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摘要：针对传统配网故障定位方法存在操作复杂度高、配置设备成本投入高和故障定位效果差的问题，文章对基于故障指示器的配网故障定位方法进行了研究，该方法引入电网有向图思想，利用主站接收到的故障指示器动作信号构造节点与支路关联矩阵，将关联矩阵与电网有向图中的电流向量进行乘法运算得到故障判断结果，通过结果数据分析可精准定位故障所在区段。通过实际应用仿真，配网故障精准定位方法可准确定位故障发生点，具有广阔应用前景。
关键词：配网故障定位;故障指示器;电网有向图
0引言
配电网是电能输送到用户的重要通道，与电力用户的社会经济生产生活密不可分，因此配电网的稳定性直接关系到用户的用电质量，配网正成为我国电网建设的核心环节。然而，随着社会经济的快速发展，城市和人口规模的不断扩大，配网正从过去单一的供电侧末端网络发展成为具有的多个分布式电源的复杂供电网络，导致配电网内的各种保护与控制设备无法做到准确整定，造成了配电网故障时无法精准定位故障发生位置，为故障的切断与维修带来难题。
因此，如何精准定位配网故障发生位置成为电网研究的热门课题，目前在配网自动化建设过程中，主要通过智能馈线终端进行信号遥测来确定配网故障发生位置，但上述方法中不仅智能馈线终端造价昂贵不利于广泛应用，同时该方法还存在故障定位时间过长和定位精度较低的问题。针对上述问题，本文将利用故障指示器与电网有向图相结合的方法实现配网故障的精准定位，以期为配网的稳定运行提供技术支持。
1故障指示器概述
故障指示器（FI）研发于二十世纪八十年代的德国，主要用于电力线路中指示故障电流，通过指示的方式，帮助电网工作人员查找故障，减少故障巡线的查找时间。根据配网接线方式可将配网故障指示器类型分为：架空线路故障指示器、架空线路故障指示器和面板型故障指示器。通常情况下，故障指示器由探头和故障集中器组成，架空线路故障指示器悬挂安装于架空线路，当有故障发生时，探头检测到故障时，通过探头上的无线发射装置将故障信号发送到故障集中器中，故障信息通过故障集中器远程传输至主站进行数据处理。电缆线路故障指示器通常安装于配网开关柜和环网柜，其工作原理及构造与架空线故障指示器类似，将探头卡在电缆线路上进行电压、电流的检测，并直接通过通信接口进行远程传输信号，电缆线路故障指示器通常利用光纤进行信号传输。面板型故障指示器与上述两种故障指示器的组成以及工作方式都不同，通常情况下面板型故障指示器由主机和传感器两部分组成，安装于配网的环网柜、电力分支箱和箱式变压器上，上述主机具有和故障指示器功能相对应的操作界面，可实现自检、测试、复位以及故障定位操作。
2 基于故障指示器的配网故障精准定位研究
2.1电网有向图概述
在工程应用中，所有的应用图都可用点和线组成的集合进行表示，其中点用来表示有形或无形的事物，而线用来表示各事物之间的联系。在进行应用图的网络拓扑结构研究时，用树表示其中支路和顶点的集合，而有向图是指带有方向信息的节点以及支路的集合，即带有方向信息的树就是有向图，每个应用图的树并不是只有一种选择，只要树包含应用图中的所有頂点即可，通常情况下若应用图中包含m个节点，则其树中包含m-1条支路。
配网电路也可用上述有向图进行表述，通过节点和支路抽象的表现了与原电网络具有相同的连接方式的几何图形，突出了电路的结构特征。某简单电路的电路图如图1所示。
如图1所示，某简单电路中包含4个电路节点和5条电路支路，每条支路上都包含两端型电力元件，为突出该电路的线路结构，将该电路图进行有向图转换后可去除每条支路中的电力元件得到该电路的应用图，某简单电路的应用图如图2所示。
如图2所示，在该应用图中选取节点2作为有向图树的顶点进行有向图构造，某简单电路有向图树如图3所示。
