故障可視化通報(bào)系統(tǒng)在煙臺(tái)電網(wǎng)的應(yīng)用

孫祝壽，鮑忠偉，馮國(guó)強(qiáng)，廉偉，劉琳

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司煙臺(tái)供電公司，山東煙臺(tái)264000；2.濟(jì)南海興電力科技有限公司，山東濟(jì)南250101）

故障可視化通報(bào)系統(tǒng)在煙臺(tái)電網(wǎng)的應(yīng)用

孫祝壽1，鮑忠偉1，馮國(guó)強(qiáng)1，廉偉1，劉琳2

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司煙臺(tái)供電公司，山東煙臺(tái)264000；2.濟(jì)南海興電力科技有限公司，山東濟(jì)南250101）

作為智能調(diào)度輔助決策和故障實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)SDFL（Smart-dispatching Decision-support and Fault Location）的一個(gè)故障通報(bào)模塊，故障可視化通報(bào)系統(tǒng)（FaultVista）能夠提高故障的直觀認(rèn)知度，為快速查找和修復(fù)輸電線路故障提供強(qiáng)大的技術(shù)支持，有效減少故障情況下輸電線路巡檢成本，及時(shí)消除故障，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。介紹SDFL系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、基本結(jié)構(gòu)、主要功能模塊以及在煙臺(tái)電網(wǎng)的應(yīng)用效果。為進(jìn)一步提高故障定位的準(zhǔn)確性，提出對(duì)非均勻輸電線路故障定位的新計(jì)算方法，并通過(guò)大量仿真試驗(yàn)和實(shí)際故障數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。

故障定位；電網(wǎng)事故輔助決策；非均勻線路；可視化通報(bào)；地理信息系統(tǒng)

0 引言

煙臺(tái)電網(wǎng)位于山東電網(wǎng)東北部，供電面積1.3萬(wàn)km2，供電人口650萬(wàn)。經(jīng)過(guò)近年來(lái)的快速發(fā)展，形成了以500 kV電網(wǎng)為支撐，220 kV電網(wǎng)為主網(wǎng)架，輸配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)區(qū)域電網(wǎng)。網(wǎng)內(nèi)現(xiàn)有220 kV輸電線路92條，總長(zhǎng)2 411 km；110 kV輸電線路200條，長(zhǎng)度2 439 km。

因網(wǎng)內(nèi)輸電線路距離較長(zhǎng)且分支又多，再加上煙臺(tái)地形為低山丘陵區(qū)，山丘起伏和緩，溝壑縱橫交錯(cuò)環(huán)境復(fù)雜，造成工作人員查找和排除故障需要花費(fèi)較多時(shí)間，特別是在發(fā)生停電故障后，人工查找故障點(diǎn)的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于事故處理時(shí)間。

以220 kV線路為例，當(dāng)線路故障跳閘重合不成后，地調(diào)一般進(jìn)行一次強(qiáng)送（一般用時(shí)3～5 min），強(qiáng)送成功后，通知運(yùn)檢單位巡視。但是如強(qiáng)送不成，準(zhǔn)確確定故障位置因環(huán)境差異用時(shí)差別較大，一般在3～5 h左右。

智能調(diào)度輔助決策和故障實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)SDFL（Smart-dispatching Decision-support and Fault Location）應(yīng)用后，當(dāng)輸電網(wǎng)有故障發(fā)生時(shí)，故障可視化通報(bào)系統(tǒng)FaultVista結(jié)合Google衛(wèi)星地圖直觀通知調(diào)度人員準(zhǔn)確故障信息和故障位置［1］。故障定位及故障可視化展示節(jié)省運(yùn)檢人員查找確定故障位置的時(shí)間，加速故障搶修，避免輸電線路故障引起其他的經(jīng)濟(jì)損失，保證用戶(hù)正常供電、供電可靠性和區(qū)域受電能力。

