基于供電追溯陣的配電自動化終端告警缺陷辨識方法

王瑞玨，李亞國，岳彩娟，張 偉

（1.國網(wǎng)山西省電力公司，山西太原 030000；2.積成電子股份有限公司，山東濟(jì)南 250100）

饋線自動化可基于配電網(wǎng)終端采集的故障告警信號判定故障區(qū)間，隔離故障區(qū)域和恢復(fù)健全區(qū)域供電，是提高配電網(wǎng)供電可靠性的重要手段[1-4]。

作為配電網(wǎng)感知的重要元件，饋線終端單元（FTU）、站所終端單元（DTU）、故障指示器（FID）、智能配變終端（TTU）等自動化終端裝置被廣泛應(yīng)用在中低壓配電網(wǎng)中[5-9]，為配電網(wǎng)的可觀可控提供了重要保障。但是由于產(chǎn)品質(zhì)量、安裝工藝、運(yùn)行環(huán)境、維護(hù)手段等多種因素的影響，自動化終端漏報(bào)和誤報(bào)告警信號的情況時有發(fā)生，嚴(yán)重影響了饋線自動化故障判定的準(zhǔn)確性。目前，對自動化終端的數(shù)據(jù)分析多集中在遙信遙測辨識、終端在線率分析、終端電池活化分析、終端通信分析等方面，對配電網(wǎng)故障情況下的終端告警缺陷分析研究較少[10-16]。故此，為提升配電網(wǎng)感知能力，增強(qiáng)配電網(wǎng)供電可靠性，有必要對故障情況下配電自動化終端告警信息進(jìn)行挖掘分析，及時發(fā)現(xiàn)終端缺陷，為搶修消缺與運(yùn)行維護(hù)提供有力支撐。

首先基于供電追溯陣建立了配電網(wǎng)自動化終端告警缺陷辨識數(shù)學(xué)模型；然后基于故障發(fā)生后的真實(shí)故障區(qū)域反演標(biāo)準(zhǔn)故障告警信息；最后基于實(shí)時采集的故障告警信息與標(biāo)準(zhǔn)故障告警信息的差異，提出了一種自動化終端告警缺陷辨識方法。

1 配電自動化終端告警缺陷辨識數(shù)據(jù)模型

配電網(wǎng)短路故障發(fā)生時，故障點(diǎn)上游的線路從電源點(diǎn)到故障點(diǎn)將經(jīng)歷故障電流，該路徑上的自動化終端監(jiān)測到故障電流后，將向主站報(bào)送故障告警信號；故障點(diǎn)下游線路因不經(jīng)歷故障電流，其所有終端將不像主站報(bào)送故障告警信號。饋線自動化系統(tǒng)根據(jù)變電站出線開關(guān)（電源點(diǎn)）跳閘信號及自動化終端上送的故障告警信號，判定故障發(fā)生在供電路徑上最后一個上報(bào)告警信號的終端與第一個未上報(bào)故障信號的終端圍成的最小配電區(qū)域中。若故障路徑上自動化終端漏報(bào)告警信號或非故障路徑上的自動化終端誤報(bào)告警信號將會導(dǎo)致故障判定區(qū)域發(fā)生錯誤，嚴(yán)重影響故障的快速搶修和恢復(fù)供電。

如圖1 典型饋線自動化終端分布所示，B1 為變電站出線開關(guān)（電源點(diǎn)），F(xiàn)1～F12 為可以上報(bào)故障告警信號的自動化終端，T1～T5 為配電變壓器，Bus1 為變電站10 kV 母線，F(xiàn)ault1 為故障點(diǎn)。

圖1 典型饋線自動化終端分布

由圖1 可知，從變電站出線開關(guān)B1（電源點(diǎn)）到配電變壓器T1～T5 的供電路徑有5 條，分別為L1～L5，如虛線所示。短路故障發(fā)生時，這5 條供電路徑上必有一條或幾條經(jīng)歷故障電流，其自動化終端將會上報(bào)故障告警信號。若Fault1 處發(fā)生短路故障，則故障點(diǎn)上游終端F1、F2、F3 將會上報(bào)故障信號，其他終端未經(jīng)歷故障電流，將不會上報(bào)故障信號。若F1、F2 或F3 未上報(bào)故障告警信號，則表示該終端存在漏報(bào)情況，若其他終端上報(bào)了故障信號，則表示該終端存在誤報(bào)情況。

從配電變壓器開始，沿著潮流逆方向，向電源點(diǎn)進(jìn)行向上追溯，直到變電站出線開關(guān)為止，其所經(jīng)歷的配電自動化終端定義為該配電變壓器的供電路徑終端。各供電路徑終端基于潮流流向按照電流流經(jīng)的順序生成供電路徑順序表。圖1 中的供電路徑順序表如表1 所示。