上式1中，aij表示节点i与支路j的关联性，当支路j从节点i流出则aij取值-1;当支路j从节点i流入则aij取值1;当支路j与节点i物管则aij取值0。
2.2基于故障指示器的配网故障定位原理
根据上文可知，每个电路有向图都有与之相对应的节点-支路关联矩阵A，该矩阵维数为m×b，其中b表示有向图中包含的支路数。本文研究中，为使上述关联矩阵中各行元素相互独立，将在有向图中选取参考节点对管理矩阵进行降维处理记为A’。某实验电路有向图如图4所示，
若上述实验电路发生短路故障，故障点将通过电源点与大地形成通路，为在有向图中描述这种变化，将在各节点与参考节点之间增加短路支路，短路后实验电路的有向图如图5所示。
上式（4）中i’表示短路故障发生前各支路电流，ic表示故障支路电流。若故障电流为0，该式即为系统正常运行时的支路电流方程;若系统出现短路故障，该式即为含短路通路的支路电流方程。
2.3配网故障定位容错机制
分布式电源接入配电网时，电流己不再单一的由树根电源点单向流往负荷。当发生短路故障时，除了树根处的电源向故障点提供短路电流外，分布式电源也可能向故障点输出短路电流，因此从有向图的角度上看，有向图中边的方向己不能确定。但配电网中分布式电源通常为逆变型，所提供的短路电流比较小，可能难以触发故障指示器动作，为此在研究有分布式电源的配网时，要进行容错分析，即触发故障指示器动作的短路电流中必定有很大一部分来自树根处的电源点，从树根到故障点的路径必是唯一的，故可假定故障处的短路电流全部由树根电源点提供，并以此为电流参考方向。当故障指示器动作，且检测到的故障电流方向与参考方向一致时，故障指示器判断后上传动作信息，并设该线路的电流值为1;当故障指示器动作但检测到的故障电流方向与参考方向相反或故障指示器不触发动作时，不上传动作信息，则设此时该线路的电流值为0。 2.4故障定位流程
根据上文分析可知，基于故障指示器的配网故障精准定位流程步骤为：
1）故障指示器检测到故障信号触发指示器动作，故障指示器将动作信息远程上报给配网调度中心。
2）配网调度中心根据收集的故障指示器动作信息进行基本定位处理，求解计算出故障的基本区段。
3）调度中心的控制程序通过识别基本区段，包括正常运行在内的多种线路运行情况，并对其进行容错性分析。
4）通过容错分析，计算出重合度最高的故障电流向量，因而最终确定概率最高的配电网运行倩况。
5）根据结果分析，若线路处于正常运行状态，则定位程序再次回到休眠状态，直到下次接收到故障指示器触发动作信号;若线路有故障情况，将精确故障区段发送给工作人员。
3 应用仿真
为验证上述研究的故障定位方法的可靠性，通过对含有光伏发电的配网系统进行了方法应用仿真。含分布式电源的故障仿真如图7所示。
上图所示的配网中包含19个故障指示器，分别安装于配网各处，在FI15与FI16之间装有光伏发电装置，因该装置发电功率较大，因此在发生配网故障时可触发故障指示器动作。模拟故障发生在FI10以及FI7后段，配网调度中心根据故障指示器动作信息统计结果如表1所示。
根据表1所示结果，当故障发生过后，编号1-7、9和10号故障指示器发出正向动作信息，编号12、13和15号故障指示器发出反向动作信息，再结合故障电流ic的取值可准确判断出配电网的FI10以及FI7后段发生故障，准确定位了配网故障发生位置，具有广阔的应用前景。
4 結语
本文提出了基于故障指示器的配网故障精准定位方法，该方法引入了电网有向图思想，并结合配网故障定位容错机制能够有效去除常规故障指示器误动作信息，实现配网故障的精准定位，有效减少了故障定位时间，避免了配网故障造成重大的财产经济损失，为电网的智能发展提供了技术支持。
【参考文献】
[1]谢莹.智能配网故障快速定位方法研究[J].技术与市场，2018，25（04）：94-95.
[2]周经纬，邓国明，阳细斌.配网故障快速定位的基本方法分析及故障指示器的应用[J].机电信息，2015（36）：41+43.