1 系統(tǒng)介紹

智能調(diào)度輔助決策和故障實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)SDFL是基于EMS（Energy Management System）、GIS（Geographic Information System）和故障錄波系統(tǒng)的高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)，主要用于快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)地判斷電網(wǎng)故障性質(zhì)和進(jìn)行故障定位。當(dāng)故障類(lèi)型為線路掉閘時(shí)，將故障定位到具體桿塔編號(hào)，并顯示到衛(wèi)星地圖上，便于及時(shí)修復(fù)故障、減少停電時(shí)間，提高供電可靠性［2］。

1.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

SDFL系統(tǒng)的所有硬件設(shè)備都位于機(jī)房安全I(xiàn)I區(qū)，與位于安全I(xiàn)區(qū)的EMS系統(tǒng)通過(guò)防火墻和交換機(jī)連接交互，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

SDFL服務(wù)器上運(yùn)行SDFL應(yīng)用程序、GIS地理信息和數(shù)據(jù)庫(kù)。為了保證系統(tǒng)的安全性，GIS地理信息使用預(yù)先配置在SDFL服務(wù)器上的離線地圖，確保系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)物理隔離時(shí)能繼續(xù)使用［3］。工作站作為SDFL系統(tǒng)客戶(hù)端，位于煙臺(tái)供電公司調(diào)度大廳內(nèi)，為調(diào)度人員實(shí)時(shí)直觀展示故障信息。

圖1 SDFL系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.2 系統(tǒng)智能模塊

SDFL系統(tǒng)包括事故輔助決策系統(tǒng)（FD）、系統(tǒng)建模、歷史記錄查詢(xún)、故障定位（WebFL）、事后故障分析、故障可視化通報(bào)系統(tǒng)（FaultVista）、短信通報(bào)（SMS Report）等智能化模塊，如圖2所示。

圖2 SDFL系統(tǒng)智能模塊

2 故障定位非均勻算法

在SDFL系統(tǒng)故障定位模塊（WebFL）診斷出故障的“有”或“無(wú)”，并保證在診斷出有故障時(shí)，準(zhǔn)確計(jì)算出故障類(lèi)型、故障距離。針對(duì)煙臺(tái)電網(wǎng)220 kV線路大部分是改造線路的情況，即線路導(dǎo)線型號(hào)及參數(shù)不一的非均勻線路，為了故障定位精確度更高，在原有SDFL故障定位均勻算法的基礎(chǔ)上，新增故障定位非均勻算法：?jiǎn)味朔蔷鶆?、兩端非均勻線路故障定位算法［4］。

為了驗(yàn)證新算法的可行性及準(zhǔn)確性，選用煙臺(tái)電網(wǎng)的實(shí)際線路，把PSCAD仿真結(jié)果與新算法計(jì)算結(jié)果比較。鑒于220 kV非均勻輸電線路大部分是兩段、三段線路的實(shí)際情況，在選用仿真線路時(shí)，兩段線路選用湯新線，三段線路選用霞沈I線，四段線路選用崳沈線前四段。

2.1 PSCAD仿真與算法分析

在仿真分析時(shí)，基本流程是選定線路并分析計(jì)算線路參數(shù)，再由PSCAD建模仿真產(chǎn)生故障錄波文件，故障文件用于SDFL系統(tǒng)故障定位（WebFL），最后故障定位計(jì)算結(jié)果與PSCAD仿真結(jié)果比較分析，仿真分析流程請(qǐng)參見(jiàn)圖3。

圖3 仿真分析流程

2.2 分析過(guò)程舉例

以霞沈I線說(shuō)明PSCAD仿真與故障定位非均勻算法分析過(guò)程。

2.2.1 故障設(shè)置及仿真情況

霞沈I線為三段兩端非均勻輸電線路，兩端母線負(fù)荷初始值均為100 MW。在PSCAD中設(shè)置7處不同故障（仿真模型請(qǐng)參見(jiàn)圖4），故障位置分別為：0 km、2 km、3.2 km、13.2 km、21.84 km、26.84 km、31.80 km。每處故障位置10種故障類(lèi)型（AG，BG，CG，ABG，BCG，CAG，ABC，AB，BC，CA），3種故障電阻（0 Ω，10 Ω，50 Ω），2個(gè)故障起始時(shí)間（0.2 s，0.205 s）進(jìn)行仿真。因此需要進(jìn)行7×10×3×2=420次故障仿真，產(chǎn)生420對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)。