表1 供電路徑順序表

基于供電路徑順序表，建立供電追溯陣PTM，描述一條配電饋線上所有的供電路徑及其終端順序，具體為：

式中，i=1,2,…,n，n為配電變壓器的供電路徑數(shù)，等于配電變壓器數(shù)；j=1,2,…,m，m為最大供電路徑包含的自動化終端數(shù)；ptij為第i個供電路徑中第j個終端的編號，若該終端不存在，則用-1 表示。

2 配電自動化終端告警缺陷辨識方法

當(dāng)故障發(fā)生時，故障點(diǎn)上游的自動化終端應(yīng)該經(jīng)歷故障電流并報(bào)警，而故障點(diǎn)下游的自動化終端和其他非故障路徑上的終端因不經(jīng)歷故障電流而不會報(bào)警。根據(jù)故障搶修人員現(xiàn)場確認(rèn)的實(shí)際故障點(diǎn)，逆推其上游應(yīng)該報(bào)警的自動化終端，將該終端與實(shí)際采集的故障告警信號終端進(jìn)行比對，可辨識漏報(bào)與誤報(bào)故障告警信號的終端。

饋線不僅會發(fā)生單點(diǎn)故障，而且也可能會發(fā)生多點(diǎn)并行故障。根據(jù)故障搶修人員現(xiàn)場確認(rèn)的實(shí)際故障點(diǎn)，建立故障點(diǎn)首終端集合FHS，描述每個故障點(diǎn)上游的第一個自動化終端，具體為：

式中，fhg為饋線第g個故障點(diǎn)上游的第一個自動化終端編號，g=1,2,…,q，q為饋線故障點(diǎn)總數(shù)。

順序選取故障點(diǎn)首終端集合FHS中的一個元素fhg與供電追溯陣PTM中的每行元素[pti1,pti2,…,ptij,…,ptim]進(jìn)行比對。若該行中含有元素fhg，即ptij=fhg，則表示故障發(fā)生在該供電路徑上，記錄元素fhg上游元素總數(shù)Nij；若多行中都含有元素fhg表示故障發(fā)生在這幾條供電路徑的公共路徑上。選取Nij最大的一條路徑x,其行內(nèi)元素為[ptx1,ptx2,…,ptxj,…,ptxm]，將其上游元素生成第g個故障點(diǎn)的單故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合SFSSg，具體為：

式中，ssgw為第g個故障點(diǎn)上游供電路徑上的第w個終端，w=1,2,…,j，j為PTM中與fhg相同的元素所在的列，j=Nij，pt xw=ssgw。

依次選取故障點(diǎn)首終端集合FHS中的每一個元素，基于上述方法，生成多故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合MFSS，具體為：

當(dāng)多故障并行發(fā)生時，各故障點(diǎn)的單故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合SFSSg之間所含元素將會存在重復(fù)，對多故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合MFSS中的各元素取并集，生成綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS，以描述一條饋線上所有并發(fā)故障引起的配電自動化告警終端，具體為：

式中，csk為綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS中第k個自動化終端編號，k=1,2,…,h，h為綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS中所含自動化終端總數(shù)。

建立故障實(shí)際告警終端集合FAAS以記錄故障發(fā)生時，饋線各上報(bào)故障告警信號的自動化終端，具體為：

式中，fad為故障實(shí)際告警終端集合FAAS中第d個上報(bào)了告警信號的自動化終端編號，d=1,2,…,e，e為該饋線上報(bào)故障告警信號的自動化終端總數(shù)。

當(dāng)故障實(shí)際告警終端集合FAAS與綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS完全相同時，表示饋線上各自動化終端上報(bào)信息完全正確；當(dāng)其不同時，表示饋線上有部分終端存在漏報(bào)或誤報(bào)告警信號的情況。

建立故障告警漏報(bào)終端集合FAMS以描述故障發(fā)生時，饋線上應(yīng)該上報(bào)故障告警信號卻未上報(bào)故障告警信號的終端。當(dāng)某自動化終端屬于綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS而不屬于故障實(shí)際告警終端集合FAAS時，表示該自動化終端存在漏報(bào)故障告警信號的情況。FAMS的集合值可用故障實(shí)際告警終端集合FAAS對于綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS的差集而定，具體描述為：

式中，fma為故障告警漏報(bào)終端集合FAMS中第a個漏報(bào)故障告警信號的自動化終端編號，a=1,2,…,b，b為該饋線漏報(bào)故障告警信號的自動化終端總數(shù)。

