基于DMS配網(wǎng)拓?fù)浼肮收现甘酒鞯墓收现悄茉\斷研究

陳哲穎

（福建省羅源縣供電有限公司，福建 羅源 350600）

1 項(xiàng)目實(shí)施背景

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，負(fù)荷密度很高的城市配網(wǎng)系統(tǒng)因?yàn)榭拷脩舳?，分支線多、情況復(fù)雜、設(shè)備老化等原因，發(fā)生短路故障的概率極高。一般僅出口斷路器跳閘，即使在主干線上用開關(guān)分段，也只能隔離有限的幾段，要找出具體故障位置往往需耗費(fèi)大量人力、物力和時(shí)間。不僅給供電部門帶來較大的直接經(jīng)濟(jì)損失，也給社會經(jīng)濟(jì)效益帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。

我國的配電系統(tǒng)（6—35kV系統(tǒng)）是中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，除個別系統(tǒng)是小電阻接地系統(tǒng)外，大多數(shù)系統(tǒng)是經(jīng)消弧線圈接地或不接地系統(tǒng)，稱為非有效接地系統(tǒng)，非有效接地系統(tǒng)的單相接地故障的準(zhǔn)確定位是一個世界難題。單相接地故障檢測，過去一般只能在變電站做接地選線，無法在線路上定位故障區(qū)段和故障分支。

故障查找在中國雖研究較多，也有各種成型產(chǎn)品提供，但基本上都需人工現(xiàn)場查找，自動化水平不高。隨著電網(wǎng)建設(shè)量的不斷增加和技術(shù)不斷提升，舊的靠人員徒步開展故障巡視的模式不再適合電力發(fā)展的情況。

我公司管轄范圍內(nèi)的配電線路長度較長，且情況復(fù)雜，多為架空、電纜混合線路，單相接地和短路故障的發(fā)生幾率較高。只有變電站出口開關(guān)配有保護(hù)，線路上任何一點(diǎn)發(fā)生故障均會導(dǎo)致整條線路停電，嚴(yán)重?cái)U(kuò)大停電范圍，而且由于線路長度較長、分叉多等因素影響，排查故障困難，處理故障時(shí)間較長。

這樣的運(yùn)行現(xiàn)狀嚴(yán)重的影響了供電可靠性，也對經(jīng)濟(jì)社會效益產(chǎn)生了較大的影響。因此，在配電線路運(yùn)行管理上，應(yīng)利用先進(jìn)的科技手段幫助運(yùn)行、檢修人員迅速趕赴現(xiàn)場并排除故障。

綜上所述，通過一套完善的、準(zhǔn)確可靠的配網(wǎng)故障自動定位系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)所有線路的故障點(diǎn)快速查找已成為當(dāng)務(wù)之急。

2 項(xiàng)目開發(fā)內(nèi)容

開發(fā)基于 DMS配網(wǎng)拓?fù)浼皵?shù)字化故障指示器的配網(wǎng)在線監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)：

2.1 探討遠(yuǎn)方故障監(jiān)測終端通過TDCDMA/GPRS等公用網(wǎng)接入DMS的安全接入方案。

2.2 在DMS上實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線路負(fù)荷/溫度等監(jiān)測及故障報(bào)警定位信息接入，并且實(shí)現(xiàn)基于DMS的一體化的建模及展示。

2.3 探討配電網(wǎng)拓?fù)渥詣由捎邢驁D描述，并且基于有向圖的故障區(qū)域判斷方法的研究。

2.4 研究基于配網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼氨孀R算法和DMS相關(guān)聯(lián)的實(shí)測數(shù)據(jù)冗余，對上傳的線路故障動作信號進(jìn)行糾錯、補(bǔ)漏、確定的方法。

2.5 重點(diǎn)研究基于配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓收现悄茉\斷算法：包括確定信息下故障區(qū)域判斷、不確定信息下故障區(qū)域判斷。

2.6 研究應(yīng)用DMS前置系統(tǒng)對故障指示器遠(yuǎn)方調(diào)控功能（測量精度調(diào)較，遙控翻牌復(fù)歸等），提高故障判斷及定位的準(zhǔn)確率。

3 項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)

基于DMS配網(wǎng)拓?fù)浼肮收现甘酒鞯墓收现悄茉\斷研究，融合故障指示器的智能監(jiān)測及故障定位和 DMS配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼肮收现悄茉\斷算法，進(jìn)行故障信息實(shí)時(shí)分析和故障診斷定位，提高故障判斷及定位的準(zhǔn)確率，縮短故障處理時(shí)間。

