配電終端自診斷方法研究

王超

摘要： 在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，只有在配電終端完全離線(xiàn)、拒動(dòng)等故障情況下，運(yùn)維人員才能得知配電終端發(fā)生故障，而不能在可能導(dǎo)致故障的隱患初期進(jìn)行診斷。針對(duì)這一問(wèn)題，提出了一種基于狀態(tài)序列進(jìn)行故障自診斷的判定方法。根據(jù)檢測(cè)配電終端的運(yùn)行狀態(tài)，生成狀態(tài)序列; 依據(jù)狀態(tài)判定規(guī)則和故障定義，對(duì)狀態(tài)序列進(jìn)行狀態(tài)判定與故障識(shí)別，分別生成狀態(tài)判別向量與故障信息向量，從而支持配電終端自診斷的遠(yuǎn)程監(jiān)控與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。根據(jù)配電終端自診斷方法設(shè)計(jì)完成的配電終端，能夠最大限度地保證終端的正常運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該自診斷方法可以有效提高配電終端的遙控成功率、應(yīng)用區(qū)域的饋線(xiàn)啟動(dòng)率以及饋線(xiàn)自動(dòng)化成功率。

關(guān)鍵詞： 配電終端; 故障識(shí)別; 自診斷

配電終端是配電自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制設(shè)備，其可靠性對(duì)配電自動(dòng)化至關(guān)重要。配電終端在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)故障的原因較多，惡劣運(yùn)行環(huán)境（ 潮濕多雨等） 、人為因素（ 參數(shù)配置錯(cuò)誤等） 、管理因素（ 桿塔傾塔） 等都可能導(dǎo)致配電終端局部或整體發(fā)生故障。一般而言，只有在配電終端完全離線(xiàn)、遙控拒動(dòng)等故障情況下，運(yùn)維人員才能得知配電終端發(fā)生故障，從而降低了配電終端的可靠性。

配電終端故障自診斷能夠及時(shí)、正確地對(duì)終端各種異常狀態(tài)或故障狀態(tài)給出診斷，從而預(yù)防或消除故障，保證配電終端安全可靠運(yùn)行。本文提出了一種基于狀態(tài)序列進(jìn)行故障自診斷的方法。根據(jù)檢測(cè)配電終端的運(yùn)行狀態(tài)生成狀態(tài)序列，依據(jù)狀態(tài)判定規(guī)則和故障定義對(duì)狀態(tài)序列進(jìn)行狀態(tài)判定與故障識(shí)別，生成故障信息判別向量與故障信息向量，從而支持對(duì)監(jiān)控服務(wù)器和調(diào)試服務(wù)器進(jìn)行故障狀態(tài)反演。

1.配電終端自診斷方法

配電終端主要由中央處理單元、操作控制回路、通信模塊、電源模塊（ 充電器和蓄電池） 與采集單元組成，根據(jù)自診斷的定義，可以將自診斷的過(guò)程分為自監(jiān)控與故障識(shí)別兩個(gè)階段。自監(jiān)控階段需要系統(tǒng)對(duì)自身的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控; 故障識(shí)別階段需要對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行定義，描述每一故障的特征，并通過(guò)對(duì)不同故障間關(guān)聯(lián)關(guān)系的分析建立故障模型，使得系統(tǒng)可以根據(jù)故障模型，從異常狀態(tài)中快速找出導(dǎo)致異常的故障。

為了快速識(shí)別故障以及故障類(lèi)型，通過(guò)使用監(jiān)控單元來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)的狀態(tài)。這種監(jiān)控方式簡(jiǎn)單快速。例如，一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)可以是配電終端某模塊的物理指標(biāo)，如采集模塊的測(cè)量值; 也可以是系統(tǒng)內(nèi)某變量或預(yù)設(shè)置的關(guān)鍵變量，如限值整定參數(shù)。全部關(guān)鍵點(diǎn)監(jiān)測(cè)值評(píng)判狀態(tài)構(gòu)成了在某一時(shí)刻的狀態(tài)向量M =（ M[1]，M[2]，…，M[n]） ，即系統(tǒng)在該時(shí)刻的狀態(tài)。其中，M[i]為關(guān)鍵點(diǎn) i 在當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)值評(píng)判值，其狀態(tài)評(píng)價(jià)評(píng)判依據(jù)為自診斷故障模型。

