基于故障指示器的配電線路故障定位算法研究與程序設(shè)計

肖開偉 許曉平 王淵 梁仕娬 田慶生 李川

摘要：近年來國內(nèi)網(wǎng)都在積極規(guī)劃和建設(shè)智能電網(wǎng)，而智能電網(wǎng)中配電線路故障定位一直是個研究的熱點和難點。其中故障定位的方法有很多，本文主要針對配電網(wǎng)中故障指示器定位的準確性一直沒有得到有效的解決，從而設(shè)計了一套故障定位算法以及故障定位程序。該算法根據(jù)故障指示器定位的原理以及云南電網(wǎng)實際線路情況，通過建立了配電網(wǎng)網(wǎng)拓撲模型，采用邏輯位置標示和故障事件集的概念，通過邏輯分析從而得出故障位置，并且判斷故障類型。其中故障事件由多條遙信抽象出來，目前該故障定位算法已應(yīng)用在云南電網(wǎng)配電線路故障監(jiān)測系統(tǒng)主站中，通過實際現(xiàn)象表明，該算法和程序在不影響線路正常工作的前提下，能夠準確地定位出故障發(fā)生的位置，并能準確判斷故障類型。該方法原理簡單，定位準確度高，成本較低，易于推廣。

關(guān)鍵詞：故障指示器；故障事件；故障定位

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.l003-6970.2017.08.024

引言

配電線路傳輸距離遠，支線多、大部分是架空線和電纜線，環(huán)境和氣候條件惡劣，設(shè)備故障和雷電等自然災(zāi)害常常造成故障率較高。一旦出現(xiàn)故障停電，首先給人民群眾生活帶來不便，干擾了企業(yè)的正常生產(chǎn)經(jīng)營；其次給供電公司造成較大損失。國家電力公司也明確提出了供電可靠性要達到99.96%的目標，提尚配電自動化是實現(xiàn)這一目標的重要保證。在提高配電自動化這一目標中，準確及時地定位故障和判斷故障是其重要內(nèi)容。

故障定位的方法可分為廣域故障區(qū)段定位法及故障測距法，前者利用多個線路終端（FTU）或故障指示器（FFt）實現(xiàn)故障定位，后者直接利用線路出口處測量到的電氣量信息計算故障距離。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在主要采用線路終端或故障指示器實現(xiàn)故障定位。本文介紹了一種基于具有通信功能的故障指示器的配電線路故障定位算法。該算法主要根據(jù)故障指示器上報的故障信號，以及故障指示器自身的邏輯位置編號，對線路進行拓撲分析，之后進行邏輯判斷，從而判斷出故障點的類型以及故障點的位置。根據(jù)主站上報故障情況和實際故障情況核對發(fā)現(xiàn)，該故障定位軟件適應(yīng)于云南電網(wǎng)故障定位監(jiān)測系統(tǒng)，具有較高的實用性。

1 配電線路中故障指示器故障定位原理

故障指示器主要安裝在線路分支點和用戶進線處，當線路發(fā)生短路故障或單相接地故障時，故障指示器自身能夠發(fā)出報警提示，從而使檢修人員迅速定位故障點[3_5]。而故障指示器也會將故障信息和自身的編號上報給主站系統(tǒng)，主站系統(tǒng)進一步通過故障定位算法并查閱對應(yīng)數(shù)據(jù)庫判斷出故障位置和故障類型，然后將其判斷信息通過短信的形式發(fā)給對應(yīng)的線路巡線人員和維修人員。當線路發(fā)生故障時，從變電站到發(fā)生故障位置之間的故障指示器會全部翻牌報警，如圖1所示，故障點發(fā)生在故障指示器16、17與故障指示器19、20之間，那么這兩條線路和變電站之間的的故障指示器均處于故障狀態(tài)，會全部翻牌報警。

2 配電線路故障定位算法

2.1 配電網(wǎng)拓撲描述模型

配電網(wǎng)拓撲模型之前大多采用傳統(tǒng)的圖論描述方法。其又可分為有向圖描述和無向圖描述。文獻就是以圖論為基礎(chǔ)知識，根據(jù)配電網(wǎng)的拓撲模型建立相應(yīng)的故障判別矩陣，根據(jù)故障判別矩陣判斷和隔離故障區(qū)段。但隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，對定位的精度要求越來越高，接入的設(shè)備也是與日倶增。再用經(jīng)典的圖論方法建立拓撲模型的話，故障信息矩陣會越來越大，顯然此方法顯得力不從心。

