基于配電自動(dòng)化的線路故障快速定位研究

鄧錦明

摘要：受環(huán)境、技術(shù)、線路老化等因素影響，配電線路很容易出現(xiàn)斷線、接地等事故，嚴(yán)重影響了配電網(wǎng)的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。為避免上述問題，配電網(wǎng)建設(shè)過程中必須利用好智能裝置，在配電自動(dòng)化技術(shù)和GIS定位技術(shù)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域快速定位、線路故障綜合分析、故障斷電自動(dòng)恢復(fù)等，最大限度縮短線路故障斷電時(shí)間，從根本上提升用戶用電滿意度。

關(guān)鍵詞：線路故障;配電自動(dòng)化;GIS技術(shù);快速定位系統(tǒng);應(yīng)用

1 引言

線路故障是影響配電網(wǎng)運(yùn)行安全性、可靠性和穩(wěn)定性的重要因素。本研究主要從某地區(qū)10kV配電網(wǎng)線路故障現(xiàn)狀出發(fā)，借助配電自動(dòng)化技術(shù)和GIS定位技術(shù)，構(gòu)建配電網(wǎng)線路故障快速定位系統(tǒng)，對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、狀態(tài)數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析，確定配電線路故障處理和運(yùn)行維護(hù)的關(guān)鍵點(diǎn)。望在一定程度上推動(dòng)智能配網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展進(jìn)程。

2 研究背景

21世紀(jì)以來，南方電網(wǎng)加大了對(duì)智能配網(wǎng)的重視力度，開始在配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的改革和優(yōu)化，以提升輸配電的穩(wěn)定性、可靠性和有效性。

某縣級(jí)10kV配網(wǎng)主要負(fù)責(zé)區(qū)域居民生活用電，線路總長32.8km，地理環(huán)境較為復(fù)雜，覆蓋縣域內(nèi)平原、丘陵、山區(qū)等。該配網(wǎng)于2009年投入使用，至今多處線路存在不同程度老化，嚴(yán)重影響了10kV配網(wǎng)運(yùn)行的安全系數(shù)。

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：僅2019年該配網(wǎng)就出現(xiàn)設(shè)備故障249起，其中嚴(yán)重配電事故6起，平均故障停電時(shí)間達(dá)到1.31h，配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)遠(yuǎn)低于國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，依照智能配網(wǎng)建設(shè)要求開展自動(dòng)化改革、升級(jí)勢(shì)在必行。

3 平臺(tái)構(gòu)建

2020年3月起，某縣級(jí)10kV配網(wǎng)開始進(jìn)行智能改造，構(gòu)建了基于配網(wǎng)自動(dòng)化的線路快速故障定位系統(tǒng)，其關(guān)鍵內(nèi)容如下。

3.1 技術(shù)支撐

（1）配網(wǎng)自動(dòng)化原理。

主要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)等實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)管，使配電網(wǎng)處于安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、高效的最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)。配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)過程中要注重SCADA系統(tǒng)的構(gòu)建，在前端數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上配合重合器、FTU裝置、自動(dòng)開關(guān)等進(jìn)程MIS數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制。

（2）GIS定位原理。

又稱地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System），可以對(duì)空間數(shù)據(jù)集中采集、分析和處理，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地理定位。GIS系統(tǒng)可直接采集、存儲(chǔ)和維護(hù)日常地理位置數(shù)據(jù)并校對(duì)，然后對(duì)線路定位數(shù)據(jù)進(jìn)行編號(hào)，以便于配網(wǎng)自動(dòng)化故障診斷和處理過程中的地理信息匹配。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

某縣級(jí)10kV配網(wǎng)在線路快速故障定位系統(tǒng)構(gòu)建過程中主要選用FTU裝置實(shí)現(xiàn)故障數(shù)據(jù)采集。設(shè)置時(shí)將其置于配電網(wǎng)設(shè)備開關(guān)處和電纜環(huán)網(wǎng)柜，用于線電壓、運(yùn)行電流等的采集;同時(shí)，F(xiàn)TU與配網(wǎng)自動(dòng)化主站連接，將采集到的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)傳輸?shù)较到y(tǒng)中。

