配電網(wǎng)故障定位技術(shù)研究及實(shí)現(xiàn)

莫海峰段勇宣磊

（1.云南電網(wǎng)公司生產(chǎn)設(shè)備管理部，云南省昆明市拓東路 650011；2.昆明能訊科技有限責(zé)任公司，云南省昆明市云大西路 650206）

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的提高，社會(huì)和人民對(duì)電的依賴性也越來越高，因而對(duì)電能質(zhì)量和供電可靠性提出了比以往更高的要求。但配電網(wǎng)處于整個(gè)電力信息網(wǎng)絡(luò)的最終端，直接給用戶供電，因此，配電網(wǎng)的供電質(zhì)量和供電能力成為電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的體現(xiàn)，也有著不可估量的社會(huì)效益。

配電網(wǎng)自動(dòng)化的主要功能之一是配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化，而故障定位是配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化的重要功能。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，必須能夠準(zhǔn)確及時(shí)的確定故障位置，能夠快速隔離故障區(qū)段并恢復(fù)全區(qū)段供電，盡可能的減少因故障停電對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和群眾生活造成的影響與損失。

配電網(wǎng)故障定位是配電網(wǎng)故障隔離、故障恢復(fù)的前提，它對(duì)于提高配電網(wǎng)的運(yùn)行效率、改善供電質(zhì)量、減小停電范圍有著重要作用。但由于在之前國(guó)家對(duì)配電網(wǎng)不夠重視，投資相對(duì)比較少，使配電線路能采集到的信息量很少，在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)只能采用重合器和分段器相互配合的方式實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段的自動(dòng)隔離與恢復(fù)供電。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展逐漸增快，國(guó)際上對(duì)電力問題的關(guān)注越來越廣泛，尤其是近幾年，電力事故頻繁發(fā)生，不僅在我國(guó)，在世界范圍內(nèi)也是如此，相對(duì)來講，我國(guó)的電力事故規(guī)模與范圍相對(duì)較小，但這并不代表我國(guó)的電力水平相對(duì)較高。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展逐漸增快，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)難以滿足現(xiàn)階段電力發(fā)展的要求與社會(huì)進(jìn)步的標(biāo)準(zhǔn)，這就要求對(duì)其進(jìn)行不斷的更新與完善，目前階段，我國(guó)的各方面能源得到了有效的利用，通過西電東送、南北互供等方式來對(duì)不同資源進(jìn)行合理的應(yīng)用，在這一過程中，也提高了造成電力事故出現(xiàn)的幾率，加大了風(fēng)險(xiǎn)，為整個(gè)電力系統(tǒng)帶來一系列的問題與負(fù)面因素。想要保障電力系統(tǒng)可以安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，就應(yīng)該做好分析與預(yù)測(cè)的工作，對(duì)電力系統(tǒng)中容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)進(jìn)行分析與判斷，并做好防范措施，一旦出現(xiàn)事故，也可以及時(shí)定位，并做出應(yīng)對(duì)的處理，降低不必要的隨時(shí)，快速恢復(fù)電力系統(tǒng)的使用，這也對(duì)我國(guó)的電網(wǎng)工作提出了新的要求，對(duì)工作人員的專業(yè)水平與綜合素質(zhì)要求更加嚴(yán)謹(jǐn)，并定期對(duì)員工進(jìn)行培訓(xùn)，以此來提高工作人員的專業(yè)技能水平與責(zé)任意識(shí)。同時(shí)還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)高科技設(shè)備的應(yīng)用，通過先進(jìn)的技術(shù)來對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制與調(diào)配，從根本上提高電力系統(tǒng)的應(yīng)用能力與工作效果，及時(shí)對(duì)電力事故進(jìn)行處理。

2 配電網(wǎng)故障定位的難題

目前，因?yàn)榕潆娋W(wǎng)自身的特點(diǎn)，配電網(wǎng)故障定位就成為電力信息化系統(tǒng)迫切需要解決的難題。而它對(duì)提供供電的質(zhì)量、保證對(duì)用戶供電的可靠性等具有十分重要的意義。與主網(wǎng)相比，配電網(wǎng)具有末端隨機(jī)負(fù)荷多、線路分支多、供電半徑小等特點(diǎn)。

