配電網(wǎng)故障定位中的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用

[關(guān)鍵詞]配電網(wǎng)；故障定位；自動(dòng)化技術(shù)；饋線自動(dòng)化；智能算法

引言

在現(xiàn)代社會(huì)中，配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著保障電力供應(yīng)安全穩(wěn)定的重要使命。然而，由于各種不可預(yù)知因素的存在，配電網(wǎng)故障時(shí)有發(fā)生，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。為了提高配電網(wǎng)的故障處理效率和準(zhǔn)確性，自動(dòng)化技術(shù)在故障定位中得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)的集成和優(yōu)化，配電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)故障快速定位、智能隔離和快速恢復(fù)供電，從而有效保障供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，確保配電網(wǎng)運(yùn)行的安全與順暢。

一、配電網(wǎng)故障定位方法

（一）傳統(tǒng)矩陣法

傳統(tǒng)矩陣法是利用圖論中的節(jié)點(diǎn)和邊的關(guān)系來(lái)描述配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)而形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)描述矩陣，其優(yōu)點(diǎn)在于其原理簡(jiǎn)單易懂，計(jì)算速度快，能夠快速地確定故障位置，從而縮短停電時(shí)間，提高配電網(wǎng)的供電可靠性。

傳統(tǒng)矩陣能夠清晰地展示配電網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)和饋線之間的連接關(guān)系。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，饋線終端單元（FeederTerminal Unit，F(xiàn)TU）會(huì)檢測(cè)到故障產(chǎn)生的異常電流或電壓信號(hào)，并將這些信息上傳至中央控制系統(tǒng)。根據(jù)這些故障信息，可以生成一個(gè)故障信息矩陣。不僅如此，這個(gè)矩陣能夠反映故障發(fā)生時(shí)配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)描述矩陣與故障信息矩陣進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算（如矩陣乘法、異或運(yùn)算等），可以識(shí)別出與故障狀態(tài)相關(guān)的節(jié)點(diǎn)或饋線。這樣就可以快速定位到故障發(fā)生的位置。

（二）智能算法

智能算法是一類(lèi)用于模擬人類(lèi)智能行為或解決復(fù)雜問(wèn)題的計(jì)算模型和方法。它們可以應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、優(yōu)化、決策制定等。

1．專(zhuān)家系統(tǒng)。專(zhuān)家系統(tǒng)是一種基于規(guī)則的人工智能系統(tǒng)，它可以利用專(zhuān)家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決特定領(lǐng)域的問(wèn)題。專(zhuān)家系統(tǒng)通常由知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)組成，知識(shí)庫(kù)包含了專(zhuān)家提供的規(guī)則和事實(shí)，而推理機(jī)則負(fù)責(zé)根據(jù)這些規(guī)則和事實(shí)來(lái)推理并解決問(wèn)題。專(zhuān)家系統(tǒng)能夠模擬專(zhuān)家的決策過(guò)程，為用戶提供專(zhuān)業(yè)的建議或解決方案。它們?cè)卺t(yī)療診斷、金融咨詢、工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

2．人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)．人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模擬人腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的計(jì)算模型。它由大量神經(jīng)元相互連接而成，能夠通過(guò)調(diào)整神經(jīng)元之間的連接權(quán)重來(lái)學(xué)習(xí)和識(shí)別模式。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以處理復(fù)雜的非線性問(wèn)題并具有強(qiáng)大的泛化能力，它被廣泛用以完成圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理和推薦系統(tǒng)等任務(wù)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成包括輸入層、隱藏層和輸出層，通過(guò)訓(xùn)練過(guò)程不斷調(diào)整權(quán)重，從而優(yōu)化模型的性能。

3．遺傳算法。遺傳算法是一種基于自然選擇和遺傳學(xué)原理的優(yōu)化搜索算法。它能夠通過(guò)模擬生物進(jìn)化過(guò)程中的選擇、交叉和變異等機(jī)制，在解空間中尋找最優(yōu)解。遺傳算法適用于處理復(fù)雜的優(yōu)化問(wèn)題，特別是那些難以用傳統(tǒng)方法解決的非線性、多峰值等問(wèn)題。它在函數(shù)優(yōu)化、機(jī)器學(xué)習(xí)、組合優(yōu)化等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。遺傳算法能夠通過(guò)編碼問(wèn)題解為“染色體”，然后通過(guò)選擇、交叉和變異等操作來(lái)不斷優(yōu)化種群，最終得到最優(yōu)解。

