基于故障指示器的配電線路故障定位算法研究與程序設計

肖開偉 許曉平 王淵 梁仕娬 田慶生 李川

摘要：近年來國內網都在積極規劃和建設智能電網，而智能電網中配電線路故障定位一直是個研究的熱點和難點。其中故障定位的方法有很多，本文主要針對配電網中故障指示器定位的準確性一直沒有得到有效的解決，從而設計了一套故障定位算法以及故障定位程序。該算法根據故障指示器定位的原理以及云南電網實際線路情況，通過建立了配電網網拓撲模型，采用邏輯位置標示和故障事件集的概念，通過邏輯分析從而得出故障位置，并且判斷故障類型。其中故障事件由多條遙信抽象出來，目前該故障定位算法已應用在云南電網配電線路故障監測系統主站中，通過實際現象表明，該算法和程序在不影響線路正常工作的前提下，能夠準確地定位出故障發生的位置，并能準確判斷故障類型。該方法原理簡單，定位準確度高，成本較低，易于推廣。

關鍵詞：故障指示器；故障事件；故障定位

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.l003-6970.2017.08.024

引言

配電線路傳輸距離遠，支線多、大部分是架空線和電纜線，環境和氣候條件惡劣，設備故障和雷電等自然災害常常造成故障率較高。一旦出現故障停電，首先給人民群眾生活帶來不便，干擾了企業的正常生產經營；其次給供電公司造成較大損失。國家電力公司也明確提出了供電可靠性要達到99.96%的目標，提尚配電自動化是實現這一目標的重要保證。在提高配電自動化這一目標中，準確及時地定位故障和判斷故障是其重要內容。

故障定位的方法可分為廣域故障區段定位法及故障測距法，前者利用多個線路終端（FTU）或故障指示器（FFt）實現故障定位，后者直接利用線路出口處測量到的電氣量信息計算故障距離。隨著電力系統的不斷發展，現在主要采用線路終端或故障指示器實現故障定位。本文介紹了一種基于具有通信功能的故障指示器的配電線路故障定位算法。該算法主要根據故障指示器上報的故障信號，以及故障指示器自身的邏輯位置編號，對線路進行拓撲分析，之后進行邏輯判斷，從而判斷出故障點的類型以及故障點的位置。根據主站上報故障情況和實際故障情況核對發現，該故障定位軟件適應于云南電網故障定位監測系統，具有較高的實用性。

1 配電線路中故障指示器故障定位原理

故障指示器主要安裝在線路分支點和用戶進線處，當線路發生短路故障或單相接地故障時，故障指示器自身能夠發出報警提示，從而使檢修人員迅速定位故障點[3_5]。而故障指示器也會將故障信息和自身的編號上報給主站系統，主站系統進一步通過故障定位算法并查閱對應數據庫判斷出故障位置和故障類型，然后將其判斷信息通過短信的形式發給對應的線路巡線人員和維修人員。當線路發生故障時，從變電站到發生故障位置之間的故障指示器會全部翻牌報警，如圖1所示，故障點發生在故障指示器16、17與故障指示器19、20之間，那么這兩條線路和變電站之間的的故障指示器均處于故障狀態，會全部翻牌報警。

2 配電線路故障定位算法

2.1 配電網拓撲描述模型

配電網拓撲模型之前大多采用傳統的圖論描述方法。其又可分為有向圖描述和無向圖描述。文獻就是以圖論為基礎知識，根據配電網的拓撲模型建立相應的故障判別矩陣，根據故障判別矩陣判斷和隔離故障區段。但隨著配電網的發展，對定位的精度要求越來越高，接入的設備也是與日倶增。再用經典的圖論方法建立拓撲模型的話，故障信息矩陣會越來越大，顯然此方法顯得力不從心。

基于此，本文對以往的圖論算法進行改進，提出了邏輯標示的概念，標示方法為：“主線標識+主線桿塔編號+半角小數點+下一級分支標識+下一級分支桿塔編號…+末級分支標識+末級分支桿塔編號+方向標識”；“主線標識”與“支線標識”用于區分不同的主線與支線，用大寫的字母A到字母Z表示。方向標識為+或者其含義標識監測設備相對于其所安裝桿塔的位置，+表示大號側，即相對于桿塔號走向大號桿塔號的方向，表示小號側，即相對于桿塔號走向小號桿塔號的方向。如下圖2所示。例如11.A13+表示在主線路上11號桿處有一條支線，兩條或兩條以上的支線，而其中一條支線為A支線，該套配電監測設備安裝在A支線上13號桿處的小號側。

2.2 故障信息集

每一個故障指示器都有對用的編號，根據這些編號在數據庫中有唯一對應的安裝信息、設備類型、設備廠家、所屬線路、所屬變電站等信息、所屬組織機構等信息，根據這些信息再給每個設備命名其邏輯標示，這些信息叫臺賬信息，都一一的存在后臺數據庫中，如表1所示。在故障發生時對于一套配電監測設備會產生一系列特有的信息，叫故障信息，如表1所幣。這些故障信息與該設備的臺賬信息構成一了個信息元素，而整個故障事件是由若干個信息元素構成的一個集合。信息元素構成如表1所示：

2.3 邏輯標示查找確定故障事件

由于故障邏輯標識是由被V字符分割，分割后的結構為“主線/支線標識+桿塔號”，該結構稱為節點標識，其意義由電源端按照線路走線到該設備處，所必經的一個支線耦合點，位于邏輯標識最末端的節點標識則表示，設備所安裝在當前支線的位置。由該結構大小判定如下：1、“主線/支線標識”則節字符串的權重越大，“主線/支線標識”為空時比“主線/支線標識”為字母時大，例如：A5權重大于B6；當“主線/支線標識”為字母時，權重由八到7依次減小。2、“主線/支線標識”相同時，則“桿塔號”的值越大，則節字符串的權重越大，例如：A5權重大于A4。

