測(cè)控區(qū)和非測(cè)控區(qū)并存的配電網(wǎng)故障定位實(shí)用方法

葛軍凱+張靜+李題印

摘 要：城市配網(wǎng)中有很多10kV線路還未進(jìn)行配電網(wǎng)自動(dòng)化的改造，導(dǎo)致配電網(wǎng)還不能完全實(shí)現(xiàn)測(cè)控一體化。針對(duì)配電網(wǎng)中測(cè)控區(qū)和非測(cè)控區(qū)同時(shí)存在的問(wèn)題，本文結(jié)合基于蟻群算法的故障定位方法和非測(cè)控區(qū)的配電網(wǎng)故障定位方法，提出了一種測(cè)控區(qū)和非測(cè)控區(qū)并存的配電網(wǎng)故障定位實(shí)用方法，該方法能夠準(zhǔn)確判斷故障位置，大大減少了故障停電時(shí)間和停電范圍，有利于配電網(wǎng)的供電穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：測(cè)控區(qū)；非測(cè)控區(qū)；故障定位；蟻群算法；粗糙集理論

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.194

0 引言

在大型配電網(wǎng)中，主饋線上一般裝設(shè)帶測(cè)控設(shè)備，但是某些支線上可能裝設(shè)有測(cè)控設(shè)備，而某些線路暫時(shí)還未裝設(shè)有測(cè)控設(shè)備。特別是在具有大農(nóng)村特點(diǎn)的城市配網(wǎng)中有很多10kV農(nóng)網(wǎng)線路還未進(jìn)行配電網(wǎng)自動(dòng)化的改造，由于測(cè)控設(shè)備的缺失等原因，僅能利用停電后用戶打來(lái)的故障投訴電話信息實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障定位。針對(duì)配電網(wǎng)中測(cè)控區(qū)和非測(cè)控區(qū)同時(shí)存在的問(wèn)題，本文結(jié)合基于蟻群算法的故障定位方法和非測(cè)控區(qū)的配電網(wǎng)故障定位方法，提出了一種測(cè)控區(qū)和非測(cè)控區(qū)并存的配電網(wǎng)故障定位實(shí)用方法，該方法能夠準(zhǔn)確判斷故障位置，大大減少了故障停電時(shí)間和停電范圍，有利于配電網(wǎng)的供電穩(wěn)定。

1 測(cè)控區(qū)與非測(cè)控區(qū)的基本概念

如前所述，城市配網(wǎng)中有很多10kV線路還未進(jìn)行配電網(wǎng)自動(dòng)化的改造，導(dǎo)致配電網(wǎng)還不能完全實(shí)現(xiàn)測(cè)控一體化。為此，根據(jù)線路是否裝有測(cè)控設(shè)備，本文提出將配電網(wǎng)分為測(cè)控區(qū)與非測(cè)控區(qū)。

測(cè)控區(qū)的故障信息主要是使用的自動(dòng)化信息主要有SCADA系統(tǒng)和配電網(wǎng)終端設(shè)備。配電網(wǎng)的終端設(shè)備主要包括配電柱上開(kāi)關(guān)監(jiān)控終端FTU，配電變壓器監(jiān)測(cè)終端TTU，開(kāi)閉站、公用及用戶配電所的監(jiān)控終端DTU，配電子站遠(yuǎn)程終端單元RTU。

然而，在配電網(wǎng)非測(cè)控區(qū)中，使用信息主要是用戶故障投訴電話。這種方法不需要專門的設(shè)備，而只需要用戶打來(lái)的故障投訴電話信息就能判斷出故障的大致位置。隨著電話在我國(guó)的廣泛普及，這種方法將有很大的前景。目前，很多供電企業(yè)都組建了自己的電話報(bào)修系統(tǒng)，不但可以解答對(duì)停電原因和恢復(fù)供電時(shí)間等問(wèn)題，建立電力部門和用戶之間的良好關(guān)系，而且可利用故障投訴電話方便地獲取主叫電話或用戶代碼，得到該用戶與變壓器的連接關(guān)系。

鑒于測(cè)控區(qū)與非測(cè)控區(qū)進(jìn)行故障定位所利用的故障信息來(lái)源不同，本文將配電網(wǎng)的故障定位分為測(cè)控區(qū)故障定位和非測(cè)控區(qū)故障定位。