二、配電網(wǎng)故障定位中的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用

（一）饋線終端選點(diǎn)原則

饋線終端單元在故障定位技術(shù)中扮演著關(guān)鍵的角色。FTU是一種用于配電系統(tǒng)的智能終端設(shè)備，它具備遙測(cè)、遙控、遙信等功能，能夠?qū)崟r(shí)采集線路的電壓、電流、功率、開(kāi)關(guān)位置等電網(wǎng)運(yùn)行信息。在配電網(wǎng)出現(xiàn)故障的情況下，F(xiàn)TU可以快速地獲取故障時(shí)刻的電壓、電流等重要數(shù)據(jù)，并將其上傳到配電自動(dòng)化主站。配電自動(dòng)化主站在收到FTU上傳的故障信息后，可以利用故障定位算法，綜合其他有關(guān)數(shù)據(jù)及信息進(jìn)行分析、處理，精確定位故障點(diǎn)。饋線終端的選點(diǎn)對(duì)于配網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行控制和故障定位至關(guān)重要，主要分為線路主干線、線路分支和用戶支線三種類(lèi)型。

1．針對(duì)線路主干線，根據(jù)不同的長(zhǎng)度制定安裝要求。主干線長(zhǎng)度在2 km至5 km之間時(shí)，需要至少安裝1臺(tái)FTU來(lái)監(jiān)控整條主干線的運(yùn)行情況；當(dāng)主干線長(zhǎng)度達(dá)到或超過(guò)5km時(shí)，應(yīng)增加至少1臺(tái)FTU，以確保主干線能夠?qū)崿F(xiàn)三分段監(jiān)控來(lái)保障監(jiān)測(cè)的精度和及時(shí)性。

2．針對(duì)線路分支，首端FTU的安裝要求應(yīng)按照不同的供電區(qū)域等級(jí)制定。在A、B類(lèi)區(qū)域的分支線路，若配電變壓器的裝接總量超過(guò)3，000 kVA，長(zhǎng)度超過(guò)2 km，或者高壓用戶在五戶以上，則首端需要裝設(shè)1臺(tái)FTU。而對(duì)于C類(lèi)和D類(lèi)地區(qū)的分支線路，若配變的總量超過(guò)1，500 kVA，長(zhǎng)度超過(guò)4 km，或者有3戶以上的高壓用戶，同樣要設(shè)置1臺(tái)FTU，以保證分支線路的正常運(yùn)行。

3．針對(duì)用戶支線，為保證對(duì)用戶支線的監(jiān)測(cè)與控制，需在配電變壓器總量大于630 kVA的用戶專(zhuān)用變壓器處裝設(shè)1臺(tái)FTU。選址時(shí)注意線路首端也要裝設(shè)FTU，并且要盡可能接近變電所的出線開(kāi)關(guān)，最好設(shè)在第一根桿或首站室，這樣才能更快地進(jìn)行故障定位與處理。

通過(guò)合理的饋線終端選點(diǎn)，可以提高配網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行控制和故障定位及處置能力，同時(shí)滿足新型配電系統(tǒng)的需求，提高供電的可靠性和效率。在配網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)過(guò)程中，選點(diǎn)的重要性不言而喻，需要根據(jù)實(shí)際情況和要求進(jìn)行合理規(guī)劃和布置，確保配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）集中型饋線自動(dòng)化故障定位方案