故障識(shí)別模塊依據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)判定和轉(zhuǎn)換規(guī)則，形成故障模塊向量 D = （ D[1]，D[2]，…，D[n]） 。其中，D[i]為配電終端 i 模塊的故障狀態(tài)。終端可向監(jiān)控服務(wù)器發(fā)送該數(shù)據(jù)向量，通知其自診斷結(jié)果。 M[i]故障識(shí)別D[i]

2.配電終端自診斷系統(tǒng)

2.1配電終端核心模塊自診斷原理和方法

配電終端自診斷主要包括中央處理單元、操作控制回路、通信模塊、電源模塊和采集模塊的診斷。在自診斷過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)故障，立即報(bào)警，顯示故障內(nèi)容或故障代碼，并將診斷結(jié)果發(fā)送至監(jiān)控服務(wù)器。下面詳細(xì)介紹主要模塊的故障自診斷原理和方法。

2.1.1中央處理單元

中央處理單元是配電終端的核心，主要負(fù)責(zé)配電終端數(shù)據(jù)采集、故障分析、發(fā)送遙控命令以及通信處理等任務(wù)。

（1）任務(wù)運(yùn)行狀態(tài)自診斷。在中央處理單元運(yùn)行的過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)由于環(huán)境問(wèn)題（ 如高溫潮濕等因素） 或軟件 Bug 造成任務(wù)狀態(tài)運(yùn)行異常的現(xiàn)象。通過(guò)軟件運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)程序，判斷軟件任務(wù)運(yùn)行是否正常。（2）參數(shù)自診斷。參數(shù)自診斷主要包括診斷配電終端系統(tǒng)參數(shù)（ IP地址、設(shè)備地址） 和限值整定參數(shù)（ 防抖時(shí)間、遙控保持時(shí)間、越死區(qū)值） 。診斷方法是將終端內(nèi)參數(shù)與自診斷模塊中參數(shù)進(jìn)行自診斷。（3）對(duì)時(shí)自診斷。通過(guò)設(shè)計(jì)自診斷對(duì)時(shí)中斷程序，在中斷恢復(fù)后將對(duì)時(shí)結(jié)果與程序進(jìn)行比較判定。若相同，則全球定位系統(tǒng)（ global position system，GPS） 對(duì)時(shí)無(wú)故障。

2.1.2操作控制回路

通過(guò)采集中央處理器下發(fā)的遙控指令與采集模塊采集得到遙測(cè)狀態(tài)，并進(jìn)行智能比對(duì)，判斷兩者的因果關(guān)系是否匹配。

2.2通信模塊自診斷

配電終端通信模塊自診斷包含上行通信和下行通信兩個(gè)部分。通信模塊故障自診斷方法是返送校驗(yàn)。自診斷模塊向主站或上下游智能設(shè)備發(fā)出詢(xún)問(wèn)命令，通過(guò)檢驗(yàn)該模塊能否收到回應(yīng)，判定模塊是否故障。