基于此，本文對以往的圖論算法進行改進，提出了邏輯標示的概念，標示方法為：“主線標識+主線桿塔編號+半角小數(shù)點+下一級分支標識+下一級分支桿塔編號…+末級分支標識+末級分支桿塔編號+方向標識”；“主線標識”與“支線標識”用于區(qū)分不同的主線與支線，用大寫的字母A到字母Z表示。方向標識為+或者其含義標識監(jiān)測設(shè)備相對于其所安裝桿塔的位置，+表示大號側(cè)，即相對于桿塔號走向大號桿塔號的方向，表示小號側(cè)，即相對于桿塔號走向小號桿塔號的方向。如下圖2所示。例如11.A13+表示在主線路上11號桿處有一條支線，兩條或兩條以上的支線，而其中一條支線為A支線，該套配電監(jiān)測設(shè)備安裝在A支線上13號桿處的小號側(cè)。

2.2 故障信息集

每一個故障指示器都有對用的編號，根據(jù)這些編號在數(shù)據(jù)庫中有唯一對應(yīng)的安裝信息、設(shè)備類型、設(shè)備廠家、所屬線路、所屬變電站等信息、所屬組織機構(gòu)等信息，根據(jù)這些信息再給每個設(shè)備命名其邏輯標示，這些信息叫臺賬信息，都一一的存在后臺數(shù)據(jù)庫中，如表1所示。在故障發(fā)生時對于一套配電監(jiān)測設(shè)備會產(chǎn)生一系列特有的信息，叫故障信息，如表1所幣。這些故障信息與該設(shè)備的臺賬信息構(gòu)成一了個信息元素，而整個故障事件是由若干個信息元素構(gòu)成的一個集合。信息元素構(gòu)成如表1所示：

2.3 邏輯標示查找確定故障事件

由于故障邏輯標識是由被V字符分割，分割后的結(jié)構(gòu)為“主線/支線標識+桿塔號”，該結(jié)構(gòu)稱為節(jié)點標識，其意義由電源端按照線路走線到該設(shè)備處，所必經(jīng)的一個支線耦合點，位于邏輯標識最末端的節(jié)點標識則表示，設(shè)備所安裝在當前支線的位置。由該結(jié)構(gòu)大小判定如下：1、“主線/支線標識”則節(jié)字符串的權(quán)重越大，“主線/支線標識”為空時比“主線/支線標識”為字母時大，例如：A5權(quán)重大于B6；當“主線/支線標識”為字母時，權(quán)重由八到7依次減小。2、“主線/支線標識”相同時，則“桿塔號”的值越大，則節(jié)字符串的權(quán)重越大，例如：A5權(quán)重大于A4。

邏輯標識遠近比較可以采用以下方法：1、從左往右先比較首個節(jié)點標識的權(quán)重，選取節(jié)點標識權(quán)重較大的為較遠點，例如：A5.5+與"B6.7+比較A5.5+為較遠點。當首位節(jié)點標識權(quán)重相同時，依次往后比較其后的節(jié)點標識，直到比較出其后某個節(jié)點標識不同，例如A5.5.4+，與A5.5.6-比較，A5.5.6-為較遠點。2、若某個邏輯標識與完全等同于另一個邏輯標識的前幾個節(jié)點標識，節(jié)點標識數(shù)量較多的一放為較遠點，例如A5.5.4+，與A5.5.4.6-比較，A5.5.4.6-為較遠點。3、若2個邏輯標識的節(jié)點標識完全相同，則比較方向標識，帶+方向標識的邏輯標識為較遠點。例如4A5.5.4+與4A5.5.4-比較，A5.5.4+為較遠點。

首先，將排序后的信息元素集合的第一個信息元素作為當前故障事件的第一個元素，該信息元素的實際安裝信息就是該故障事件故障電流末梢點的信息，然后通過其邏輯標識找到其靠近源點方向的上一套設(shè)備。其方法如下：先看該剩下的元素中是否有節(jié)點標識完全相同，僅方向標識不同的信息元素。之后邏輯標識按照至左向右的讀取方式，設(shè)該邏輯標識有n個節(jié)點標識，從其余信息元素的邏輯標識中查找節(jié)點標識個數(shù)同樣為n的邏輯標識，要求前n-1個節(jié)點標識完全相同且第n個節(jié)點標識權(quán)重最大的。若未找到從其余信息元素的邏輯標識中查找節(jié)點標識個數(shù)為n-1的邏輯標識，要求前n-2個節(jié)點標識完全相同且第n-2個節(jié)點標識權(quán)重最大的。若還未找到，不斷重復(fù)該步驟，直到找到一個滿足要求的邏輯標識，或者重復(fù)到第一個節(jié)點標識依然未找到，說明信息元素之前沒有其余信息元素了。當找到前一信息元素后，繼續(xù)以前一信息元素為基礎(chǔ)向前搜索，并且應(yīng)的復(fù)用次數(shù)屬性加1。直到找不到更前的信息元素。并且途經(jīng)的信息元素構(gòu)成一個故障事件。

