基于配電自動化的線路故障快速定位研究

古嘉俊

(廣東先達電業(yè)股份有限公司，廣東 梅州 514011)

1 引言

受環(huán)境、技術、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，嚴重影響了配電網(wǎng)的安全效益和經(jīng)濟效益。為避免上述問題，配電網(wǎng)建設過程中必須利用好智能裝置，在配電自動化技術和GIS定位技術基礎上，實現(xiàn)故障區(qū)域快速定位、線路故障綜合分析、故障斷電自動恢復等，最大限度縮短線路故障斷電時間，從根本上提升用戶用電滿意度。

2 研究背景

21世紀以來，南方電網(wǎng)加大了對智能配網(wǎng)的重視力度，開始在配網(wǎng)自動化技術基礎上實現(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10kV配網(wǎng)主要負責區(qū)域居民生活用電，線路總長32.8km，地理環(huán)境較為復雜，覆蓋縣域內平原、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，嚴重影響了10kV配網(wǎng)運行的安全系數(shù)。

調查數(shù)據(jù)顯示:僅2019年該配網(wǎng)就出現(xiàn)設備故障249起，其中嚴重配電事故6起，平均故障停電時間達到1.31h，配電網(wǎng)可靠性指標遠低于國家規(guī)定標準，依照智能配網(wǎng)建設要求開展自動化改革、升級勢在必行。

3 平臺構建

2020年3月起，某縣級10kV配網(wǎng)開始進行智能改造，構建了基于配網(wǎng)自動化的線路快速故障定位系統(tǒng)，其關鍵內容如下。

3.1 技術支撐

(1)配網(wǎng)自動化原理。主要利用計算機技術、自動控制技術、通信技術等實現(xiàn)智能化監(jiān)管，使配電網(wǎng)處于安全、可靠、優(yōu)質、經(jīng)濟、高效的最優(yōu)運行狀態(tài)。配網(wǎng)自動化建設過程中要注重SCADA系統(tǒng)的構建，在前端數(shù)據(jù)采集基礎上配合重合器、FTU裝置、自動開關等進程MIS數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)遠程監(jiān)測控制。

(2)GIS定位原理。又稱地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System)，可以對空間數(shù)據(jù)集中采集、分析和處理，實現(xiàn)準確地理定位。GIS系統(tǒng)可直接采集、存儲和維護日常地理位置數(shù)據(jù)并校對，然后對線路定位數(shù)據(jù)進行編號，以便于配網(wǎng)自動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

某縣級10kV配網(wǎng)在線路快速故障定位系統(tǒng)構建過程中主要選用FTU裝置實現(xiàn)故障數(shù)據(jù)采集。設置時將其置于配電網(wǎng)設備開關處和電纜環(huán)網(wǎng)柜，用于線電壓、運行電流等的采集；同時，F(xiàn)TU與配網(wǎng)自動化主站連接，將采集到的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)傳輸?shù)较到y(tǒng)中，如圖1所示。

圖1 某縣級10kV配網(wǎng)快速故障定位中的FTU設置

與此同時，在快速故障定位系統(tǒng)構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定位裝置進行故障點地理數(shù)據(jù)的采集，然后將其傳輸?shù)脚渚W(wǎng)自動化主站中；再在功能服務基礎上構建完整的C/S＋B/S混合架構，實現(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)自動化的線路故障智能處理決策。如圖2所示。

圖2 基于配網(wǎng)自動化的線路故障快速定位系統(tǒng)

3.3 功能設置

3.3.1 采集單元

某縣級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)測信息和地理信息兩部分內容，其中:

(1)在關鍵節(jié)點安裝FTU和DTU裝置后，通過其監(jiān)測單元直接采集線路、設備的電流、電壓、開關狀態(tài)等信息，利用自動監(jiān)測指令、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)前端中設置GIS定位裝置，實現(xiàn)關鍵地理信息的采集，并在配網(wǎng)網(wǎng)架基礎上進行輸配電節(jié)點、地理數(shù)據(jù)的配對，然后關聯(lián)數(shù)據(jù)包，并按照指定信息通道上傳。

3.3.2 自動化主站

某縣級10kV配網(wǎng)自動化主站運行過程中主要對前端FTU、GIS裝置等采集數(shù)據(jù)整合后的數(shù)據(jù)包進行集中分析，利用ARM處理器快速判斷配網(wǎng)運行情況，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構作為配網(wǎng)線路主體架構；然后，再根據(jù)實際情況合理調用負控數(shù)據(jù)庫中的關鍵信息，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，借助可視化裝置實現(xiàn)故障數(shù)據(jù)的顯示、故障狀況報警等。

以某縣級10kV配網(wǎng)自動化主站運行過程中，在K1點發(fā)生永久性故障后(見圖3)，此時FTU對應的監(jiān)測單元直接將故障電壓、電流等信息傳輸?shù)街髡局小Ｅ浜现髡綠IS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，確定故障點在HK01－CA1段。此時，主站發(fā)出HK01－CA1段分閘指令、L01開關合閘指令，實現(xiàn)快速故障隔離。

圖3 某縣級10kV配網(wǎng)K1線永久性故障

(3)功能服務。根據(jù)上述功能邏輯，在配網(wǎng)自動化終端設置時必須支持歷史數(shù)據(jù)調用和存儲、智能診斷和分析、遠程投切控制和可視化監(jiān)控報警。主要包括WEB服務器、圖形工作站、Oracle數(shù)據(jù)庫等，即:

(1)Web服務器可實現(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)快速進行故障點隔離，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)圖形工作站可實現(xiàn)可視化界面展示、報警信息顯示、設備數(shù)據(jù)錄入、設備數(shù)據(jù)維護、設備數(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)直接通過動態(tài)視頻、圖像等顯示，同時進行聲光報警；

(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，用來進行故障顯示和決策輔助。在應用過程中需按照不同數(shù)據(jù)類型進行分區(qū)存儲，并配合調用指令完成對應數(shù)據(jù)的分析和應用。

4 應用分析

4.1 效益評估

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

與此同時，在線路故障快速定位系統(tǒng)的基礎上，某縣級10kV配網(wǎng)故障搶修時間明顯縮短。運維人員可以借助可視化終端直接定位線路故障點，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)運行的經(jīng)濟效益。

4.2 注意事項

隨著配網(wǎng)智能化建設的不斷深入，尤其是基于配電自動化的線路故障快速定位系統(tǒng)全面應用后，必須進一步加大對操作人員的專業(yè)培訓。要就線路故障快速定位系統(tǒng)中的關鍵內容展開知識教育和操作實訓，保證人員能夠高質量、高效益地應用線路故障快速定位系統(tǒng)。

同時，還要做好線路故障快速定位系統(tǒng)的優(yōu)化和升級。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，縮短故障斷電時間。在系統(tǒng)升級方面，要定期對基于配電自動化的線路故障快速定位系統(tǒng)進行維護和拓展，在國內外先進技術基礎上不斷提升線路故障快速定位裝置的準確性、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)臏蚀_度，這樣才能夠避免由系統(tǒng)問題導致的故障診斷失誤，為配網(wǎng)安全運行和穩(wěn)定運行打下堅實的基礎。

5 總結

配電自動化的線路故障快速定位系統(tǒng)設計過程中應從前端采集、自動化主站建設、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，在智能分析基礎上形成科學決策，進行可視化現(xiàn)實和遠程遙控。尤其是要做好智能診斷分析，實現(xiàn)準確定位、有效報警、快速處理，從根本上降低線路故障對配網(wǎng)安全效益和經(jīng)濟效益的影響，全面推動我國智能配網(wǎng)建設和發(fā)展進程。