2.43電源模塊自診斷。

電源模塊的自診斷功能包括檢測(cè)電源電網(wǎng)側(cè)是否失電、接入的蓄電池是否失壓或者欠壓。

3. 配電網(wǎng)故障定位的矩陣算法

配電網(wǎng)絡(luò)根據(jù)分布狀況、地理位置、配網(wǎng)結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)可以分為樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)、輻射狀網(wǎng)絡(luò)、開(kāi)環(huán)閉環(huán)、綜合運(yùn)行等環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，基于GIS系統(tǒng)的矩陣算法是一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫凸收蠀^(qū)域判定的方法。其故障定位原理為：當(dāng)環(huán)網(wǎng)饋線(xiàn)一旦發(fā)生故障，分段開(kāi)關(guān)裝設(shè)的FTU自動(dòng)檢測(cè)出故障電流大于整定值，F(xiàn)TU裝置記錄電流信息通過(guò)通信規(guī)約，及時(shí)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳送配電網(wǎng)控制中心SCADA（圖像監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)主站DMS，DMS根據(jù)故障信息自動(dòng)生成故障向量G，SCADA中心利用GIS地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，建立配電網(wǎng)絡(luò)與故障線(xiàn)路開(kāi)關(guān)鄰接的矩陣和及故障信息向量，信息處理系統(tǒng)按照軟件算法進(jìn)行矩陣數(shù)學(xué)運(yùn)算，形成故障判定矩陣P，SCADA依照矩陣計(jì)算結(jié)果，在GIS地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中按照矩陣P結(jié)果，生成故障區(qū)段的準(zhǔn)確地理圖像位置，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)信息，精準(zhǔn)定位出故障線(xiàn)路的故障點(diǎn)位置，同時(shí)GIS系統(tǒng)通過(guò)配電終端通信裝置和可視化系統(tǒng)進(jìn)行故障位置標(biāo)記，發(fā)出故障點(diǎn)相關(guān)信息到手機(jī)APP或者其他終端，搶修人員根據(jù)手持終端信息組織現(xiàn)場(chǎng)搶修、處理后，根據(jù)工作流程及時(shí)恢復(fù)供電。

GIS配電網(wǎng)故障定位技術(shù)關(guān)鍵在于利用數(shù)學(xué)模型定義、描述故障所有信息，并通過(guò)軟件算法進(jìn)行高效、快速求解。如今，對(duì)于測(cè)控區(qū)故障定位，結(jié)合可視化系統(tǒng)，以及配電終端RTU、FTU通信控制終端設(shè)備和各種探頭，故障定位比較精準(zhǔn)，故障處理迅速便捷。但是對(duì)于非測(cè)控區(qū)的故障定位，還需要進(jìn)一步完善GIS系統(tǒng)，結(jié)合傳統(tǒng)故障測(cè)距定位方法和供電區(qū)域客服中心，建立通暢的定位響應(yīng)及預(yù)案處置機(jī)制，及時(shí)根據(jù)客服中心提供信息利用SCADA管理平臺(tái)，加強(qiáng)內(nèi)部溝通與管理，形成快速搶修通道，解決供配電終端的各類(lèi)故障，確保配電終端運(yùn)行安全。SCADA電力綜合管理平臺(tái)目前建設(shè)基本完善，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，能夠集合各種客服中心投訴信息，建立粗糙集合，并根據(jù)粗糙集合理論和各種算法，快速對(duì)非測(cè)控區(qū)配電網(wǎng)故障定位進(jìn)行描述、分析和判定，能夠根據(jù)實(shí)際情況處理各種問(wèn)題，基本上解決了故障精確定位、故障隔離、故障搶修和供電恢復(fù)的復(fù)雜工作。

4. 故障自診斷算法

配電終端的自診斷啟動(dòng)包括持續(xù)診斷、周期診斷以及監(jiān)控診斷三種方式。根據(jù)自診斷模型及向量數(shù)據(jù)屬性，在自診斷命令啟動(dòng)后，由自診斷模塊的各監(jiān)控模塊持續(xù)采集功能模塊中的狀態(tài)信息 M[i]，并將其存入狀態(tài)緩存序列中。定義在 j 時(shí)刻生成狀態(tài)序列為Sj，則在（ j +1） 時(shí)刻生成狀態(tài)序列為 Sj + 1。在（ j + 1） 時(shí)刻，將 Sj與 Sj + 1序列中的值分別按照自診斷模型進(jìn)行故障狀態(tài)判定，生成狀態(tài)判定向量值; 若此時(shí)判定結(jié)果全為 0，則此時(shí)自診斷結(jié)果為無(wú)故障; 若存在非零項(xiàng)，則需進(jìn)一步進(jìn)行故障識(shí)別。 ?S[i]故障判定 M[i]

5.結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種配電終端自診斷方法。在介紹配電終端的原理與故障特性的基礎(chǔ)上，分析了配電終端的中央處理單元、通信模塊、電源模塊、操作控制回路以及采集模塊工作原理。詳細(xì)給出了各模塊的故障自診斷原理和方法，最后定義了狀態(tài)判定向量與故障識(shí)別向量的征兆與屬性值。該方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)狀態(tài)緩存序列中數(shù)據(jù)的判定與識(shí)別。

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