2 基于蟻群算法的測(cè)控區(qū)故障定位方法

針對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化水平較高的測(cè)控區(qū)域，由FTU和SCADA系統(tǒng)傳回的故障信息可知，采用基于蟻群算法的測(cè)控區(qū)故障定位方法進(jìn)行定位。具體的模型公式如下：

（1）

式中，Ij為第 j 個(gè)開(kāi)關(guān)的故障電流越限信號(hào)；N為開(kāi)關(guān)總數(shù)；x（k）為與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)相連的設(shè)備或單電源輻射型網(wǎng)絡(luò)末端設(shè)備的狀態(tài)信息；Ik為與關(guān)聯(lián)設(shè)備相連的開(kāi)關(guān)的電流越限信息；Ij*（SB）為設(shè)備狀態(tài)信息確定的第 j 個(gè)開(kāi)關(guān)的故障越限的期望值函數(shù)。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于戶外的FTU通信裝置，其工作環(huán)境惡劣、溫差變化范圍大，而且大多裝在電力線柱上或配電柜內(nèi)，要承受高電壓、電流、雷電等干擾因素，再加之開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)松動(dòng)、FTU本身的誤判等因素的存在，配電網(wǎng)故障信息受干擾或丟失的可能性較大。為此，適用于配電網(wǎng)故障定位的尋優(yōu)算法應(yīng)具備較高的容錯(cuò)性。在現(xiàn)有數(shù)學(xué)算法中，蟻群算法的尋優(yōu)路徑依賴于螞蟻釋放的信息素的多少，擁有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力，并且還富于貪婪啟發(fā)式搜索等特點(diǎn)，適用于求解配電網(wǎng)故障定位這樣的組合優(yōu)化問(wèn)題。這樣能夠有效的求解出配電網(wǎng)中各設(shè)備狀態(tài)的最佳組合，使之與FTU上傳的故障信息最吻合。

在具體實(shí)施過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)FTU設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)有兩種方式：一種是遙測(cè)輸入，另一種是遙信輸入。遙測(cè)輸入是指FTU采集流過(guò)開(kāi)關(guān)的故障電流，通過(guò)計(jì)算故障電氣量關(guān)聯(lián)函數(shù)λ（Ii），其具體計(jì)算方式如下。

（2）

其中，Ia和Ib分別為電流速斷保護(hù)和過(guò)流保護(hù)整定值。

由于故障電氣量關(guān)聯(lián)函數(shù)λ的值在0到1之間，為此本文假定所得故障電氣量關(guān)聯(lián)函數(shù)λ大于或等于0.5，則FTU判定該開(kāi)關(guān)流過(guò)故障電流，故上傳數(shù)據(jù)為1，否則上傳數(shù)據(jù)為0。

若FTU遙測(cè)上傳的故障電流，則經(jīng)公式（2）可解析為0-1數(shù)據(jù)；若FTU上傳的遙信值，則可直接利用其0-1數(shù)據(jù)。在獲取FTU故障0-1數(shù)據(jù)后，采用蟻群算法對(duì)測(cè)控區(qū)故障定位優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得出配電網(wǎng)故障發(fā)生的位置。

3 基于粗糙集理論的非測(cè)控區(qū)故障定位方法

針對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化水平較低的非測(cè)控區(qū)域，采用基于粗糙集理論的配電網(wǎng)故障定位方法，在不能獲取全部投訴信息的條件下，對(duì)配電網(wǎng)故障進(jìn)行定位。

在非測(cè)控區(qū)內(nèi)，沒(méi)有安裝柱上FTU而不可能獲得實(shí)時(shí)故障信息，只能依據(jù)接收到的不同區(qū)域的大量用戶投訴信息來(lái)確定故障發(fā)生的地點(diǎn)。由于用戶主觀原因和知識(shí)水平等因素的影響，這些投訴信息中有一部分并不是一定代表著某些事情發(fā)生，其中很可能包含著一些不確定因素甚至錯(cuò)誤要素，因此所獲得的投訴信息是一個(gè)粗糙集合。

