基于DMS配網拓撲及故障指示器的故障智能診斷研究

陳哲穎

（福建省羅源縣供電有限公司，福建 羅源 350600）

1 項目實施背景

在電網系統中，負荷密度很高的城市配網系統因為靠近用戶端，分支線多、情況復雜、設備老化等原因，發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大量人力、物力和時間。不僅給供電部門帶來較大的直接經濟損失，也給社會經濟效益帶來嚴重的負面影響。

我國的配電系統（6—35kV系統）是中性點非直接接地系統，除個別系統是小電阻接地系統外，大多數系統是經消弧線圈接地或不接地系統，稱為非有效接地系統，非有效接地系統的單相接地故障的準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，也有各種成型產品提供，但基本上都需人工現場查找，自動化水平不高。隨著電網建設量的不斷增加和技術不斷提升，舊的靠人員徒步開展故障巡視的模式不再適合電力發展的情況。

我公司管轄范圍內的配電線路長度較長，且情況復雜，多為架空、電纜混合線路，單相接地和短路故障的發生幾率較高。只有變電站出口開關配有保護，線路上任何一點發生故障均會導致整條線路停電，嚴重擴大停電范圍，而且由于線路長度較長、分叉多等因素影響，排查故障困難，處理故障時間較長。

這樣的運行現狀嚴重的影響了供電可靠性，也對經濟社會效益產生了較大的影響。因此，在配電線路運行管理上，應利用先進的科技手段幫助運行、檢修人員迅速趕赴現場并排除故障。

綜上所述，通過一套完善的、準確可靠的配網故障自動定位系統來實現所有線路的故障點快速查找已成為當務之急。

2 項目開發內容

開發基于 DMS配網拓撲及數字化故障指示器的配網在線監測及故障定位系統：

2.1 探討遠方故障監測終端通過TDCDMA/GPRS等公用網接入DMS的安全接入方案。

2.2 在DMS上實現配網線路負荷/溫度等監測及故障報警定位信息接入，并且實現基于DMS的一體化的建模及展示。

2.3 探討配電網拓撲自動生成有向圖描述，并且基于有向圖的故障區域判斷方法的研究。

2.4 研究基于配網絡拓撲及辨識算法和DMS相關聯的實測數據冗余，對上傳的線路故障動作信號進行糾錯、補漏、確定的方法。

2.5 重點研究基于配電網絡拓撲的故障智能診斷算法：包括確定信息下故障區域判斷、不確定信息下故障區域判斷。

2.6 研究應用DMS前置系統對故障指示器遠方調控功能（測量精度調較，遙控翻牌復歸等），提高故障判斷及定位的準確率。

3 項目預期目標

基于DMS配網拓撲及故障指示器的故障智能診斷研究，融合故障指示器的智能監測及故障定位和 DMS配電網絡拓撲及故障智能診斷算法，進行故障信息實時分析和故障診斷定位，提高故障判斷及定位的準確率，縮短故障處理時間。

4 本項目建設過程

該系統目前己在福建省羅源縣供電有限公司建成并投入試運行，項目建設過程如下：

2012年1月 對相關公司進行技術考察，商討相關合作事宜，出臺技術方案與合作方案。2012年2月－3月 準備相關技術要求及各項前期工作，出臺詳細的項目設計報告和實施細則。2012年3月－8月基于對公用網接入 DMS的安全接入方案、DMS一體化的建模及展示、配電網絡拓撲的故障智能診斷算法、應用DMS前置系統對故障指示器遠方調控功能等的研究，完成基于 DMS配網拓撲及故障指示器的故障智能診斷系統軟件開發，安裝相關硬件設備，系統試運行。2012年8月－10月完成故障指示器的現場安裝、調試，并與主站系統進行聯調，出臺系統進行集成、綜合測試及穩定性測評報告。2012年10月－11月在我公司投入正式試運行應用，檢測系統運用穩定性，并培訓相關操作人員。出臺試用報告，用戶報告。2012年11月 項目總結、評審。

5 系統技術關鍵及創新點

5.1 技術關鍵

5.1.1 線路故障時單點電氣特征不明顯及配電運行的復雜性，造成故障指示器時有拒動、誤動，準確率不高；采取基于配網絡拓撲及辨識算法和DMS相關聯的實測數據冗余，對上傳的線路故障動作信號進行糾錯、補漏、確定的方法。

