配電網故障的可視化定位及區段劃分系統分析

李繼剛，劉峰，董鐸亮，劉玉軍，薛曉慧

（內蒙古電力（集團）有限責任公司包頭供電分公司，內蒙古 包頭 014030）

配電網實際運行的環境較為復雜，尤其是架空配電線路受外界環境影響較大，很容易出現故障。目前在配電網故障定位和故障診斷方法中，主要的方法包括了注入信號法、故障指示器定位法等。其中采用注入信號法進行配電網故障定位，要求配電線路是連通狀態，這樣才能夠使得所注入的信號能夠通過故障點形成回路，通過檢測所注入的信號，就可以判斷故障的具體位置。但如果配電網出現了斷線而沒有接地，則就檢測不到所注入的信號，應用效果存在不足之處。隨著現代信息技術和通信技術的發展，可以開發出配電網故障定位及區段劃分系統，本文主要介紹了利用可視化技術來實現配電網故障定位及區段劃分的原理，在實際的配電網故障定位中可以加以應用。

1 配電網故障定位及區段劃分技術現狀

無論是在10kV農村配電網還是城市配電網，都廣泛采用了電纜線路和架空線路，這種混合搭配的線路模式在實際中應用十分廣泛，也使得對配電網的故障定位及區段劃分難度較高。在目前的配電網故障定位及區段劃分技術體系中，主要還是依靠在各個配電臺區內安裝的監控終端和無線通信網絡加以實現，并可以將配電系統故障區段劃分結果發生到配電系統的運維人員手機終端。但采用這種方式的配電故障定位方法所得到的區段一般位于分段開關之間，使得距離范圍較大，對配電網中的故障進行尋找難度依然較大。

同時在目前的配電線路運維中，也采用了故障指示器的故障定位方法，雖然在一定程度上提高了對配網故障的排查效率，但這種方式也存在著一定的缺陷。如所采用的故障指示器不具備配電網故障信息的自動化遠程傳輸功能，當配電線路中發生故障時，依然需要人工進行排查故障。為此可以借助無線通信系統，將故障指示器中的信息數據發送到配電系統主站中，從而實現對配電網故障的定位。隨著可視化技術的發展，可以利用可視化技術，開發出配電網故障的可視化定位及區段劃分管理系統。配電網故障可視化定位管理系統中嵌入故障定位分析算法，并根據現場設備所發送到系統中的數據，經過程序的分析和計算，得出準確的配電網故障定位和區段劃分結果，指導配電網檢修人員快速實現對故障的定位。

2 配電網故障的可視化定位及區段劃分技術

2.1 可視化技術

利用可視化技術，可以來模擬真實的世界，并通過圖形、曲線、圖像等多種不同的展示方式，較為直觀地展現在技術人員面前，并且可以較好地實現人機交互。當前可視化技術在社會中的應用較為廣泛，但在電力行業中的應用還相對不足，還具備較大的空間。當將可視化技術應用在配電系統中，可以將配電網的網架結構展示出來，同時當配電網出現故障時，也能夠進行定位和隔離。在可視化編程技術中，包括了圖形學和拓撲學技術，并且需要借助網絡技術和數據庫技術，以達到開發出可視化系統的目的。對于配電網的描述一般也是采用SVG技術，電力系統中的電力元器件、配電線路以及廠站等都可以通過SVG來進行描述。

在開發配電網可視化故障定位及區段劃分系統時，需要借助可視化編程語言，可以選擇C#或者是C++編程語言。其中C#編程語言的功能較為豐富，并且在編程過程中也較為簡單，容易實現利用面向對象的方式進行軟件系統的開發。該編程語言經過多年的發展，也處于不斷創新改進之中，尤其是在語言的表達方式上得到了較大的提示，更好地滿足人機交互的需求，可以選擇C#編程語言來開發配電網可視化故障定位及區段劃分系統。

2.2 配電網故障定位及區段劃分算法

在配電網可視化故障定位及區段劃分系統中，所選擇的故障定位算法，是決定配電網可視化故障定位及區段劃分系統實際應用性能的關鍵。在實際的配電網故障定位中，可以采取的算法類型較多，如矩陣算法在實際的配電網故障定位中應用較為廣泛。在矩陣算法中，首先根據配電網的拓撲結構生成相應的網絡描述矩陣，之后再借助現場采集監控終端設備上次的配電網故障數據信息，建立配電網的故障信息矩陣。再通過對所建立的這兩個矩陣進行處理，就可以得到配電網的故障判斷矩陣，實現對配電網的故障定位。