集中型饋線自動(dòng)化故障定位方案首先依賴于智能監(jiān)測(cè)與檢測(cè)技術(shù)。通過(guò)安裝在饋線上的智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，如饋線終端單元、故障指示器等，實(shí)現(xiàn)對(duì)饋線運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。這些設(shè)備能夠檢測(cè)電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及開(kāi)關(guān)位置、環(huán)境溫度等非電氣參數(shù)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至主站系統(tǒng)。為了確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和故障處理的及時(shí)性，集中型饋線自動(dòng)化方案采用了遠(yuǎn)程通信與控制技術(shù)，能夠通過(guò)高速、穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)，如光纖、無(wú)線通信等，實(shí)現(xiàn)主站系統(tǒng)與智能監(jiān)測(cè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和指令下發(fā)。主站系統(tǒng)可以根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，對(duì)饋線進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和操作，從而實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)定位和隔離。在主站系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，能夠?qū)崿F(xiàn)故障信息的準(zhǔn)確提取。這包括故障類(lèi)型識(shí)別、故障位置定位、故障嚴(yán)重程度評(píng)估等。通過(guò)算法和模型的應(yīng)用，系統(tǒng)能夠自動(dòng)分析故障信息，為后續(xù)的故障處理提供決策支持。一旦檢測(cè)到故障，集中型饋線自動(dòng)化方案能夠迅速隔離故障區(qū)域，以防止故障擴(kuò)散和影響其他正常運(yùn)行的區(qū)域。通過(guò)遠(yuǎn)程操作開(kāi)關(guān)設(shè)備，系統(tǒng)能夠自動(dòng)切斷故障區(qū)域的電源，確保其他區(qū)域的正常供電。集中型饋線自動(dòng)化方案還具備自動(dòng)化調(diào)度與控制功能，在主站系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下，各智能監(jiān)測(cè)設(shè)備、開(kāi)關(guān)設(shè)備等能夠協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)定位、隔離和恢復(fù)供電。同時(shí)，系統(tǒng)還能夠根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況和供電需求，進(jìn)行智能調(diào)度和控制，以確保配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行。

（三）就地型饋線自動(dòng)化故障定位方案

就地型饋線自動(dòng)化故障定位方案是基于局部信息和設(shè)備間的協(xié)同工作來(lái)快速識(shí)別并隔離故障，不需要主站的參與。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，可以分為重合器方式和智能分布式方式兩種。

1．重合器方式

重合器方式有電壓時(shí)間型、電壓電流時(shí)間型、自適應(yīng)綜合型三類(lèi)。以電壓時(shí)間型為例，它的工作原理是在饋線出現(xiàn)短路故障時(shí)，由變電所出線開(kāi)關(guān)感應(yīng)故障，迅速分閘，切斷故障電流。接著，由于斷電，分段開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，當(dāng)出線開(kāi)關(guān)出現(xiàn)一段時(shí)間延遲后，將試圖再次閉合。若故障為瞬時(shí)故障，則分段開(kāi)關(guān)按預(yù)先設(shè)定的延時(shí)逐步合閘，使電網(wǎng)恢復(fù)供電。但若為永久故障，分段開(kāi)關(guān)在逐級(jí)合閘的過(guò)程中遇到故障區(qū)段，出線開(kāi)關(guān)會(huì)再次跳閘。此時(shí)，由于閉合保持時(shí)間不夠，故障點(diǎn)上游的開(kāi)關(guān)將閉鎖正向來(lái)電合閘；而在故障點(diǎn)的下游開(kāi)關(guān)，雖然感應(yīng)到瞬間的來(lái)電，但因?yàn)闆](méi)有達(dá)到線路有壓確認(rèn)時(shí)間，將閉鎖反向合閘。這種方法可以準(zhǔn)確地定位故障。

2，智能分布式方式

智能分布式方式是不依靠配電自動(dòng)化系統(tǒng)全局信息進(jìn)行故障定位的一種方法，其能夠通過(guò)多臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備的互聯(lián)、協(xié)調(diào)工作，完成對(duì)故障位置的定位。在這種方式下，每個(gè)自動(dòng)化終端都具備故障檢測(cè)和通信功能。當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，終端會(huì)立即將故障信息傳遞給相鄰的終端，通過(guò)終端間的信息交換和協(xié)同分析，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地判斷故障的位置，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行隔離和恢復(fù)供電。無(wú)論是重合器方式還是智能分布式方式，它們都通過(guò)設(shè)備間的相互配合和信息傳遞來(lái)完成故障處理任務(wù)，以此確保配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。

（四）故障信息分析與處理

隨著科技的進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)在配電網(wǎng)故障定位中的應(yīng)用已成為保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵手段。

1．GSM/GPRS通信技術(shù)