圖4 霞沈I線仿真模型

2.2.2 非均勻算法建模及定位分析情況

在SDFL系統(tǒng)WebFL模塊中新建兩端均勻線路“霞沈Ⅰ線01”和兩端非均勻線路“霞沈Ⅰ線”，并做好相關(guān)配置。

在將PSCAD仿真數(shù)據(jù)分別經(jīng)兩端均勻算法及非均勻算法分析計(jì)算后，進(jìn)行結(jié)果精確度比較，比較分析如下6種情況：故障電阻0 Ω，0.2 s故障起始時(shí)間；故障電阻0 Ω，0.205 s故障起始時(shí)間；故障電阻10 Ω，0.2 s故障起始時(shí)間；故障電阻10 Ω，0.205 s故障起始時(shí)間；故障電阻50 Ω，0.2 s故障起始時(shí)間；故障電阻50 Ω，0.2 s故障起始時(shí)間。

2.3 非均勻算法優(yōu)勢(shì)

經(jīng)過(guò)大量仿真分析后，證實(shí)非均勻算法較均勻算法有優(yōu)勢(shì)。相同故障位置，故障電阻越大，非均勻算法較均勻算法精度提高越明顯。同一線路模型，相同故障電阻及故障起始時(shí)間，故障位置越靠近分段節(jié)點(diǎn)處，非均勻算法較均勻算法得到的故障定位精度有明顯提高。非均勻線路各分段線路參數(shù)相差越大，非均勻算法較均勻算法精度提高越明顯。兩端均勻與非均勻算法得到的故障電阻與實(shí)際故障電阻比較均不超過(guò)0.2 Ω的誤差，精確度非常高。

3 故障可視化

3.1 信息可視化

信息可視化（Visualization）是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來(lái)，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。它涉及到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域，已成為研究數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問(wèn)題的綜合技術(shù)。

3.2 故障可視化實(shí)現(xiàn)

在SDFL系統(tǒng)故障定位模塊進(jìn)行精準(zhǔn)故障定位后，為便于調(diào)度運(yùn)行人員和檢修人員直觀的了解故障狀況，及時(shí)查找和修復(fù)故障，故障可視化通報(bào)系統(tǒng)將故障診斷結(jié)果和定位信息借助Web service和Ajax等先進(jìn)技術(shù)實(shí)時(shí)地展示于Google衛(wèi)星地圖之上，如圖5所示。

圖5 FaultVista界面展示

故障可視化通報(bào)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是基于故障定位WebFL和Google Earth／Maps的電網(wǎng)故障信息衛(wèi)星圖示通報(bào)系統(tǒng)，該模塊自動(dòng)讀取電網(wǎng)GIS系統(tǒng)輸電線路桿塔經(jīng)緯度信息并按需要的格式存儲(chǔ)于SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中。在實(shí)時(shí)運(yùn)行過(guò)程中，F(xiàn)aultVista利用Ajax和Web Service技術(shù)實(shí)時(shí)查詢(xún)故障數(shù)據(jù)庫(kù)檢測(cè)是否有故障發(fā)生，一旦檢測(cè)到故障FaultVista將調(diào)用包括故障時(shí)間、故障距離、故障類(lèi)型和故障桿塔號(hào)在內(nèi)的故障信息并將所有信息在衛(wèi)星地圖上展示出來(lái)［5］。

4 應(yīng)用效果

國(guó)網(wǎng)煙臺(tái)供電公司在應(yīng)用SDFL系統(tǒng)后，該系統(tǒng)幫助電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員快速、準(zhǔn)確判斷事故信息，結(jié)合電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)將故障線路桿塔位置自動(dòng)標(biāo)識(shí)的方式直觀明了，便于快速做出決策反應(yīng)。