4 本項(xiàng)目建設(shè)過程

該系統(tǒng)目前己在福建省羅源縣供電有限公司建成并投入試運(yùn)行，項(xiàng)目建設(shè)過程如下：

2012年1月 對相關(guān)公司進(jìn)行技術(shù)考察，商討相關(guān)合作事宜，出臺技術(shù)方案與合作方案。2012年2月－3月 準(zhǔn)備相關(guān)技術(shù)要求及各項(xiàng)前期工作，出臺詳細(xì)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告和實(shí)施細(xì)則。2012年3月－8月基于對公用網(wǎng)接入 DMS的安全接入方案、DMS一體化的建模及展示、配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓收现悄茉\斷算法、應(yīng)用DMS前置系統(tǒng)對故障指示器遠(yuǎn)方調(diào)控功能等的研究，完成基于 DMS配網(wǎng)拓?fù)浼肮收现甘酒鞯墓收现悄茉\斷系統(tǒng)軟件開發(fā)，安裝相關(guān)硬件設(shè)備，系統(tǒng)試運(yùn)行。2012年8月－10月完成故障指示器的現(xiàn)場安裝、調(diào)試，并與主站系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，出臺系統(tǒng)進(jìn)行集成、綜合測試及穩(wěn)定性測評報(bào)告。2012年10月－11月在我公司投入正式試運(yùn)行應(yīng)用，檢測系統(tǒng)運(yùn)用穩(wěn)定性，并培訓(xùn)相關(guān)操作人員。出臺試用報(bào)告，用戶報(bào)告。2012年11月 項(xiàng)目總結(jié)、評審。

5 系統(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新點(diǎn)

5.1 技術(shù)關(guān)鍵

5.1.1 線路故障時(shí)單點(diǎn)電氣特征不明顯及配電運(yùn)行的復(fù)雜性，造成故障指示器時(shí)有拒動、誤動，準(zhǔn)確率不高；采取基于配網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼氨孀R算法和DMS相關(guān)聯(lián)的實(shí)測數(shù)據(jù)冗余，對上傳的線路故障動作信號進(jìn)行糾錯、補(bǔ)漏、確定的方法。

5.1.2 農(nóng)網(wǎng)線路一般要通過山區(qū)森林，部分區(qū)域存在移動通信盲區(qū)，結(jié)合國內(nèi)通訊技術(shù)的發(fā)展，探索測試采集器與主站間的多種通訊方式：無線轉(zhuǎn)發(fā)，TD-CDMA/GPRS等，解決上述問題、節(jié)約通訊費(fèi)用。

5.1.3 因配電線路環(huán)境復(fù)雜，干擾因素很多，且常規(guī)故障指示器以電池供電，造成采集器與故障指示器的無線通訊實(shí)現(xiàn)困難，探索采用線路感應(yīng)取電技術(shù)，雙向通訊/64信道自動跳頻通信技術(shù)，消除無線頻段碰撞及干擾問題，實(shí)現(xiàn)高可靠性的數(shù)據(jù)通訊及長壽命。

5.1.4 常規(guī)的DMS一般只適用到開關(guān)節(jié)點(diǎn)監(jiān)控，故障指示器一般應(yīng)用于桿塔線路，故障檢測定位與DMS融合，需重新設(shè)計(jì)相關(guān)架構(gòu)、算法、及控制模型。

5.1.5 研究配電網(wǎng)拓?fù)渥詣由捎邢驁D描述的方法，并且基于有向圖的開展故障區(qū)域判斷方法的研究。

5.1.6 突破了以往局部的故障檢測方式，本項(xiàng)目將研究基于系統(tǒng)角度，采取系統(tǒng)整合、多角度、多判據(jù)、多元法的故障檢測定位技術(shù)，并結(jié)合 DMS的實(shí)時(shí)拓?fù)?、?shí)時(shí)數(shù)據(jù)和故障指示器的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、故障檢測信號。

5.1.7 研究確定信息下故障區(qū)域判斷算法和不確定信息下故障區(qū)域判斷算法。

5.2 系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)：

5.2.1 由于配電故障復(fù)雜性、數(shù)字化故障指示器技術(shù)局限性和現(xiàn)場惡劣的自然及電磁環(huán)境，造成本項(xiàng)目采用的布點(diǎn)數(shù)字化故障指示器上傳的故障信號存在誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象，傳統(tǒng)算法無法處理不確定點(diǎn)故障信息而實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)故障診斷及定位。本項(xiàng)目研究采用貝葉斯方法，結(jié)合配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觯斎氩杉降墓收闲盘柤?，?jì)算各個分段的故障概率，按故障概率排序獲得相對準(zhǔn)確的配網(wǎng)故障診斷及定位。

