基于拓撲智能分析與展示的配網故障定位系統的設計與實現

鐘達　黃盛亮　張建國

【摘 要】在電力生產運行中，中壓配電網故障主要為接地故障，且故障點隱蔽，按傳統方式不易查找。接地故障對線路變電設備、配電設備、配電網會造成嚴重的危害。在配電網線路中準確地查找線路故障的區段并進行定位一直是困擾當前配電網運行的技術難點。本文論述的基于拓撲智能分析與展示的配網故障定位系統通過拓撲圖形智能搜索分析算法的分析計算，能夠準確定位線路故障，減小故障范圍，縮短故障處理時間，從而大大減輕停電對居民、生產生活的影響，減少經濟損失，減少社會影響，維護電力公司的良好形象。

【關鍵詞】故障定位；深度優先搜索；拓撲分析；前置機

0 引言

國家電網公司提出從2011年開始，堅強智能電網關鍵技術試點工作全面開展。到2015年，基本建成堅強智能電網，關鍵技術和裝備達到國際領先水平，雙向互動服務在大中城市得到推廣。

配電網建設是堅強智能電網建設的一個關鍵環節，同時也是電網運行中較為薄弱的環節。在生產運行中，中壓配電網故障主要為接地故障，且故障點隱蔽，按傳統方式不易查找。接地故障對線路變電設備、配電設備、配電網會造成嚴重的危害。在配電網線路中準確地查找線路故障的區段并進行定位一直是困擾當前配電網運行的技術難點。按傳統方式，故障發生后由線路維護人員逐段、逐線、逐桿查找，工作強度大，故障處理時間長，影響人們正常生產生活，且對社會造成了不可估量的損失，同時也影響了電網在社會的企業形象。因此，建立一套配網故障定位系統來快速定位故障、解決故障，減少故障處理時間，降低故障所引起的損失，提高企業形象已迫在眉睫。

配網智能故障定位系統的建設有著重要意義，通過本文論述的基于拓撲智能分析與展示的配網故障定位系統能夠準確定位線路故障，減小故障范圍，縮短故障處理時間，從而大大減輕停電對居民、生產生活的影響，減少經濟損失，減少社會影響，維護電力公司的良好形象。由于電能不能儲存，一旦發生大面積停電將造成重大損失，及時定位故障，能將損失降低。配電線路故障的快速、準確定位，不僅對修復電路和保證可靠用電，而且對保證整個電力系統的安全穩定和經濟運行都有十分重要的作用。

1 系統架構（圖1）

基于拓撲智能分析與展示的配網故障定位系統分為三層結構，包括故障定位主站和采集前置機兩大部分，其中故障定位主站分為數據層、應用層；各層具體實現如下：

1）數據層

數據層主要包括基礎數據、圖形數據、任務數據、運行數據，其中圖形數據來自GPMS系統，是整個配網故障定位系統的核心業務數據來源；基礎數據主要來自統一目錄，包括電力公司組織機構、人員等基礎信息，是系統運行的重要數據支撐。

2）應用層

應用層按業務功能劃分為七個功能模塊和內部接口服務，是實際應用系統的核心部分，其中內部接口服務是故障定位主站和數據采集層數據傳輸的橋梁，提供數據交互、消息服務、數據推送等通訊功能方面的服務。

3）終端采集層

終端采集層主要由故障采集終端和故障指示器組成。故障指示器安裝在10kV中壓配電線路上，A、B、C三相每相各懸掛一個，定時采集配網線路上的負荷電流值、對電場、接地電流基準等數據。故障采集終端一般安裝在指示器附近的電線桿上，定時上報線路運行過程中的各項指標數據，也可以接收故障定位主站下發的各種操作命令。

2 業務流程（圖2）

故障定位主站的外部接口服務定時從GPMS系統同步的圖形數據，根據業務規則自動生成配網圖形新增、異動、報廢等不同類型的任務工單。

線路運行正常時，故障指示器可以采集線路上的負荷電流值、對地電場、接地電流基準等數據，提供了分析線路運行狀態的基礎數據。當線路發送故障時，指示器會立即把故障告警信息通過Zigbee 433MHz的方式發送到附近的故障采集終端，再由故障采集終端通過GPRS把告警信息轉發到主站，主站在接收到故障信息后會以彈出系統托盤的方式提醒電力值班人員，也支持通過短信的方式將故障告警信息直接發送到電力搶修人員的手機中，便于相關人員及時做出反應。

3 系統關鍵技術

3.1 深度優先搜索算法

深度優先搜索是一種在開發爬蟲早期使用較多的方法。它的目的是要達到被搜索結構的葉結點（即那些不包含任何超鏈的HTML文件） 。在一個HTML文件中，當一個超鏈被選擇后，被鏈接的HTML文件將執行深度優先搜索，即在搜索其余的超鏈結果之前必須先完整地搜索單獨的一條鏈。深度優先搜索沿著HTML文件上的超鏈走到不能再深入為止，然后返回到某一個HTML文件，再繼續選擇該HTML文件中的其他超鏈。當不再有其他超鏈可選擇時，說明搜索已經結束。

