理方法，如图2所示。
图2中，根据故障定位判断结果，分析当前故障是否在线路上、与零序电压越限关系、是否为模式化接线内故障、是否可以生成短时恢复策略、能否生成即时恢复策略5种情形下的故障情况。依据判断结果，采取相应的故障处理措施。
5 案例分析
5.1 工程配电网
本文以某配电工程为例，通过预测开关负荷值，从而做出电网相间短路故障判断。该工程变电站出线开关10个，记为S1～S10。其中，架空线路7条，S3～S9，其余线路为电缆线路。B1～B15为环网柜馈出开关，A1～A50为线路分段开关，S6～S9所带馈线连接到一起，将线路拆分为3段，形成3联络模式。另外，线路中连接了两个分布式电源，装置容量满足供电需求。
5.2 故障诊断及处理
假设：电缆线路和架空线路额定载流量分别为600 A、560 A。配电网发生故障后，通过预测修复时期内的环网柜馈出开关负荷，探究不同情形下的配电网故障情况，并提出一些故障处理方法。其中，负荷预测值，见表1。
本文以“多重区域相短故障”情形为例，判断本工程配电网故障。
假设端点A2、A1、A37、S9围成区域内发生相短故障，分别预测S10、S2、S1馈线负荷，得到结果见表1，S6～S9接线方式为三分段三联络，支持模块化故障判断。假设线路修复需要4h，控合、控分根据负荷预测结果设定。
5.2.1 故障定位
当前故障线路为开环状态，情形1中，没有接入分布式电源，收到故障电流信息端点包括S9、A1、S1，返回的各条故障信息之间不存在相互矛盾情况，所以运用故障定位方法1进行判定即可。
5.2.2 供电恢复
对于开关S9线路，采取模块化恢复处理策略，将配电网拆分为多个模块，控合A46和A47，同时直接控分A39。对于开关S1，根据4h内线路馈线负荷预测数据，采取控合、控分操控处理，其中，控合A6、A9，控分A4。
6 结束语
相短故障作为配电网供电问题产生主要缘由，需要根据配电网线路基本条件，判断不同条件下的故障产生情况。本文提出了3种故障定位方法，并采取容错定位处理，通过整理文献资料，设计多情形下的故障处理流程。实践应用中，以某情形为例，根据收集的故障电流信息，确定故障位置，结合负荷预测结果，提出控合、控分操控处理方案。
参考文献
[1] 童晓阳，张绍迅.基于灰色关联度的配电网故障区段定位与类型识别方法[J].电力系统自动化，2019，650（4）：161-172，211.
[2] 王栋悦，谷怀广，魏书荣，等.基于机电信号融合的DFIG定子绕组匝间短路故障诊断[J].电力系统自动化，2020，44（9）：171-178.
[3] 杜海莲，苗詩瑜，杜文霞，等.改进主元分析方法及数据重构在工业系统中的故障诊断研究[J].南京理工大学学报，2019，43（1）：76-81，89.
[关键词]故障判断;故障处理;相间短路故障
[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）07–0–02
Research on Judgement and Treatment Method of Phase-to-phase Short Circuit Fault in Distribution Automation System
Zhang Yi-xin
[Abstract]In order to improve the fault diagnosis and treatment strategy of the distribution network， taking the phase-to-phase short-circuit fault as an example， it focuses on the analysis of the open and closed loop conditions， the DG adaptation direction， the FTU direction， and the fault information status， and draws up different fault location methods for judgment. Among them， each positioning method adds fault-tolerant fault location to form a relatively complete fault judgment plan， and proposes fault handling procedures in different situations. The practical application results of a certain situation show that this research scheme can accurately locate the fault location and generate effective treatment methods.