GSM/GPRS通信技術(shù)能夠?yàn)榕潆娋W(wǎng)故障定位提供快速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道。在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，故障指示器或其他監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠迅速捕獲故障信息。通過(guò)GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)，這些關(guān)鍵信息可以實(shí)時(shí)傳輸至中央監(jiān)控系統(tǒng)，使運(yùn)維人員能夠在第一時(shí)間了解故障狀況，為后續(xù)的故障處理提供決策依據(jù)。

2．GIS地理信息系統(tǒng)

GIS地理信息系統(tǒng)可以通過(guò)其強(qiáng)大的地理信息展示功能，為配電網(wǎng)故障定位提供直觀、可視化的操作界面。通過(guò)GIS系統(tǒng)，運(yùn)維人員可以清晰地看到配電網(wǎng)的線路走向、設(shè)備分布及用戶接入點(diǎn)等信息。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，GIS系統(tǒng)能夠迅速定位故障發(fā)生區(qū)域，為運(yùn)維人員提供詳細(xì)的地理位置信息，從而加速故障的處理速度。

3．故障選線

故障選線技術(shù)能夠通過(guò)分析故障電流的特征快速確定故障發(fā)生的線路。在配電網(wǎng)中，由于線路眾多，快速準(zhǔn)確地確定故障線路顯得尤為重要。通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各線路的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到異常電流時(shí)，能夠迅速判斷并顯示故障線路，為運(yùn)維人員提供明確的處理方向。

4．區(qū)段定位

區(qū)段定位技術(shù)進(jìn)一步縮小了故障的范圍，幫助運(yùn)維人員快速定位到具體的故障點(diǎn)。通過(guò)先進(jìn)的算法和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，系統(tǒng)可以判斷故障發(fā)生的具體區(qū)段，并迅速切斷故障區(qū)域的電源，同時(shí)恢復(fù)非故障區(qū)域的正常供電，最大程度地減少停電時(shí)間和范圍，保障供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（五）系統(tǒng)集成與優(yōu)化

在配電網(wǎng)中應(yīng)用集中型饋線自動(dòng)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)故障快速定位、隔離和非故障區(qū)域恢復(fù)供電的關(guān)鍵手段。在這一方案中，除了自動(dòng)化調(diào)度與控制功能，還涉及系統(tǒng)集成與優(yōu)化等多個(gè)方面。

自動(dòng)化調(diào)度與控制功能是實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化的核心，通過(guò)主站系統(tǒng)收集所有終端設(shè)備的信息，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觯杆俅_定故障位置。一旦檢測(cè)到故障，系統(tǒng)能夠自動(dòng)進(jìn)行故障隔離并恢復(fù)非故障區(qū)域的正常供電。這種自動(dòng)化的處理方式能夠大大提高故障處理的效率，減少停電時(shí)間和范圍。

系統(tǒng)集成與優(yōu)化是提高饋線自動(dòng)化性能的關(guān)鍵。要實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化，需要整合監(jiān)測(cè)設(shè)備、通信技術(shù)等多種資源，構(gòu)建一個(gè)完整的自動(dòng)化系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，各種設(shè)備能夠協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)信息的共享和協(xié)同處理。同時(shí)，通過(guò)不斷優(yōu)化系統(tǒng)配置和算法，進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能和技術(shù)水平，提高故障定位的準(zhǔn)確性和效率。

此外，提高供電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，還可以采用多種技術(shù)手段。例如，可以采用冗余配置和備份策略以確保關(guān)鍵設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性；可以加大設(shè)備的維護(hù)和檢修力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理潛在故障；可以加強(qiáng)與其他系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和配合，提高整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)分析了饋線自動(dòng)化和智能算法這兩種主要的自動(dòng)化技術(shù)在配電網(wǎng)故障定位中的應(yīng)用。研究結(jié)果表明，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用能夠顯著提高配電網(wǎng)故障定位的準(zhǔn)確性和效率，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支持。未來(lái)，為了進(jìn)一步加強(qiáng)自動(dòng)化技術(shù)與配電網(wǎng)實(shí)際的結(jié)合，確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要不斷完善和優(yōu)化故障預(yù)防及應(yīng)對(duì)措施。