基于配電自動化的線路故障快速定位研究

鄧錦明

摘要：受環境、技術、線路老化等因素影響，配電線路很容易出現斷線、接地等事故，嚴重影響了配電網的安全效益和經濟效益。為避免上述問題，配電網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，實現故障區域快速定位、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。

關鍵詞：線路故障;配電自動化;GIS技術;快速定位系統;應用

1 引言

線路故障是影響配電網運行安全性、可靠性和穩定性的重要因素。本研究主要從某地區10kV配電網線路故障現狀出發，借助配電自動化技術和GIS定位技術，構建配電網線路故障快速定位系統，對網架結構、狀態數據等進行分析，確定配電線路故障處理和運行維護的關鍵點。望在一定程度上推動智能配網建設和發展進程。

2 研究背景

21世紀以來，南方電網加大了對智能配網的重視力度，開始在配網自動化技術基礎上實現配電網的改革和優化，以提升輸配電的穩定性、可靠性和有效性。

某縣級10kV配網主要負責區域居民生活用電，線路總長32.8km，地理環境較為復雜，覆蓋縣域內平原、丘陵、山區等。該配網于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配網運行的安全系數。

調查數據顯示：僅2019年該配網就出現設備故障249起，其中嚴重配電事故6起，平均故障停電時間達到1.31h，配電網可靠性指標遠低于國家規定標準，依照智能配網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配網開始進行智能改造，構建了基于配網自動化的線路快速故障定位系統，其關鍵內容如下。

3.1 技術支撐

（1）配網自動化原理。

主要利用計算機技術、自動控制技術、通信技術等實現智能化監管，使配電網處于安全、可靠、優質、經濟、高效的最優運行狀態。配網自動化建設過程中要注重SCADA系統的構建，在前端數據采集基礎上配合重合器、FTU裝置、自動開關等進程MIS數據分析，實現遠程監測控制。

（2）GIS定位原理。

又稱地理信息系統（Geographic Information System），可以對空間數據集中采集、分析和處理，實現準確地理定位。GIS系統可直接采集、存儲和維護日常地理位置數據并校對，然后對線路定位數據進行編號，以便于配網自動化故障診斷和處理過程中的地理信息匹配。

3.2 系統架構

某縣級10kV配網在線路快速故障定位系統構建過程中主要選用FTU裝置實現故障數據采集。設置時將其置于配電網設備開關處和電纜環網柜，用于線電壓、運行電流等的采集;同時，FTU與配網自動化主站連接，將采集到的數據通過無線網傳輸到系統中。

與此同時，在快速故障定位系統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。該系統中先由GIS定位裝置進行故障點地理數據的采集，然后將其傳輸到配網自動化主站中;再在功能服務基礎上構建完整的C/S+B/S混合架構，實現故障圖像、故障數據、地理信息的綜合分析，得出基于配網自動化的線路故障智能處理決策。

3.3 功能設置

3.3.1 采集單元

某縣級10kV配網線路故障快速定位系統采集到的數據包主要包括電力監測信息和地理信息兩部分內容，其中：

（1）在關鍵節點安裝FTU和DTU裝置后，通過其監測單元直接采集線路、設備的電流、電壓、開關狀態等信息，利用自動監測指令、SCADA指令等形成配電網數據包，為故障定位提供可靠數據來源。

（2）前端中設置GIS定位裝置，實現關鍵地理信息的采集，并在配網網架基礎上進行輸配電節點、地理數據的配對，然后關聯數據包，并按照指定信息通道上傳。

3.3.2 自動化主站

某縣級10kV配網自動化主站運行過程中主要對前端FTU、GIS裝置等采集數據整合后的數據包進行集中分析，利用ARM處理器快速判斷配網運行情況，確定故障區域、故障類型、故障現狀等，包括數據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線路主體架構;然后，再根據實際情況合理調用負控數據庫中的關鍵信息，通過SDX+數據庫管理軟件、Spatial系列軟件等完成數據處理和分析;最后，借助可視化裝置實現故障數據的顯示、故障狀況報警等。

以某縣級10kV配網自動化主站運行過程中，在K1點發生永久性故障后，此時FTU對應的監測單元直接將故障電壓、電流等信息傳輸到主站中。配合主站GIS定位信息，并該區域段歷史數據、狀態數據等，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，主站發出HK01-CA1段分閘指令、L01開關合閘指令，實現快速故障隔離。

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

（1）Web服務器可實現最優停電方案選擇、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）及集中監控系統（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域斷電的可能性;

（2）圖形工作站可實現可視化界面展示、報警信息顯示、設備數據錄入、設備數據維護、設備數據查詢等。上述可視化顯示單元可確保系統采集到異常數據直接通過動態視頻、圖像等顯示，同時進行聲光報警;

（3）Oracle數據庫主要完成地形數據采集、地形數據修改、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據類型進行分區存儲，并配合調用指令完成對應數據的分析和應用。

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在該年度內共出現異常報警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，配網可靠性指標達到99.82%，配網運行的安全性、可靠性和穩定性明顯提升。

與此同時，在線路故障快速定位系統的基礎上，某縣級10kV配網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，并依照采集的狀態參數、歷史數據等快速查找配網線路故障致因，減少了大量成本投入，全面提升了配網運行的經濟效益。

4.2 注意事項

隨著配網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全面應用后，必須進一步加大對操作人員的專業培訓。要就線路故障快速定位系統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。

同時，還要做好線路故障快速定位系統的優化和升級。在系統優化方面，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，根據歷史故障案例建立分層故障數據體系，確保在故障定位過程中能夠快速實現故障數據匹配和故障案例處理，以充分利用配網線路故障處理工作經驗，縮短故障斷電時間。在系統升級方面，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，提升數據采集的精度和數據傳輸的準確度，這樣才能夠避免由系統問題導致的故障診斷失誤，為配網安全運行和穩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，做好線路狀態數據、地理信息數據等的整合，在智能分析基礎上形成科學決策，進行可視化現實和遠程遙控。尤其是要做好智能診斷分析，實現準確定位、有效報警、快速處理，從根本上降低線路故障對配網安全效益和經濟效益的影響，全面推動我國智能配網建設和發展進程。

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