目前國(guó)內(nèi)大多采用人工巡線的方法來解決配電網(wǎng)故障定位問題，但實(shí)際意義不大。比如，由于配電網(wǎng)分支多，當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，一般僅變電站出口斷路器跳閘，但是發(fā)生接地故障時(shí)一般情況下不會(huì)發(fā)生跳閘，在發(fā)生接地、短路故障時(shí)，即使主干線上用了開關(guān)分段，也僅僅只隔離了這有限的幾段，但要找到具體故障位置需要耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間，根本就打不到電力企業(yè)對(duì)配網(wǎng)信息化系統(tǒng)水平的要求。這就急需要找到一種基于電力網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的新方法，用以保證能夠在故障發(fā)生后迅速精確的定位到故障位置，一方面節(jié)約了大量的人力、物力及員工時(shí)間，另一個(gè)方面也提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3 配電網(wǎng)對(duì)拓?fù)浞治龅囊?/h2>

圖論〔Graph Theory〕屬于數(shù)學(xué)研究的內(nèi)容，其主要的研究對(duì)象就是圖，圖論中的圖是由若干給定的點(diǎn)及連接兩點(diǎn)的線所構(gòu)成的圖形，這種圖形通常用來描述某些事物之間的某種特定關(guān)系，用點(diǎn)代表事物，用連接兩點(diǎn)的線表示相應(yīng)兩個(gè)事物間具有這種關(guān)系。拓?fù)鋵W(xué)是近代發(fā)展起來的一個(gè)研究連續(xù)性現(xiàn)象的數(shù)學(xué)分支。其名稱起源于希臘語Topology的音譯，該詞原意為地志學(xué)，于19世紀(jì)中期由科學(xué)家引入，當(dāng)時(shí)主要研究的是出于數(shù)學(xué)分析的需要而產(chǎn)生的一些幾何問題網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌壕W(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲笜?gòu)成網(wǎng)絡(luò)的成員間特定的物理的即真實(shí)的、或者邏輯的即虛擬的排列方式。如果兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連接結(jié)構(gòu)相同我們就說它們的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎嗤?，盡管它們各自內(nèi)部的物理接線、節(jié)點(diǎn)間距離可能會(huì)有不同。

配電網(wǎng)對(duì)拓?fù)浞治龅囊笥校?/p>

1）高效率。拓?fù)浞治龈咝灾饕w現(xiàn)在運(yùn)行過程中可以起到跟蹤的效果，在電力系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過程中，一部分場(chǎng)站的開關(guān)狀態(tài)所發(fā)生的變化并不一定會(huì)直接影響到網(wǎng)絡(luò)中的不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不會(huì)使其發(fā)生變化，也不會(huì)影響到電力站內(nèi)部的其他元件內(nèi)部的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由此可見，應(yīng)該對(duì)分析方式進(jìn)行合理的研究與設(shè)計(jì)，并逐漸縮小金星跟蹤的范圍，從而對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化金星有效的跟蹤。

2）便利性。配電網(wǎng)對(duì)拓?fù)浞治鼋Y(jié)果要求直觀簡(jiǎn)單，如運(yùn)行元件根據(jù)元件的電壓等級(jí)采用不同的顏色表示，對(duì)不帶電的元件用暗色表示，對(duì)于判斷電網(wǎng)中某一個(gè)元件是否處于停運(yùn)狀態(tài)，可以通過其所連接的開關(guān)狀態(tài)或判斷其所屬電氣島是否為活島來決定。由于拓?fù)浞治鲞^程中經(jīng)常出現(xiàn)等值節(jié)點(diǎn)的分裂和合并，因此等值節(jié)點(diǎn)的編號(hào)也需要分析過程中重新形成[3]。

3）可靠性。在不同形式的電氣接線過程中，如果存在3/2斷路器接線、帶旁路的雙母線接線等都進(jìn)行了正確的認(rèn)識(shí)與處理。同時(shí)，由于電力網(wǎng)絡(luò)接線分析的錯(cuò)誤會(huì)為網(wǎng)絡(luò)的分析帶來一定的影響，造成不必要的錯(cuò)誤，這也就導(dǎo)致電力系統(tǒng)內(nèi)部的分析計(jì)算，無法對(duì)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行真實(shí)的反映，并會(huì)帶來一定的安全威脅，在操作中出現(xiàn)的失誤會(huì)直接造成電氣事故以及人員傷亡等問題。

拓?fù)浞治龅幕竟δ芫褪歉鶕?jù)斷路器的開合狀態(tài)和電網(wǎng)一次接線圖及時(shí)修正系統(tǒng)中各種元件的連接狀況，將電網(wǎng)一次接線圖轉(zhuǎn)化成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即以節(jié)點(diǎn)和支路來定義的結(jié)構(gòu)，為其他各種應(yīng)用做好準(zhǔn)備。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓鶕?jù)斷路器狀態(tài)和電網(wǎng)元件關(guān)系將物理模型轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)模型，運(yùn)用堆棧原理搜索網(wǎng)路圖的樹枝，來判斷支路的聯(lián)通狀態(tài)，劃分電網(wǎng)中的各拓?fù)鋶u，其數(shù)據(jù)來源于數(shù)據(jù)庫，分析結(jié)果也存在共享數(shù)據(jù)庫中。