采用粗糙集理論對(duì)非測(cè)控區(qū)進(jìn)行故障定位，首先通過(guò)配電網(wǎng)GIS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鲎詣?dòng)形成基于故障投訴信息的配電網(wǎng)故障定位決策表，然后基于二元邏輯對(duì)決策表進(jìn)行屬性約簡(jiǎn)，最后用優(yōu)化算法約簡(jiǎn)屬性值，導(dǎo)出故障定位決策表的最小約簡(jiǎn)形式，從而根據(jù)最小約簡(jiǎn)形式的故障定位決策表進(jìn)行快速確定配電網(wǎng)故障位置。

4 測(cè)控區(qū)和非測(cè)控區(qū)并存的配電網(wǎng)故障定位流程

在實(shí)際配電網(wǎng)中，由于配網(wǎng)自動(dòng)化改造工程的區(qū)域不同，同一個(gè)饋線可能同時(shí)存在非測(cè)控區(qū)和測(cè)控區(qū)域，對(duì)于非測(cè)控區(qū)和測(cè)控區(qū)并存的配電網(wǎng)，其主要物理特征是測(cè)控區(qū)的主饋線和支線上的開(kāi)關(guān)裝設(shè)FTU，非測(cè)控區(qū)的主饋線和支線上開(kāi)關(guān)未裝FTU。

對(duì)于非測(cè)控區(qū)和測(cè)控區(qū)并存的配電網(wǎng)故障定位，由于主饋線上裝設(shè)的開(kāi)關(guān)裝有FTU，故不管是交叉混合配電網(wǎng)，還是集中混合配電網(wǎng)，均可優(yōu)先按照測(cè)控區(qū)的故障定位思路進(jìn)行，將故障區(qū)域縮小到主饋線兩個(gè)裝設(shè)FTU開(kāi)關(guān)之間。然后，根據(jù)主饋線兩個(gè)裝設(shè)FTU開(kāi)關(guān)之間非測(cè)控區(qū)是否有故障電話，將定位情況分為兩種：若非測(cè)控區(qū)有故障電話，則根據(jù)非測(cè)控區(qū)域的故障投訴電話，采用非測(cè)控區(qū)故障定位方法，可進(jìn)一步將故障區(qū)域縮小至更加精確的范圍。若非測(cè)控區(qū)域沒(méi)有故障投訴電話，則可進(jìn)一步將故障區(qū)域縮小至非測(cè)控區(qū)的主饋線未裝設(shè)FTU的開(kāi)關(guān)與主饋線上負(fù)荷一側(cè)裝設(shè)FTU的開(kāi)關(guān)之間。

由此可見(jiàn)，非測(cè)控區(qū)是否有故障電話實(shí)際上是為測(cè)控區(qū)提供了故障信息，可以得到比測(cè)控區(qū)故障定位更加精確的故障區(qū)域；同時(shí)，若故障發(fā)生在非測(cè)控區(qū)內(nèi)，還可以將此故障區(qū)域進(jìn)一步縮小，甚至將故障區(qū)域縮小到容易發(fā)生故障的臺(tái)區(qū)。

5 結(jié)論

本文提出了一種測(cè)控區(qū)和非測(cè)控區(qū)并存的配電網(wǎng)故障定位實(shí)用方法。首先根據(jù)開(kāi)關(guān)裝設(shè)FTU的具體情況將配電網(wǎng)劃分為測(cè)控區(qū)和非測(cè)控區(qū)；再采用基于蟻群算法的故障定位方法粗略地確定全網(wǎng)的故障區(qū)域，將故障區(qū)域縮小到主饋線兩個(gè)裝設(shè)FTU開(kāi)關(guān)之間；然后依據(jù)該區(qū)域內(nèi)非測(cè)控區(qū)的故障投訴電話信息，判斷故障發(fā)生的區(qū)域，若發(fā)生在非測(cè)控區(qū)則對(duì)非測(cè)控區(qū)采用基于粗糙集理論的故障定位方法，進(jìn)一步縮小故障區(qū)域，若發(fā)生測(cè)控區(qū)則將故障區(qū)域縮小至非測(cè)控區(qū)的主饋線未裝設(shè)FTU的開(kāi)關(guān)與主饋線上負(fù)荷一側(cè)裝設(shè)FTU的開(kāi)關(guān)之間，最終實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障的精確定位。該方法能夠準(zhǔn)確判斷故障位置，大大減少了故障停電時(shí)間和停電范圍，有利于配電網(wǎng)的供電穩(wěn)定。

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