深度優先搜索的優點是能遍歷一個Web 站點或深層嵌套的文檔集合；缺點是因為Web結構相當深，，有可能造成一旦進去，再也出不來的情況發生。

深度優先遍歷圖的方法是，從圖中某頂點v出發：

1）訪問頂點v；

2）依次從v的未被訪問的鄰接點出發，對圖進行深度優先遍歷；直至圖中和v有路徑相通的頂點都被訪問；

3）若此時圖中尚有頂點未被訪問，則從一個未被訪問的頂點出發，重新進行深度優先遍歷，直到圖中所有頂點均被訪問過為止。

3.2 框架開發

1）主站系統

配網故障定位主站應用采用B/S方式，通過J2EE、組件技術等實現；采集前置機的各類服務采用C/S方式，通過JAVA技術實現。

配網故障定位主站應用服務與采集前置機通過JMS（消息中間件） 進行信息交互。檔案數據和定時批量采集數據通過EHcache緩存技術實現。

為了構建高可用性、安全性、集成性、先進性、可擴展性、經濟性、可伸縮性和擴展性的配網故障定位系統，系統軟件采用成熟、標準的J2EE（Java 2 Enterprise Edition）企業平臺架構搭建，采用多層的分布式應用模型、組件再用、一致化的安全模型及靈活的事務控制，使系統具有更好的移植性，以適應配網故障定位主站應用交互性強、用戶需求多樣化、數據展示個性化，以及系統將來的擴展的需要。

系統軟件采用分布式多層結構，典型的軟件架構分表現層、應用層、服務層、數據層。根據本系統業務特點 ，應用層進一步細分為采集子層和業務子層、對外接口等。系統軟件通過對外接口與外系統交互。

（1）表現層：提供統一的業務應用操作界面和信息展示窗口，是系統直接面向操作用戶的部分。

（2）業務層：實現具體業務邏輯，是系統系統的核心層，根據系統的應用特點，業務層可分為采集子層、業務子層、對外接口等。

（3）服務層：提供全局通用的業務服務、報表服務、安全服務等組件服務支持，并實現本系統專用的業務邏輯服務，為業務層提供通用的技術支撐。

（4）數據層：通過大型關系型數據庫Oracle 10g實現海量信息的存儲、訪問、整理，為系統提供數據的管理支持。

2）前置機系統

系統前置服務提供通信服務、采集服務、定時/調度服務和入庫服務，統一接收配網故障定位主站應用服務的各種請求任務；統一進行規約解析服務，提供規約加載、規約卸載接口；統一為無線公網（GPRS/CDMA1X）、無線專網（230M）、有線網絡（Modem/光纖）等接入方式的通信前置機提供路由服務；無線公網通信服務實現與GPRS/CDMA1X等無線公網接入的終端進行通信，無線專網通信服務實現與230M無線專網接入的終端進行通信，有線通信服務實現與Modem撥號/光纖等有線網接入的終端進行通信。

4 系統在配網運行中試點的應用

系統于2012年12月開始在國網系統內多個供電公司配網運行中進行試點應用，通過在線路故障多發地區的電線上安裝故障指示器和故障采集終端，實現了配網故障定位系統對配網運行線路運行狀況的實時監控，能夠及時準確地判別配網接地故障、短路故障，準確定位故障點。配電網故障智能定位系統解決了配網故障點隱蔽、不易查找等技術難點，將廣大線路維修人員從以往的逐段、逐線、逐桿查找的繁重工作中解脫出來，提升了配網自動化水平。

5 結論與展望

基于拓撲智能分析與展示的配網故障定位系統通過建立完善的配網線路運行狀態監控機制，集成了拓撲圖形智能搜索分析算法，最終實現將廣大線路維修人員從以往的逐段、逐線、逐桿查找的繁重工作中解脫出來，提升了配網自動化水平。

【參考文獻】

[1]楊濟川，李雪男.智能電網建設中配電網的發展與改進[J].北京電力經濟技術研究院，2011.

[2]耿洪濤.配電線路故障的實時監測和定位[Z].阜陽供電公司，2007.

[3]程廣通.淺析配網自動化功能及其實施[Z].內蒙古送變電有限責任公司，2011.

[4]李肯立，康強，唐卓，沙行勉，楊柳.基于神經網絡的訪問控制策略優化模型[J].湖南大學計算機與通信學院，2011.

[5]張少彬.配電網饋線自動化系統故障定位的研究及應用[D].國防科學技術大學，2006.

[6]季濤.配電網故障定位技術現狀與展望[D].山東大學控制科學與工程學院，2005.

[7]黎永良，崔杜武.MVC設計模式的改進與應用計算機工程[J].2005.

[8]張俐.基于ibatis和設計模式的數據持久層的應用[J].安徽大學學報，2010.

[責任編輯：程龍]