優(yōu)化和聲算法在含DG配電網(wǎng)故障定位中的應(yīng)用

蘇鑫 呂良

摘要：本文提出了采用無線通訊模式故障自動定位指示系統(tǒng)的必要性。通過應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能及時準確地確定出故障點所在的分支和故障點的確切位置，縮短了故障修復(fù)時間，提高了供電的可靠性，具有一定的經(jīng)濟效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);故障定位系統(tǒng);電網(wǎng)

1 引言

我供電區(qū)配電系統(tǒng)絕大部分采用的是35kV直配供電方式，配電變壓器（35/0.4kV）和低壓配電裝置設(shè)在計量站，再由計量站經(jīng)低壓電纜輻射配電至抽油機電機等。隨著油田的開發(fā)，35kV直配線路的負荷不斷增大、供電半徑不斷加大、分支線路不斷增多，造成線路的結(jié)構(gòu)愈來愈復(fù)雜，因此線路故障頻繁。查找出具體故障所在的分支和故障點則非常困難，少則幾小時，甚至數(shù)十小時，影響供電可靠性，給原油的生產(chǎn)帶來了巨大的經(jīng)濟損失。而故障自動定位系統(tǒng)是提高供電可靠性的重要基礎(chǔ)。因此，我們將該項技術(shù)用于配電網(wǎng)絡(luò)中，及時發(fā)現(xiàn)并排除線路故障。

2 故障定位系統(tǒng)組成及原理

2.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)組成包括故障檢測探頭、通訊系統(tǒng)及監(jiān)控中心。其中通訊系統(tǒng)根據(jù)使用場合和通訊方式又分為：短距離無線數(shù)字通訊收發(fā)系統(tǒng)、遠距離無線發(fā)射系統(tǒng)、無線接收總站及其它通訊系統(tǒng)。

2.2 工作原理

故障探頭安裝在線路分支處的分支線上，當線路出現(xiàn)相間短路故障時，故障探頭就能及時檢測到短路故障電流，通過短距離無線收發(fā)系統(tǒng)，將動作信號傳送給安裝在線路分支處的無線收發(fā)子站。無線收發(fā)子站可以接收到分別安裝在兩個分支6相線路上的故障探頭發(fā)送過來的動作信息。無線接收及發(fā)射子站在收到動作信息后，將動作分支的故障探頭地址信息通過遠距離無線通訊系統(tǒng)（通訊距離一般10km）發(fā)回控制中心。無線接收主站接收子站發(fā)來的信息后，經(jīng)過進行解調(diào)、解碼，可就地顯示地址信息，同時將地址信息送給監(jiān)控中心的計算機系統(tǒng)。監(jiān)控中心在接收到這些動作信息后，經(jīng)過計算機分析，與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，就可以直接顯示出故障點地理位置信息，并在地理背景上顯示出來，同時還可以通過打印機將地理位置信息打印出來。根據(jù)這些信息運行維修人員就可以迅速到達故障地點及時排除故障，其各部分的詳細情況分述如下：

2.2.1 FD故障探頭

FD故障探頭主要由故障電流檢測電路、就地指示部分、數(shù)字編碼及無線調(diào)制發(fā)射單元組成。在線路發(fā)生相間短路故障時，故障分支上的FD在故障后將被觸發(fā)，給出紅色顯示，同時將其數(shù)字編碼信號通過發(fā)射單元，以無線電波的方式發(fā)射出來，發(fā)射頻率一般在220MHz，通訊距離在50m。其短路檢測部分的工作原理是：根據(jù)線路短路時的特征，通過電磁感應(yīng)方法測量線路中的電流突變及持續(xù)時間判斷故障，因而它是一種適應(yīng)負荷電流變化，只與故障時短路電流分量有關(guān)的故障檢測裝置。它的判據(jù)比較全面，可以大大減少誤動作的可能性。如當系統(tǒng)運行結(jié)構(gòu)變化，負荷變大時;當有大的負荷投切，大的電動機負荷的投人時;當系統(tǒng)中出現(xiàn)短時勵磁涌流時;當投入大負荷后，人為停電時，F(xiàn)D探頭均能有效識別而不動作，只有流過短路電流時才給出故障指示。

2.2.2 ST發(fā)射子站

發(fā)射子站一般安裝在線路分支點處，它能接收兩個分支共6個FD的編碼信息，它與FD的關(guān)系一般是1只對6只為一組，當它收到故障探頭的動作信號并經(jīng)處理后，通過地址編碼和時序控制，再將信息以無線電波方式發(fā)射出去，它的發(fā)射頻率為220MHz左。發(fā)射子站的所有元件安裝在一個鐵箱中，內(nèi)部包含一個鉛酸蓄電池。箱體外部安裝一個太陽能電池板，用以給蓄電池充電，并在白天作為工作電源。在夜晚或陰雨天氣時，由蓄電池供電。蓄電池在充足電后的情況下，可以維持子站連續(xù)20天工作，不需要補充能量。