[Keywords]fault judgment; fault handling; phase-to-phase short-circuit fault
1 配电网简化结构
按照区域不同，可以将配电网区域划分为两部分：
（1）监控区域。该区域主要由末梢节点或者监控节点组成，通过测试负荷转移情况，从而判断自动化系统是否发生故障，对于故障区域直接采取隔离处理。
（2）监测区域。该区域由末梢节点或者监测节点组成，一旦监测结果显示当前节点发生故障，可以立即对故障位置进行定位。
由于监测区域缺少遥控设备配置，所以在确定故障区域以后，还需要采用人工定位方式，寻找具体故障位置，导致维修效率难以提升。因此，本研究以监控区域作为相間短路故障判断研究对象，简化配电网结构，将配电网拆分为多个监控区域，分别观察各个区域内负荷转移情况，做出准确故障判断。
2 配电自动化系统中的相间短路故障判断
2.1 相间短路故障判断流程
相间短路故障是配电自动化系统运行期间比较常见的故障，由于引发故障的因素较多，为了较为全面地分析故障，作出准确判断，本研究设定了不同情形。针对每一种情形，合理运用故障定位判断方法，得出相应判断结论，相短故障判断流程如图1所示。以开闭环情况、DG适应范围、FTU方向情况、故障信息健全情况，拟定不同的故障定位方法进行判断。其中，每一种定位方法都增加了容错故障定位。
3 故障定位方法
3.1 故障定位方法1
该方法针对配电网开环运行状况，假如监控区域内显示某个端点处出现短路情况，而其他端点并未显示此类问题，那么在接收到短路电流信号以后，判定监控区域内线路存在相间短路故障。假如在此期间，其余端点同样出现同类问题，并返回短路电流信号，则判定当前监控区域不存在相短故障。
3.2 故障定位方法2
这一方法针对配电网闭环运行状况，假如监控区域内产生故障功率指引方向均为区域内部，则认为在监控区域内出现了相短故障。假如存在任意一个或者多个区域的短路断流故障功率指引方向为外部，则判定当前监控区域不存在相短故障。这种故障定位方法对于区域内的故障可以准确定位。
配电网实际作业期间，伴随着多重故障情形，需要分别对区域内和区域间的故障进行判断。其中，区域内的相短故障，除了晚辈与长辈关系区域故障以外，其他故障都比较容易判断，根据故障信号发出端点进行确定。而这种特殊关系区域故障，则需要识别所有接地位置故障，经过多重判断，最终推理出具体故障线路。
3.3 故障定位方法3
这一方法适用于自动化终端配备方向元件情形，主要采用分布式电源与重合闸脱网特性，判断当前监控区域是否发生故障。假设断路器延迟3.0 s左右重合闸，当线路产生故障，为了保护线路安全，装置立即跳闸。经过2 s后，线路中馈线部分DG完全脱离电网，持续1 s左右重合。如果此故障为瞬间发生类型故障，则采取措施，恢复全馈线的供电即可。如果并非瞬间故障，而是永久性故障，则配电网作业期间再次出现跳闸现象，根据收集到的故障信息，判定故障并非由DG引起，按照故障定位规则，确定具体故障位置。 3.4 容错故障定位
考虑到配电网作业环境比较复杂，在判断故障位置时，可能会出现短路电流错报、漏报等情况，所以需要对故障定位判断采取容错处理。如果返回短路电流信号准确率在95%以上，则认为当前故障定位判定结果较为可靠，可以作为配电网故障诊断参考依据。
4 相间短路故障处理方法
通过查阅大量文献资料，关于相短故障的处理，需要根据当前配电网线路的具体状况，采取相应处理措施。本文通过整理文献资料，概述5种常用的故障处理方法，如图2所示。
图2中，根据故障定位判断结果，分析当前故障是否在线路上、与零序电压越限关系、是否为模式化接线内故障、是否可以生成短时恢复策略、能否生成即时恢复策略5种情形下的故障情况。依据判断结果，采取相应的故障处理措施。
5 案例分析
5.1 工程配电网
本文以某配电工程为例，通过预测开关负荷值，从而做出电网相间短路故障判断。该工程变电站出线开关10个，记为S1～S10。其中，架空线路7条，S3～S9，其余线路为电缆线路。B1～B15为环网柜馈出开关，A1～A50为线路分段开关，S6～S9所带馈线连接到一起，将线路拆分为3段，形成3联络模式。另外，线路中连接了两个分布式电源，装置容量满足供电需求。
5.2 故障诊断及处理
假设：电缆线路和架空线路额定载流量分别为600 A、560 A。配电网发生故障后，通过预测修复时期内的环网柜馈出开关负荷，探究不同情形下的配电网故障情况，并提出一些故障处理方法。其中，负荷预测值，见表1。
本文以“多重区域相短故障”情形为例，判断本工程配电网故障。
假设端点A2、A1、A37、S9围成区域内发生相短故障，分别预测S10、S2、S1馈线负荷，得到结果见表1，S6～S9接线方式为三分段三联络，支持模块化故障判断。假设线路修复需要4h，控合、控分根据负荷预测结果设定。
5.2.1 故障定位
当前故障线路为开环状态，情形1中，没有接入分布式电源，收到故障电流信息端点包括S9、A1、S1，返回的各条故障信息之间不存在相互矛盾情况，所以运用故障定位方法1进行判定即可。
5.2.2 供电恢复
对于开关S9线路，采取模块化恢复处理策略，将配电网拆分为多个模块，控合A46和A47，同时直接控分A39。对于开关S1，根据4h内线路馈线负荷预测数据，采取控合、控分操控处理，其中，控合A6、A9，控分A4。
6 结束语
相短故障作为配电网供电问题产生主要缘由，需要根据配电网线路基本条件，判断不同条件下的故障产生情况。本文提出了3种故障定位方法，并采取容错定位处理，通过整理文献资料，设计多情形下的故障处理流程。实践应用中，以某情形为例，根据收集的故障电流信息，确定故障位置，结合负荷预测结果，提出控合、控分操控处理方案。
参考文献
[1] 童晓阳，张绍迅.基于灰色关联度的配电网故障区段定位与类型识别方法[J].电力系统自动化，2019，650（4）：161-172，211.
[2] 王栋悦，谷怀广，魏书荣，等.基于机电信号融合的DFIG定子绕组匝间短路故障诊断[J].电力系统自动化，2020，44（9）：171-178.
[3] 杜海莲，苗詩瑜，杜文霞，等.改进主元分析方法及数据重构在工业系统中的故障诊断研究[J].南京理工大学学报，2019，43（1）：76-81，89.