[3]刘名建，吴猛，李红军，郭建昆，陆立夫，杨东毅.基于故障指示器的配网故障监控管理模型的研究[J].通信电源技术，2015，32（04）：120-121+146.
关键词：配网故障定位;故障指示器;电网有向图
0引言
配电网是电能输送到用户的重要通道，与电力用户的社会经济生产生活密不可分，因此配电网的稳定性直接关系到用户的用电质量，配网正成为我国电网建设的核心环节。然而，随着社会经济的快速发展，城市和人口规模的不断扩大，配网正从过去单一的供电侧末端网络发展成为具有的多个分布式电源的复杂供电网络，导致配电网内的各种保护与控制设备无法做到准确整定，造成了配电网故障时无法精准定位故障发生位置，为故障的切断与维修带来难题。
因此，如何精准定位配网故障发生位置成为电网研究的热门课题，目前在配网自动化建设过程中，主要通过智能馈线终端进行信号遥测来确定配网故障发生位置，但上述方法中不仅智能馈线终端造价昂贵不利于广泛应用，同时该方法还存在故障定位时间过长和定位精度较低的问题。针对上述问题，本文将利用故障指示器与电网有向图相结合的方法实现配网故障的精准定位，以期为配网的稳定运行提供技术支持。
1故障指示器概述
故障指示器（FI）研发于二十世纪八十年代的德国，主要用于电力线路中指示故障电流，通过指示的方式，帮助电网工作人员查找故障，减少故障巡线的查找时间。根据配网接线方式可将配网故障指示器类型分为：架空线路故障指示器、架空线路故障指示器和面板型故障指示器。通常情况下，故障指示器由探头和故障集中器组成，架空线路故障指示器悬挂安装于架空线路，当有故障发生时，探头检测到故障时，通过探头上的无线发射装置将故障信号发送到故障集中器中，故障信息通过故障集中器远程传输至主站进行数据处理。电缆线路故障指示器通常安装于配网开关柜和环网柜，其工作原理及构造与架空线故障指示器类似，将探头卡在电缆线路上进行电压、电流的检测，并直接通过通信接口进行远程传输信号，电缆线路故障指示器通常利用光纤进行信号传输。面板型故障指示器与上述两种故障指示器的组成以及工作方式都不同，通常情况下面板型故障指示器由主机和传感器两部分组成，安装于配网的环网柜、电力分支箱和箱式变压器上，上述主机具有和故障指示器功能相对应的操作界面，可实现自检、测试、复位以及故障定位操作。
2 基于故障指示器的配网故障精准定位研究
2.1电网有向图概述
在工程应用中，所有的应用图都可用点和线组成的集合进行表示，其中点用来表示有形或无形的事物，而线用来表示各事物之间的联系。在进行应用图的网络拓扑结构研究时，用树表示其中支路和顶点的集合，而有向图是指带有方向信息的节点以及支路的集合，即带有方向信息的树就是有向图，每个应用图的树并不是只有一种选择，只要树包含应用图中的所有頂点即可，通常情况下若应用图中包含m个节点，则其树中包含m-1条支路。
配网电路也可用上述有向图进行表述，通过节点和支路抽象的表现了与原电网络具有相同的连接方式的几何图形，突出了电路的结构特征。某简单电路的电路图如图1所示。
如图1所示，某简单电路中包含4个电路节点和5条电路支路，每条支路上都包含两端型电力元件，为突出该电路的线路结构，将该电路图进行有向图转换后可去除每条支路中的电力元件得到该电路的应用图，某简单电路的应用图如图2所示。
如图2所示，在该应用图中选取节点2作为有向图树的顶点进行有向图构造，某简单电路有向图树如图3所示。
上式1中，aij表示节点i与支路j的关联性，当支路j从节点i流出则aij取值-1;当支路j从节点i流入则aij取值1;当支路j与节点i物管则aij取值0。
2.2基于故障指示器的配网故障定位原理
根据上文可知，每个电路有向图都有与之相对应的节点-支路关联矩阵A，该矩阵维数为m×b，其中b表示有向图中包含的支路数。本文研究中，为使上述关联矩阵中各行元素相互独立，将在有向图中选取参考节点对管理矩阵进行降维处理记为A’。某实验电路有向图如图4所示，