5.1.2 農網線路一般要通過山區森林，部分區域存在移動通信盲區，結合國內通訊技術的發展，探索測試采集器與主站間的多種通訊方式：無線轉發，TD-CDMA/GPRS等，解決上述問題、節約通訊費用。

5.1.3 因配電線路環境復雜，干擾因素很多，且常規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現困難，探索采用線路感應取電技術，雙向通訊/64信道自動跳頻通信技術，消除無線頻段碰撞及干擾問題，實現高可靠性的數據通訊及長壽命。

5.1.4 常規的DMS一般只適用到開關節點監控，故障指示器一般應用于桿塔線路，故障檢測定位與DMS融合，需重新設計相關架構、算法、及控制模型。

5.1.5 研究配電網拓撲自動生成有向圖描述的方法，并且基于有向圖的開展故障區域判斷方法的研究。

5.1.6 突破了以往局部的故障檢測方式，本項目將研究基于系統角度，采取系統整合、多角度、多判據、多元法的故障檢測定位技術，并結合 DMS的實時拓撲、實時數據和故障指示器的在線監測數據、故障檢測信號。

5.1.7 研究確定信息下故障區域判斷算法和不確定信息下故障區域判斷算法。

5.2 系統創新點：

5.2.1 由于配電故障復雜性、數字化故障指示器技術局限性和現場惡劣的自然及電磁環境，造成本項目采用的布點數字化故障指示器上傳的故障信號存在誤報和漏報現象，傳統算法無法處理不確定點故障信息而實現配網故障診斷及定位。本項目研究采用貝葉斯方法，結合配電網絡拓撲分析，輸入采集到的故障信號集合，計算各個分段的故障概率，按故障概率排序獲得相對準確的配網故障診斷及定位。

5.2.2 傳統的配電終端太陽能供電技術采用太陽能電池板+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—15點時間段以外，外界光熱量不強，電壓比較低，按目前供電系統設計是無法獲取這部分能量。本項目融合超級電容的功率型充放特性、結合寬幅電壓穩壓轉換模塊來克服前述兩個難點，并且研究開發了智能電源管理控制技術而實現了高效能、長壽命的太陽能供電電源系統。

5.2.3 本項目以GPRS無線通信方式為基礎，構建配網自動化通訊系統，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Internet網絡與主站固定IP建立TCP鏈路，主站固定IP部署于一臺網關裝置（自主開發），網關裝置實現配電終端信息匯聚和鏈路控制，網關通過多口終端服務器的串行通道+隔離通訊軟件實現外網信息隔離轉接，從而低成本、大覆蓋、安全可靠的配網自動化廣域信息傳輸系統。

6 綜合效益分析

6.1 實現配電線路故障的準確判斷、定位及報警，故障判斷的準確率達95%以上。

6.2 實現配電線路負荷電流等參數的遙測，遙測精度不大于1%。

6.3 事故變位報警響應時間 ≤10秒（包括等待故障信號上送的時間）；

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

6.5 實現基于DMS的一體化的建模及展示，實現資源共享，減少系統維護工作量，增強易用性，降低整體項目投資。

7 項目經驗總結

基于 DMS配網拓撲及故障指示器的故障智能診斷研究過程，得到省公司和我局各級領導的大力支持，通過我公司配電運行部與項目合作方的積極合作，使得該項目需求詳細透徹，數據準確一致，積極探索前沿新生技術，使該系統提供具有智能、準確診斷、定位故障的先進服務，這些都是配電自動化后續項目開發值得借鑒的經驗。

8 結論

基于DMS配網拓撲及故障指示器的故障智能診斷研究，實現了配電線路故障的準確判斷、定位及報警，實現了對線路負荷電流、暫態接地電流、線路對地電場和電池電壓的在線監測，實現了配網線路負荷/溫度等監測及故障報警定位信息接入，基于DMS的一體化的建模及展示，實現了主站系統對故障指示器的相關參數進行遠方遙調，提高短路/接地故障點判斷指示的準確性，使工作人員可以直觀、實時了解線路運行狀態，當發生故障時，系統可以迅速診斷、定位故障并通知工作人員，可讓檢修人員迅速趕赴現場，縮短故障發生的處置時間，提高供電可靠性，為企業帶來巨大的經濟效益。