建立故障告警誤報(bào)終端集合FAFS以描述故障發(fā)生時，饋線上不應(yīng)上報(bào)故障告警信號但卻上報(bào)了故障告警信號的終端。當(dāng)某自動化終端屬于故障實(shí)際告警終端集合FAAS而不屬于綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS時，表示該自動化終端存在誤報(bào)故障告警信號的情況。FAFS的集合值可用綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS對于故障實(shí)際告警終端集合FAAS的差集而定，具體描述為：

式中，ffe為故障告警誤報(bào)終端集合FAFS中第e個誤報(bào)故障告警信號的自動化終端編號，e=1,2,…,r，r為該饋線誤報(bào)故障告警信號的自動化終端總數(shù)。

綜上所述，故障告警漏報(bào)終端集合FAMS與故障告警誤報(bào)終端集合FAFS中的自動化終端即是該饋線存在告警缺陷的自動化終端，需及時派遣運(yùn)維人員進(jìn)行現(xiàn)場維護(hù)或更換相關(guān)設(shè)備，以便確保故障情況下告警信息采集的正確性，確保饋線自動化故障研判及隔離的準(zhǔn)確性。

3 實(shí)例分析

圖1 中所示的配電饋線某日發(fā)生故障，變電站出線開關(guān)B1 跳閘，配電主站接收到終端F1、F3、F4、F5、F11、F12 上報(bào)的故障告警信號，如圖2 中黑色圓圈所示；根據(jù)故障研判邏輯，饋線自動化系統(tǒng)研判故障發(fā)生在三處地方，第一處故障點(diǎn)在終端F12 與配電變壓器T2 圍成的區(qū)域內(nèi)，如圖2 中Fault2 所示；第二處故障點(diǎn)在終端F11 與配電變壓器T4 圍成的區(qū)域內(nèi)，如圖2 中Fault3 所示；第三處故障點(diǎn)在終端F4 與配電變壓器T1 圍成的區(qū)域內(nèi)，如圖2 中Fault4 所示。

但是當(dāng)搶修人員進(jìn)行現(xiàn)場勘查后，確定故障發(fā)生在兩處地方，第一處故障點(diǎn)在終端F4 與配電變壓器T1 圍成的區(qū)域內(nèi)，如圖2 中Fault4 所示；第二處故障點(diǎn)在終端F6、F10、F11 圍成的區(qū)域內(nèi)，如圖2 中Fault5 所示。自動化終端告警信號的漏報(bào)和誤報(bào)嚴(yán)重影響了故障研判的準(zhǔn)確性。

圖2 終端故障告警信號分布圖

根據(jù)第1 節(jié)所述方法，由式（1）建立供電追溯陣PTM為：

根據(jù)第2 節(jié)所述方法，由式（2）建立故障點(diǎn)首終端集合FHS為：FHS=[F4,F6]。

根據(jù)式（3）建立單故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合SFSS1、SFSS2為：SFSS1=[F1,F2,F4],SFSS2=[F1,F2,F3,F6]。

由式（5）、（6）生成綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS為：CFSS=SFSS1?SFSS2=[F1,F2,F3,F4,F6]。

根據(jù)式（7）建立故障實(shí)際告警終端集合FAAS為：FAAS=[F1,F3,F4,F5,F11,F12]。

由式（8）、（9）生成故障告警漏報(bào)終端集合FAMS為：FAMS=CFSS-FAAS=[F2,F6]。

由式（10）、（11）生成故障告警誤報(bào)終端集合FAFS為：FAFS=FAAS-CFSS=[F5,F11,F12]。

如此，運(yùn)維檢修人員可根據(jù)故障告警漏報(bào)終端集合FAMS與故障告警誤報(bào)終端集合FAFS中所列設(shè)備盡快到現(xiàn)場進(jìn)行定點(diǎn)精準(zhǔn)化檢修及維護(hù)更換，以便確保配電網(wǎng)故障感知的準(zhǔn)確性，從而達(dá)到提升供電可靠性的目的。

4 結(jié)論

基于供電追溯陣，提出了一種配電自動化終端告警缺陷辨識方法。通過故障實(shí)際告警終端集合與綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合的差集確定了故障告警漏報(bào)終端集合和故障告警誤報(bào)終端集合。實(shí)例分析表明，文中所述方法對配電自動化終端的漏報(bào)、誤報(bào)告警缺陷具有較好的辨識準(zhǔn)確性，方法簡單、實(shí)用可靠，可較好地滿足配電自動化終端數(shù)據(jù)質(zhì)量辨識及運(yùn)維消缺的現(xiàn)場需求。