5.2.2 傳統(tǒng)的配電終端太陽能供電技術(shù)采用太陽能電池板+鉛酸電池模擬，由于太陽能電池板會對鉛酸電池頻繁充放電，會造成鉛酸電池活性快速下降，另外，太陽能電池板除10點(diǎn)—15點(diǎn)時(shí)間段以外，外界光熱量不強(qiáng)，電壓比較低，按目前供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是無法獲取這部分能量。本項(xiàng)目融合超級電容的功率型充放特性、結(jié)合寬幅電壓穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換模塊來克服前述兩個難點(diǎn)，并且研究開發(fā)了智能電源管理控制技術(shù)而實(shí)現(xiàn)了高效能、長壽命的太陽能供電電源系統(tǒng)。

5.2.3 本項(xiàng)目以GPRS無線通信方式為基礎(chǔ)，構(gòu)建配網(wǎng)自動化通訊系統(tǒng)，在主站端配置固定 IP，各個配電終端通過GPRS無線通信方式，經(jīng)Internet網(wǎng)絡(luò)與主站固定IP建立TCP鏈路，主站固定IP部署于一臺網(wǎng)關(guān)裝置（自主開發(fā)），網(wǎng)關(guān)裝置實(shí)現(xiàn)配電終端信息匯聚和鏈路控制，網(wǎng)關(guān)通過多口終端服務(wù)器的串行通道+隔離通訊軟件實(shí)現(xiàn)外網(wǎng)信息隔離轉(zhuǎn)接，從而低成本、大覆蓋、安全可靠的配網(wǎng)自動化廣域信息傳輸系統(tǒng)。

6 綜合效益分析

6.1 實(shí)現(xiàn)配電線路故障的準(zhǔn)確判斷、定位及報(bào)警，故障判斷的準(zhǔn)確率達(dá)95%以上。

6.2 實(shí)現(xiàn)配電線路負(fù)荷電流等參數(shù)的遙測，遙測精度不大于1%。

6.3 事故變位報(bào)警響應(yīng)時(shí)間 ≤10秒（包括等待故障信號上送的時(shí)間）；

6.4 徹底改變過去依靠人工查找故障點(diǎn)的的傳統(tǒng)做法，提高現(xiàn)場搶修工作效率，減少人工巡線/查找故障工作量可達(dá)70%；

6.5 實(shí)現(xiàn)基于DMS的一體化的建模及展示，實(shí)現(xiàn)資源共享，減少系統(tǒng)維護(hù)工作量，增強(qiáng)易用性，降低整體項(xiàng)目投資。

7 項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

基于 DMS配網(wǎng)拓?fù)浼肮收现甘酒鞯墓收现悄茉\斷研究過程，得到省公司和我局各級領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，通過我公司配電運(yùn)行部與項(xiàng)目合作方的積極合作，使得該項(xiàng)目需求詳細(xì)透徹，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確一致，積極探索前沿新生技術(shù)，使該系統(tǒng)提供具有智能、準(zhǔn)確診斷、定位故障的先進(jìn)服務(wù)，這些都是配電自動化后續(xù)項(xiàng)目開發(fā)值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

8 結(jié)論

基于DMS配網(wǎng)拓?fù)浼肮收现甘酒鞯墓收现悄茉\斷研究，實(shí)現(xiàn)了配電線路故障的準(zhǔn)確判斷、定位及報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了對線路負(fù)荷電流、暫態(tài)接地電流、線路對地電場和電池電壓的在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)線路負(fù)荷/溫度等監(jiān)測及故障報(bào)警定位信息接入，基于DMS的一體化的建模及展示，實(shí)現(xiàn)了主站系統(tǒng)對故障指示器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)方遙調(diào)，提高短路/接地故障點(diǎn)判斷指示的準(zhǔn)確性，使工作人員可以直觀、實(shí)時(shí)了解線路運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)可以迅速診斷、定位故障并通知工作人員，可讓檢修人員迅速趕赴現(xiàn)場，縮短故障發(fā)生的處置時(shí)間，提高供電可靠性，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。