4 基于云網(wǎng)GIS平臺(tái)的故障定位的實(shí)現(xiàn)

目前，云南電網(wǎng)公司GIS配電網(wǎng)建設(shè)已完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基本錄入，在完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入的基礎(chǔ)上，為了更好的使配網(wǎng)GIS系統(tǒng)能夠起到?jīng)Q策輔助的作用，我們提出了基于GIS的配電網(wǎng)拓?fù)浞治龇椒ǎ@種方法利用GIS的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分析，運(yùn)行人員能直接地判斷設(shè)備地具體位置和設(shè)備的屬性，從而克服了傳統(tǒng)的運(yùn)行人員只能根據(jù)拓?fù)涫疽鈭D進(jìn)行電網(wǎng)模擬分析、無法定位設(shè)備、無法直接地判斷用戶電源等弊端，同時(shí)也避免了目前市面上GIS支撐平臺(tái)的拓?fù)浞治霾荒苓\(yùn)用于電網(wǎng)拓?fù)浞治龅膶擂尉置妗?/p>

配電網(wǎng)故障定位是配網(wǎng)管理系統(tǒng)中一項(xiàng)重要的高級(jí)應(yīng)用。它的主要功能是根據(jù)電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備模型建立電力網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)拓?fù)淠Ｐ?，并接受配網(wǎng)提供的實(shí)時(shí)監(jiān)控信息，按照配電系統(tǒng)或者是故障指示器所檢測(cè)到的故障報(bào)警，將其與變電站內(nèi)部的繼電保護(hù)信號(hào)、開關(guān)故障等等進(jìn)行有效的結(jié)合，并在此基礎(chǔ)上對(duì)故障的類型進(jìn)行有效的確定，并制定相應(yīng)的處理方案來對(duì)問題進(jìn)行有效的解決與處理。根據(jù)需要，可提供事故隔離和恢復(fù)供電的一個(gè)或兩個(gè)以上的操作預(yù)案，輔助調(diào)度員進(jìn)行遙控操作，達(dá)到快速隔離故障和恢復(fù)供電的目的。

4.1 數(shù)據(jù)傳輸

電力通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的故障系統(tǒng)是保障數(shù)據(jù)傳輸與電力穩(wěn)定運(yùn)行的主要環(huán)節(jié)，也是對(duì)故障信息系統(tǒng)中不同應(yīng)用進(jìn)行有效使用的前提。通常情況下采用電力通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的方式有專線方式、撥號(hào)方式、數(shù)據(jù)網(wǎng)方式，基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)絡(luò)為光纖傳輸網(wǎng)或者微波。

4.2 基于GIS的電力網(wǎng)路拓?fù)浞治?/h3>

電力網(wǎng)路拓?fù)湟话惴譃閮蓚€(gè)基本步驟：第一步是產(chǎn)站的接線分析，也稱母線分析；第二步是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析，分析整個(gè)系統(tǒng)的母線由支路連接成多少個(gè)子系統(tǒng)，也稱為電氣島分析。在GIS平臺(tái)上，按照網(wǎng)絡(luò)分析要求，對(duì)母線、開關(guān)和節(jié)點(diǎn)編號(hào)做有效處理，并依據(jù)拓?fù)涞幕静襟E和GIS的連通性功能，形成了一種實(shí)用的基于GIS的電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌惴ā?/p>

4.3 故障定位的實(shí)現(xiàn)

目前云南電網(wǎng)公司通過PDA終端推送傳遞故障信息到GIS平臺(tái)系統(tǒng)，通過拓?fù)浞治龅姆椒ㄟM(jìn)行故障定位，跟蹤等。

結(jié)語

隨著電力建設(shè)的迅速發(fā)展和自動(dòng)化水平的提高，配電網(wǎng)作為電網(wǎng)最后一級(jí)直接面向用戶，其供電質(zhì)量和供電的可靠性對(duì)電網(wǎng)和用戶有著重要的意義。

電力系統(tǒng)故障定位應(yīng)用技術(shù)要基于計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)與電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型。本文主要通過拓?fù)浞治鰜韺?shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)故障的定位。在該過程中，研究了電力系統(tǒng)拓?fù)浞治龅囊?，并在此基礎(chǔ)上通過拓?fù)浞治鰧?shí)現(xiàn)了在GIS平臺(tái)中能夠快速定位到故障等相關(guān)信息。

[1]毛曉東. 電力系統(tǒng)故障診斷應(yīng)用技術(shù)研究[D]. 2009.