與此同時(shí)，在快速故障定位系統(tǒng)構(gòu)建的過程中還需要做好GIS定位，形成基于GIS的前端采集單元、處理單元和信息終端。該系統(tǒng)中先由GIS定位裝置進(jìn)行故障點(diǎn)地理數(shù)據(jù)的采集，然后將其傳輸?shù)脚渚W(wǎng)自動(dòng)化主站中;再在功能服務(wù)基礎(chǔ)上構(gòu)建完整的C/S+B/S混合架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)故障圖像、故障數(shù)據(jù)、地理信息的綜合分析，得出基于配網(wǎng)自動(dòng)化的線路故障智能處理決策。

3.3 功能設(shè)置

3.3.1 采集單元

某縣級(jí)10kV配網(wǎng)線路故障快速定位系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)包主要包括電力監(jiān)測(cè)信息和地理信息兩部分內(nèi)容，其中：

（1）在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝FTU和DTU裝置后，通過其監(jiān)測(cè)單元直接采集線路、設(shè)備的電流、電壓、開關(guān)狀態(tài)等信息，利用自動(dòng)監(jiān)測(cè)指令、SCADA指令等形成配電網(wǎng)數(shù)據(jù)包，為故障定位提供可靠數(shù)據(jù)來源。

（2）前端中設(shè)置GIS定位裝置，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵地理信息的采集，并在配網(wǎng)網(wǎng)架基礎(chǔ)上進(jìn)行輸配電節(jié)點(diǎn)、地理數(shù)據(jù)的配對(duì)，然后關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)包，并按照指定信息通道上傳。

3.3.2 自動(dòng)化主站

某縣級(jí)10kV配網(wǎng)自動(dòng)化主站運(yùn)行過程中主要對(duì)前端FTU、GIS裝置等采集數(shù)據(jù)整合后的數(shù)據(jù)包進(jìn)行集中分析，利用ARM處理器快速判斷配網(wǎng)運(yùn)行情況，確定故障區(qū)域、故障類型、故障現(xiàn)狀等，包括數(shù)據(jù)處理單元和智能決策單元兩部分。

一般分析過程中主要采用樹型結(jié)構(gòu)作為配網(wǎng)線路主體架構(gòu);然后，再根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)用負(fù)控?cái)?shù)據(jù)庫中的關(guān)鍵信息，通過SDX+數(shù)據(jù)庫管理軟件、Spatial系列軟件等完成數(shù)據(jù)處理和分析;最后，借助可視化裝置實(shí)現(xiàn)故障數(shù)據(jù)的顯示、故障狀況報(bào)警等。

以某縣級(jí)10kV配網(wǎng)自動(dòng)化主站運(yùn)行過程中，在K1點(diǎn)發(fā)生永久性故障后，此時(shí)FTU對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)單元直接將故障電壓、電流等信息傳輸?shù)街髡局?。配合主站GIS定位信息，并該區(qū)域段歷史數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)等，可快速判斷出HK01-CA1段電壓異常，線路斷線，確定故障點(diǎn)在HK01-CA1段。此時(shí)，主站發(fā)出HK01-CA1段分閘指令、L01開關(guān)合閘指令，實(shí)現(xiàn)快速故障隔離。

（3）功能服務(wù)。根據(jù)上述功能邏輯，在配網(wǎng)自動(dòng)化終端設(shè)置時(shí)必須支持歷史數(shù)據(jù)調(diào)用和存儲(chǔ)、智能診斷和分析、遠(yuǎn)程投切控制和可視化監(jiān)控報(bào)警。主要包括WEB服務(wù)器、圖形工作站、Oracle數(shù)據(jù)庫等，即：

（1）Web服務(wù)器可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)停電方案選擇、供電范圍分析、倒閘操作、掛牌操作、最佳巡檢路徑分析、搶修信息管理、搶修車輛管理等。服務(wù)過程中可并配合饋線終端（FTU）及集中監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）快速進(jìn)行故障點(diǎn)隔離，以最大限度減少由線路故障引起的區(qū)域斷電的可能性;