然后，選取復(fù)用次數(shù)為0，排序最靠前的信息元素，再次搜索。此時生成第二個故障事件。不斷重復(fù)該步驟。直到所有信息元素的復(fù)用次數(shù)均不為0，此時完成遍歷。

3 故障定位算法與程序?qū)崿F(xiàn)

3.1 程序具體功能

本文根據(jù)以上理論，設(shè)計出了判定較為準確，定位時間相對較短，描述更為精確，支持同時間段多線路多支線故障的配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)。圖3為故障定位軟件具體功能框圖。

基礎(chǔ)功能模塊包括：

（1）多進程管理模塊：根據(jù)故障事件啟用和關(guān)閉多進程。

（2）遙信合并：按邏輯位置對遙信進行合并。

（3）邏輯位置排序：按邏輯位置對遙信進行排序。

（4）邏輯位置遍歷：按邏輯位置對遙信進行遍歷。

（5）數(shù)據(jù)庫訪問模塊：對數(shù)據(jù)庫執(zhí)行各種查詢。

（6）類型判定：判定故障事件的類型。

（7）故障點判定：判定故事事件發(fā)生的位置。

（8）短信發(fā)送模塊：調(diào)用webservice發(fā)送短信。

（9）短信聯(lián)系人整理：整理需要發(fā)送短信聯(lián)系人的人員名單及電話。

（10）故障事件寫入：將故障事件寫人數(shù)據(jù)庫，通過主站界面可以展示。

應(yīng)用層模塊包括：

（1）故障定位：通過對上傳故障遙信的分析，對線路的發(fā)生的實際故障事件作出整理與判定，得出與之對應(yīng)的故障類型與故障位置。

（2）故障上送：通過短信等方式將故障事件上送給需要的用戶，以便用戶及時排查故障。

3.2 故障定位算法流程

如圖4所示為故障定位算法程序流程圖，故障事件是由發(fā)生在某條配電線路上的某個點產(chǎn)生短路或接地故障組成的事件，故障事件由多條遙信抽象出來。程序設(shè)計時考慮單一^支線在10分鐘內(nèi)最多只發(fā)生一次故障時間。在流程圖中Enumx表示上一次查詢數(shù)據(jù)庫遙信數(shù)量。Enrnny表示當前查詢數(shù)據(jù)庫遙信數(shù)量。

3.3 故障事件處理

由于配網(wǎng)中線路比較多，當產(chǎn)生故障事件后需要對產(chǎn)生的故障事件進行分類。之后進行相應(yīng)處理將故障事件類型和發(fā)生位置通過短信的形式通知相應(yīng)的巡線人員和維修人員。如圖5所示為故障事件處理流程圖。首先根據(jù)線路名字整理短信聯(lián)系人，然后再收集從傳人日期時間起10分鐘內(nèi)該線路故障事件集的故障遙信，之后將故障遙信整理按支線整理成不同支線存起來，再將每個支線最末端位置邏輯位置、運行位置、故障類型儲存后生成短信發(fā)送給相關(guān)人員，最后再寫人日志和數(shù)據(jù)庫。

4 運行效果

在線路發(fā)生故障之后，故障信息經(jīng)過線路安裝的監(jiān)測終端反饋到系統(tǒng)中，然后故障定位算法將這些信息整理成故障事件信息，然后通過多種方式轉(zhuǎn)送給供電所的相關(guān)人員。如圖6所示為配電線路故障監(jiān)測系統(tǒng)主站中故障事件截圖。當故障發(fā)生后，巡線人員會受到軟件發(fā)送的短信，然后巡線人員根據(jù)短信內(nèi)容去現(xiàn)場確認故障并排除故障，目前根據(jù)巡線人員核對的故障情況表明，本故障定位算法準確度比較高，能夠節(jié)省巡線人員工作強度和工作時間，具有較高的實用價值。

5 結(jié)論

本文分析了故障指示器定位的基本原理，結(jié)合其原理和云南電網(wǎng)的實際線路情況設(shè)計了一套故障定位算法。當配電線路發(fā)生故障時，該算法能夠準確地定位出故障類型和故障位置，并通過短信的形式通知相關(guān)人員。這樣大大地縮短了停電時間，減少了巡線人員勞動強度，對提升云南電網(wǎng)配電網(wǎng)故障監(jiān)測系統(tǒng)的運行和管理綜合水平將起到重要的推動作用。