邏輯標識遠近比較可以采用以下方法：1、從左往右先比較首個節點標識的權重，選取節點標識權重較大的為較遠點，例如：A5.5+與"B6.7+比較A5.5+為較遠點。當首位節點標識權重相同時，依次往后比較其后的節點標識，直到比較出其后某個節點標識不同，例如A5.5.4+，與A5.5.6-比較，A5.5.6-為較遠點。2、若某個邏輯標識與完全等同于另一個邏輯標識的前幾個節點標識，節點標識數量較多的一放為較遠點，例如A5.5.4+，與A5.5.4.6-比較，A5.5.4.6-為較遠點。3、若2個邏輯標識的節點標識完全相同，則比較方向標識，帶+方向標識的邏輯標識為較遠點。例如4A5.5.4+與4A5.5.4-比較，A5.5.4+為較遠點。

首先，將排序后的信息元素集合的第一個信息元素作為當前故障事件的第一個元素，該信息元素的實際安裝信息就是該故障事件故障電流末梢點的信息，然后通過其邏輯標識找到其靠近源點方向的上一套設備。其方法如下：先看該剩下的元素中是否有節點標識完全相同，僅方向標識不同的信息元素。之后邏輯標識按照至左向右的讀取方式，設該邏輯標識有n個節點標識，從其余信息元素的邏輯標識中查找節點標識個數同樣為n的邏輯標識，要求前n-1個節點標識完全相同且第n個節點標識權重最大的。若未找到從其余信息元素的邏輯標識中查找節點標識個數為n-1的邏輯標識，要求前n-2個節點標識完全相同且第n-2個節點標識權重最大的。若還未找到，不斷重復該步驟，直到找到一個滿足要求的邏輯標識，或者重復到第一個節點標識依然未找到，說明信息元素之前沒有其余信息元素了。當找到前一信息元素后，繼續以前一信息元素為基礎向前搜索，并且應的復用次數屬性加1。直到找不到更前的信息元素。并且途經的信息元素構成一個故障事件。

然后，選取復用次數為0，排序最靠前的信息元素，再次搜索。此時生成第二個故障事件。不斷重復該步驟。直到所有信息元素的復用次數均不為0，此時完成遍歷。

3 故障定位算法與程序實現

3.1 程序具體功能

本文根據以上理論，設計出了判定較為準確，定位時間相對較短，描述更為精確，支持同時間段多線路多支線故障的配網故障定位系統。圖3為故障定位軟件具體功能框圖。

基礎功能模塊包括：

（1）多進程管理模塊：根據故障事件啟用和關閉多進程。

（2）遙信合并：按邏輯位置對遙信進行合并。

（3）邏輯位置排序：按邏輯位置對遙信進行排序。

（4）邏輯位置遍歷：按邏輯位置對遙信進行遍歷。

（5）數據庫訪問模塊：對數據庫執行各種查詢。

（6）類型判定：判定故障事件的類型。

（7）故障點判定：判定故事事件發生的位置。

（8）短信發送模塊：調用webservice發送短信。

（9）短信聯系人整理：整理需要發送短信聯系人的人員名單及電話。

（10）故障事件寫入：將故障事件寫人數據庫，通過主站界面可以展示。

應用層模塊包括：

（1）故障定位：通過對上傳故障遙信的分析，對線路的發生的實際故障事件作出整理與判定，得出與之對應的故障類型與故障位置。

（2）故障上送：通過短信等方式將故障事件上送給需要的用戶，以便用戶及時排查故障。

3.2 故障定位算法流程

如圖4所示為故障定位算法程序流程圖，故障事件是由發生在某條配電線路上的某個點產生短路或接地故障組成的事件，故障事件由多條遙信抽象出來。程序設計時考慮單一^支線在10分鐘內最多只發生一次故障時間。在流程圖中Enumx表示上一次查詢數據庫遙信數量。Enrnny表示當前查詢數據庫遙信數量。

3.3 故障事件處理

由于配網中線路比較多，當產生故障事件后需要對產生的故障事件進行分類。之后進行相應處理將故障事件類型和發生位置通過短信的形式通知相應的巡線人員和維修人員。如圖5所示為故障事件處理流程圖。首先根據線路名字整理短信聯系人，然后再收集從傳人日期時間起10分鐘內該線路故障事件集的故障遙信，之后將故障遙信整理按支線整理成不同支線存起來，再將每個支線最末端位置邏輯位置、運行位置、故障類型儲存后生成短信發送給相關人員，最后再寫人日志和數據庫。

4 運行效果

在線路發生故障之后，故障信息經過線路安裝的監測終端反饋到系統中，然后故障定位算法將這些信息整理成故障事件信息，然后通過多種方式轉送給供電所的相關人員。如圖6所示為配電線路故障監測系統主站中故障事件截圖。當故障發生后，巡線人員會受到軟件發送的短信，然后巡線人員根據短信內容去現場確認故障并排除故障，目前根據巡線人員核對的故障情況表明，本故障定位算法準確度比較高，能夠節省巡線人員工作強度和工作時間，具有較高的實用價值。

5 結論

本文分析了故障指示器定位的基本原理，結合其原理和云南電網的實際線路情況設計了一套故障定位算法。當配電線路發生故障時，該算法能夠準確地定位出故障類型和故障位置，并通過短信的形式通知相關人員。這樣大大地縮短了停電時間，減少了巡線人員勞動強度，對提升云南電網配電網故障監測系統的運行和管理綜合水平將起到重要的推動作用。