如果在配電網中存在分布式電源，則由于分布式電源會使得配電網中的潮流具備雙向流動的特征，對配電網的故障定位會產生較大的影響。故應該對矩陣算法中的故障信息矩陣以及網絡描述矩陣加以改進，以便使得所得出的故障定位結果較為準確。但是采用這種算法也存在著一定的問題，如果現場監控采集終端和配電網主站系統之間發生了通信中斷，則故障定位系統沒有原始數據來源，使得配電網故障定位系統失效。由于配電網現場監控終端如FTU在地理位置上分布十分廣泛，并且采用的是無線通信方式，很容易受到天氣、外力破壞或者環境等客觀因素影響，使得配電網現場監控終端和主站系統數據通信中斷。

為此在配電網故障定位與區段劃分系統開發中，可以采用改進之后的矩陣定位算法，引入FTU屬性矩陣的方法，即在網絡描述矩陣的建立中，考慮FTU的通信狀態是否正常，將其反應在網絡描述矩陣中，從而使得對配電網的拓撲狀態評估更為全面準確。在配電網區段劃分中，根據配電網中帶有FTU的開關分布的實際情況，將各配電線路進行區段劃分。在一個區段中，可以通過自動化開關和其他區段加以分開。此外由于在配網中可能會存在多個電源，如具有分布式電源并網，則需要先指定其中一個電源點為參考電源，其他的電源則作為負荷。

3 配電網故障定位與區段劃分系統的分析與實現

3.1 配電網故障定位與區段劃分系統的結構

根據配電網故障的定位和區段劃分技術，可以開發出配電網故障定位系統，方便在實際的配電網運維及檢修中加以應用。在配電網故障定位系統包括了故障采集器、故障指示器、無線通信網絡和配電系統主站等幾個部分組成，圖1為該配電網故障定位系統的組成結構圖。

圖1 配電網故障定位系統的組成結構圖

在圖1配電網故障定位系統中，對于故障指示器應加強其無線通信的數據接口設計，保證數據能夠收發正常。在網絡通信協議選擇上，可以采用紫峰通信協議，在網絡系統中設置好協調器節點、路由器節點以及終端節點等，保證數據信息能夠逐級發送和傳輸。同時對于無線通信系統中的協調器節點、路由器節點以及終端節點等應合理的布置，可以利用人工智能算法進行優化計算，保證各節點設備既不會多設置，也不會因為少設置而影響系統的功能。

3.2 配電網故障定位與區段劃分軟件系統的功能分析

從圖1配電網故障定位系統結構中可知，主站系統中是實現配電網故障定位的關鍵，應加強主站系統中的軟件功能設計，保證在具備可靠的故障定位功能基礎上，軟件系統也能夠高效穩定運行。在開發軟件系統時，需要先進行軟件系統的需求分析，充分收集配電網運維人員、檢修人員等意見，并在實際的軟件開發中加以考慮，圖2為配電網故障定位與區段劃分系統中的軟件功能分解圖。

圖2 配電網故障定位與區段劃分系統中的軟件功能分析圖

從圖2配電網故障定位與區段劃分系統中的軟件功能分解圖中可知，在配電網故障定位及區段劃分系統中，包括了實時監控系統和數據處理系統，相互之間通過數據庫實現數據信息共享和存儲。對于實時監控系統，包括了數據通信功能、參數配置功能和可視化展示等功能。其中利用實時監控系統中的通信功能模塊，可以接收配電網現場終端、故障指示器所發送過來的運行數據信息，并在處理之后，送入數據庫中存儲，同時以可視化的方式展示出來。對于數據處理系統，則包括了數據查詢功能、數據分析功能、故障診斷功能以及導出報表等功能，這些功能基本能夠滿足對配電網故障的診斷、分析統計和應用等多種應用需求。

同時可視化展示功能模塊是配電網故障定位與區段劃分系統中的關鍵模塊，可以采用基于SVG的顯示技術，該技術在調度控制系統的開發中也得到了廣泛應用，技術成熟度較高，在實際中的應用效果也較好。在基于SVG的顯示技術中，需要做好圖層管理、圖表展示和人機交互等模塊的開發。對于圖層管理，應分別設置文字層、線路層和廠站層等不同的層次，從而對不需要的信息加以過濾，并顯示有用的信息。當配電系統出現故障時，可視化系統會將饋線兩側的開關加以標注，則故障區段就為兩個開關之間的線路。為了便于配電網運行及檢修人員的操作，可以根據配電網故障定位系統的功能分解圖，在界面上分別設置多個不同的操作按鈕，方便操作人員的實際操作。

4 結語

采用配電網故障定位與區段劃分技術，在實際配電網運維中具有較大的工程實用價值。本文首先分析了配電網故障定位及區段劃分技術現狀，之后闡述了可視化技術的基本原理，以及配電網故障定位及區段劃分算法等內容，最后分析了配電網故障定位與區段劃分軟件系統的結構設計和功能開發等技術。通過在實際中采用該配電網故障定位與區段劃分軟件系統，可以顯著提高配電網的運行檢修技術水平，并提高配電網的供電可靠性。