（2）圖形工作站可實(shí)現(xiàn)可視化界面展示、報(bào)警信息顯示、設(shè)備數(shù)據(jù)錄入、設(shè)備數(shù)據(jù)維護(hù)、設(shè)備數(shù)據(jù)查詢等。上述可視化顯示單元可確保系統(tǒng)采集到異常數(shù)據(jù)直接通過動(dòng)態(tài)視頻、圖像等顯示，同時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警;

（3）Oracle數(shù)據(jù)庫主要完成地形數(shù)據(jù)采集、地形數(shù)據(jù)修改、地理信息錄入、地理信息修改、地理信息查詢等，用來進(jìn)行故障顯示和決策輔助。在應(yīng)用過程中需按照不同數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分區(qū)存儲(chǔ)，并配合調(diào)用指令完成對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用。

4 應(yīng)用分析

4.1 效益評(píng)估

2020年6月11日，某縣級(jí)10kV配網(wǎng)智能改造完成并正式投入使用，其基于配電自動(dòng)化的線路故障快速定位系統(tǒng)在該年度內(nèi)共出現(xiàn)異常報(bào)警295次，線路故障定位準(zhǔn)確率達(dá)到100%;共有效隔離故障斷電220次，平均故障斷電時(shí)間僅為0.21h，配網(wǎng)可靠性指標(biāo)達(dá)到99.82%，配網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性和穩(wěn)定性明顯提升。

與此同時(shí)，在線路故障快速定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，某縣級(jí)10kV配網(wǎng)故障搶修時(shí)間明顯縮短。運(yùn)維人員可以借助可視化終端直接定位線路故障點(diǎn)，并依照采集的狀態(tài)參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)等快速查找配網(wǎng)線路故障致因，減少了大量成本投入，全面提升了配網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 注意事項(xiàng)

隨著配網(wǎng)智能化建設(shè)的不斷深入，尤其是基于配電自動(dòng)化的線路故障快速定位系統(tǒng)全面應(yīng)用后，必須進(jìn)一步加大對(duì)操作人員的專業(yè)培訓(xùn)。要就線路故障快速定位系統(tǒng)中的關(guān)鍵內(nèi)容展開知識(shí)教育和操作實(shí)訓(xùn)，保證人員能夠高質(zhì)量、高效益地應(yīng)用線路故障快速定位系統(tǒng)。

同時(shí)，還要做好線路故障快速定位系統(tǒng)的優(yōu)化和升級(jí)。在系統(tǒng)優(yōu)化方面，要依照智能診斷需求不斷提升算法模型的科學(xué)性和有效性，根據(jù)歷史故障案例建立分層故障數(shù)據(jù)體系，確保在故障定位過程中能夠快速實(shí)現(xiàn)故障數(shù)據(jù)匹配和故障案例處理，以充分利用配網(wǎng)線路故障處理工作經(jīng)驗(yàn)，縮短故障斷電時(shí)間。在系統(tǒng)升級(jí)方面，要定期對(duì)基于配電自動(dòng)化的線路故障快速定位系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和拓展，在國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上不斷提升線路故障快速定位裝置的準(zhǔn)確性、可靠性和有效性，提升數(shù)據(jù)采集的精度和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確度，這樣才能夠避免由系統(tǒng)問題導(dǎo)致的故障診斷失誤，為配網(wǎng)安全運(yùn)行和穩(wěn)定運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 總結(jié)

配電自動(dòng)化的線路故障快速定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)從前端采集、自動(dòng)化主站建設(shè)、功能單元拓展三部分出發(fā)，做好線路狀態(tài)數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)等的整合，在智能分析基礎(chǔ)上形成科學(xué)決策，進(jìn)行可視化現(xiàn)實(shí)和遠(yuǎn)程遙控。尤其是要做好智能診斷分析，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位、有效報(bào)警、快速處理，從根本上降低線路故障對(duì)配網(wǎng)安全效益和經(jīng)濟(jì)效益的影響，全面推動(dòng)我國智能配網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展進(jìn)程。

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