若上述实验电路发生短路故障，故障点将通过电源点与大地形成通路，为在有向图中描述这种变化，将在各节点与参考节点之间增加短路支路，短路后实验电路的有向图如图5所示。
上式（4）中i’表示短路故障发生前各支路电流，ic表示故障支路电流。若故障电流为0，该式即为系统正常运行时的支路电流方程;若系统出现短路故障，该式即为含短路通路的支路电流方程。
2.3配网故障定位容错机制
分布式电源接入配电网时，电流己不再单一的由树根电源点单向流往负荷。当发生短路故障时，除了树根处的电源向故障点提供短路电流外，分布式电源也可能向故障点输出短路电流，因此从有向图的角度上看，有向图中边的方向己不能确定。但配电网中分布式电源通常为逆变型，所提供的短路电流比较小，可能难以触发故障指示器动作，为此在研究有分布式电源的配网时，要进行容错分析，即触发故障指示器动作的短路电流中必定有很大一部分来自树根处的电源点，从树根到故障点的路径必是唯一的，故可假定故障处的短路电流全部由树根电源点提供，并以此为电流参考方向。当故障指示器动作，且检测到的故障电流方向与参考方向一致时，故障指示器判断后上传动作信息，并设该线路的电流值为1;当故障指示器动作但检测到的故障电流方向与参考方向相反或故障指示器不触发动作时，不上传动作信息，则设此时该线路的电流值为0。 2.4故障定位流程
根据上文分析可知，基于故障指示器的配网故障精准定位流程步骤为：
1）故障指示器检测到故障信号触发指示器动作，故障指示器将动作信息远程上报给配网调度中心。
2）配网调度中心根据收集的故障指示器动作信息进行基本定位处理，求解计算出故障的基本区段。
3）调度中心的控制程序通过识别基本区段，包括正常运行在内的多种线路运行情况，并对其进行容错性分析。
4）通过容错分析，计算出重合度最高的故障电流向量，因而最终确定概率最高的配电网运行倩况。
5）根据结果分析，若线路处于正常运行状态，则定位程序再次回到休眠状态，直到下次接收到故障指示器触发动作信号;若线路有故障情况，将精确故障区段发送给工作人员。
3 应用仿真
为验证上述研究的故障定位方法的可靠性，通过对含有光伏发电的配网系统进行了方法应用仿真。含分布式电源的故障仿真如图7所示。
上图所示的配网中包含19个故障指示器，分别安装于配网各处，在FI15与FI16之间装有光伏发电装置，因该装置发电功率较大，因此在发生配网故障时可触发故障指示器动作。模拟故障发生在FI10以及FI7后段，配网调度中心根据故障指示器动作信息统计结果如表1所示。
根据表1所示结果，当故障发生过后，编号1-7、9和10号故障指示器发出正向动作信息，编号12、13和15号故障指示器发出反向动作信息，再结合故障电流ic的取值可准确判断出配电网的FI10以及FI7后段发生故障，准确定位了配网故障发生位置，具有广阔的应用前景。
4 結语
本文提出了基于故障指示器的配网故障精准定位方法，该方法引入了电网有向图思想，并结合配网故障定位容错机制能够有效去除常规故障指示器误动作信息，实现配网故障的精准定位，有效减少了故障定位时间，避免了配网故障造成重大的财产经济损失，为电网的智能发展提供了技术支持。
【参考文献】
[1]谢莹.智能配网故障快速定位方法研究[J].技术与市场，2018，25（04）：94-95.
[2]周经纬，邓国明，阳细斌.配网故障快速定位的基本方法分析及故障指示器的应用[J].机电信息，2015（36）：41+43.
[3]刘名建，吴猛，李红军，郭建昆，陆立夫，杨东毅.基于故障指示器的配网故障监控管理模型的研究[J].通信电源技术，2015，32（04）：120-121+146.