SDFL系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了大量歷史實(shí)際故障數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，證明了系統(tǒng)具有良好的故障定位功能，故障定位準(zhǔn)確；同時(shí)也證明了故障可視化通報(bào)系統(tǒng)在展示故障位置方面的直觀性和實(shí)時(shí)性。如：220 kV竹寧線于2013年3月13日8∶02發(fā)生的A相對(duì)地故障，用此數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬驗(yàn)證，結(jié)果如圖6所示。

由220 kV竹寧線故障驗(yàn)證展示圖可看出FaultVista以圖表和衛(wèi)星地圖的方式展示了調(diào)度人員所需的故障信息。圖中，黃色方框代表變電站，黃色粗實(shí)線代表輸電線路，紅色氣球代表故障位置，信息窗則展示故障位置和故障類(lèi)型等故障信息：220 kV竹寧線于2013年3月13日8∶02發(fā)生故障，故障類(lèi)型為AG，距離竹林站8.26 km，桿塔編號(hào)為34。

圖6 220 kV竹寧線故障驗(yàn)證展示圖

根據(jù)需要調(diào)整地圖縮放顯示比例，放大后的效果請(qǐng)參見(jiàn)圖7，在圖中能清晰顯示桿塔。

圖7 故障展示放大效果圖

5 結(jié)語(yǔ)

SDFL系統(tǒng)采用了全新算法，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位輸電線路故障，故障可視化通報(bào)系統(tǒng)（FaultVista）基于Google衛(wèi)星地圖實(shí)現(xiàn)了故障定位可視化，此系統(tǒng)的應(yīng)用是對(duì)煙臺(tái)電網(wǎng)現(xiàn)有調(diào)度控制中心功能的重大擴(kuò)展，滿(mǎn)足了工作人員需要及時(shí)了解電網(wǎng)故障信息的需求，提高電網(wǎng)事故直觀認(rèn)知度，增強(qiáng)了電網(wǎng)智能化和信息化程度。

［1］夏濱，胡國(guó)青，袁桂華，等.智能調(diào)度輔助決策和故障實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)在德州電網(wǎng)的應(yīng)用［J］.山東電力技術(shù)，2013（4）：29-32.

［2］范新橋，朱永利，尹金良.圖形化輸電線路故障定位系統(tǒng)的研制［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012（10）：127-132.

［3］K.Zimmerman，D.Costello.Impedance-based fault location experience［C］.2005 Texas A&M Annual Relay Conference for Protective Relay Engineers，College Station，TX，April 5-7，2005.

［4］John Vasco，Liancheng Wang.An Automated Fault Location System as a Decision Support Tool for System Operators［C］. Western Protective Relay Conference，Spokane，Washington，October 21-23，2008.

［5］Hauren Lu，Leether Yao.Design and implement of distribution transformer outage detection system［C］.5th IEEE International Conference on Industrial Informatics，Vienna，June 2007.

The Application of Fault Visualization Reporting System in Yantai Power Grid

As a main functional module of the SDFL（Smart-dispatching Decision-support and Fault Location）system，the fault visualization reporting system（FaultVista）improves situational awareness，speeds up the process of finding and repairing faults. FaultVista can reduce patrolling costs of faulty transmission lines efficiently，and eliminate faults timely to ensure the stable operation of the power grid.The design，network structure，main functional modules and the application of SDFL in Yantai power grid were introduced in this paper.In order to improve the location accuracy of faults，an innovative method for nonhomogeneous lines was proposed，and its validity was verified using calculations of the simulation and the actual failure data.

fault location；power grid fault decision-support；non-homogeneous lines；visualization reporting；geographic information system

TM774

：B

：1007-9904（2014）05-0073-04

2014-08-04

孫祝壽（1973—），男，工程師，從事調(diào)控運(yùn)行管理工作。