2.2.3 RP中繼站

如果發(fā)射子站與接收主站間有大的障礙物或距離超過10km時，需要在其間加設(shè)無線中轉(zhuǎn)站，它可以接收子站的信息，然后再轉(zhuǎn)發(fā)至接收總站。中繼站與發(fā)射子站類似，發(fā)射頻率亦為220MHz。因其接收電路部分的守侯電流較大，所以后備蓄電池的容量較大，同時還備有太陽能電池板，白天由太陽能電池供電，夜晚或陰雨天氣由蓄電池供電。中繼站接收的數(shù)據(jù)信息不加修改，仍以無線方式將原數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)發(fā)出去。

2.2.4 無線接收總站

無線接收總站的功能是將發(fā)射子站及中繼站送來的無線信息接收后進行解調(diào)。解調(diào)后的數(shù)據(jù)送通訊主站，由通訊主站進行解碼處理。

2. 2.5 通訊主站

通訊主站主要是接收無線解調(diào)后的信息，然后解碼并對數(shù)據(jù)進行處理，最后將數(shù)據(jù)送往相關(guān)設(shè)備。

通訊主站具有如下接口：

（1）. 無線數(shù)據(jù)接口：接收無線接收總站解調(diào)后的數(shù)據(jù)，再進行解碼處理，恢復(fù)FD的地址碼信息。

（2）. 與監(jiān)控中心的接口：串口（RS-232），將無線數(shù)據(jù)接口接收到的FD的地址碼信息送入監(jiān)控中心的計算機系統(tǒng)。

（3）.與配電管理系統(tǒng)（DMS）中心的接口：可向DMS 系統(tǒng)發(fā)送故障信息，接收DM S 系統(tǒng)的查詢。

通訊主站木身帶有 LCD顯示及兩個操作鍵，可通過LCD 及操作鍵，直接查詢故障線路信息，及在必要時清除內(nèi)存等;在接收到故障信息后還可以給出音響報警。

2. 2.6 基于GIS平臺的故障定位系統(tǒng)軟件

定位系統(tǒng)軟件是監(jiān)控中心的核心組成部分，它的主要作用是搜集通訊主站傳送的地址信息，對其進行糾錯、校正后，通過拓撲分析和計算找出故障位置及故障通路，最終顯示在GIS 地理背景上。

（1） 故障指示器動作信息和網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)的實時搜集

故障定位系統(tǒng)在收集故障指示器動作信息和網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)時，要遵循以下兩個基本原則：

① 故障指示器動作信息的完整性原則

一般來講，各故障指示器的動作信息到達通訊主站的時間是不同步的，在一個采樣周期內(nèi)采集到的故障指示器動作信息很可能是不完整的。因此，該系統(tǒng)假定：如果在若干個周期內(nèi)沒有新的故障指示器動作信息到達，則故障指示器動作信息已經(jīng)搜集完整。這樣，即使在系統(tǒng)發(fā)生多重故障時，也能夠保證故障指示器動作信息的完整性。

② 故障指示器的動作信息和網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)的一致性原則

由于故障指示器的動作信息和開關(guān)動作到達通訊主站的時間也是不同步的，而故障定位是以故障前的網(wǎng)絡(luò)拓撲狀態(tài)為基礎(chǔ)的。因此，系統(tǒng)在實時數(shù)據(jù)采集時隨時保留故障前的開關(guān)狀態(tài)，待搜集到完整的故障指示器動作信息時，作為拓撲分析的基礎(chǔ)。

（2） 故障通路和故障點的查找

故障通路和故障點的確定是故障定位系統(tǒng)主站軟件的核心.首先輸人故障前網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)狀態(tài)和故障指示器的動作信息，調(diào)用拓撲分析程序，從網(wǎng)絡(luò)中提取各條饋線包含的支路，并按照寬度優(yōu)先法擴展支路的次序?qū)⑵浔４嬖谝粋€雙向鏈表中。接著，對每條饋線.從線路末端開始查找出最后一個判斷為正確動作的故障指示器，對應(yīng)的支路即為故障點。

（3）糾錯和補漏

通訊主站在采集故障指示器動作信息時，偶爾會出現(xiàn)誤報和翻報，故障指示器本身也會出現(xiàn)異常。因此，糾錯和補漏是故障定位系統(tǒng)的一個必不可少的組成部分。該系統(tǒng)設(shè)計了一個智能糾錯模塊，它在網(wǎng)絡(luò)拓撲分析過程中，不但可以有效地濾除錯報的指示器信息，而且可以自動填補漏報的指示器信息。

（4） GIS支撐平臺

該定位系統(tǒng)是以地理信息系統(tǒng)GI S 為圖形支攆平臺，可以單獨運行。系統(tǒng)的核心算法（如拓撲分析、故障查找、糾錯和補漏）是采用組件技術(shù)實現(xiàn)的。GI S 平臺采用了MapObjeets20 組件。除了基本的GIS 功能，如顯示、放大縮小和漫游等，本系統(tǒng)在GIS 平臺上還可實現(xiàn)如下特有的功能：

① 以不同的顏色顯示故障通路;

② 不斷閃爍故障支路直至調(diào)度員清除;

③ 以不同的顏色顯示動作不正確的故障指示器以提醒調(diào)度員

④ 保存、打印故障信息以便故障重演和分析

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