配電網故障定位技術研究及實現

莫海峰段勇宣磊

（1.云南電網公司生產設備管理部，云南省昆明市拓東路 650011；2.昆明能訊科技有限責任公司，云南省昆明市云大西路 650206）

1 引言

隨著社會經濟的不斷發展，人民生活水平的提高，社會和人民對電的依賴性也越來越高，因而對電能質量和供電可靠性提出了比以往更高的要求。但配電網處于整個電力信息網絡的最終端，直接給用戶供電，因此，配電網的供電質量和供電能力成為電網企業經濟效益的體現，也有著不可估量的社會效益。

配電網自動化的主要功能之一是配電網饋線自動化，而故障定位是配電網饋線自動化的重要功能。當配電網發生故障時，必須能夠準確及時的確定故障位置，能夠快速隔離故障區段并恢復全區段供電，盡可能的減少因故障停電對社會經濟和群眾生活造成的影響與損失。

配電網故障定位是配電網故障隔離、故障恢復的前提，它對于提高配電網的運行效率、改善供電質量、減小停電范圍有著重要作用。但由于在之前國家對配電網不夠重視，投資相對比較少，使配電線路能采集到的信息量很少，在較長時期內只能采用重合器和分段器相互配合的方式實現故障區段的自動隔離與恢復供電。

隨著社會經濟的發展逐漸增快，國際上對電力問題的關注越來越廣泛，尤其是近幾年，電力事故頻繁發生，不僅在我國，在世界范圍內也是如此，相對來講，我國的電力事故規模與范圍相對較小，但這并不代表我國的電力水平相對較高。由于社會經濟的發展逐漸增快，傳統的電力系統難以滿足現階段電力發展的要求與社會進步的標準，這就要求對其進行不斷的更新與完善，目前階段，我國的各方面能源得到了有效的利用，通過西電東送、南北互供等方式來對不同資源進行合理的應用，在這一過程中，也提高了造成電力事故出現的幾率，加大了風險，為整個電力系統帶來一系列的問題與負面因素。想要保障電力系統可以安全、穩定的運行，就應該做好分析與預測的工作，對電力系統中容易出現問題的環節進行分析與判斷，并做好防范措施，一旦出現事故，也可以及時定位，并做出應對的處理，降低不必要的隨時，快速恢復電力系統的使用，這也對我國的電網工作提出了新的要求，對工作人員的專業水平與綜合素質要求更加嚴謹，并定期對員工進行培訓，以此來提高工作人員的專業技能水平與責任意識。同時還應該加強對高科技設備的應用，通過先進的技術來對電力系統進行有效的控制與調配，從根本上提高電力系統的應用能力與工作效果，及時對電力事故進行處理。

2 配電網故障定位的難題

目前，因為配電網自身的特點，配電網故障定位就成為電力信息化系統迫切需要解決的難題。而它對提供供電的質量、保證對用戶供電的可靠性等具有十分重要的意義。與主網相比，配電網具有末端隨機負荷多、線路分支多、供電半徑小等特點。

目前國內大多采用人工巡線的方法來解決配電網故障定位問題，但實際意義不大。比如，由于配電網分支多，當發生短路故障時，一般僅變電站出口斷路器跳閘，但是發生接地故障時一般情況下不會發生跳閘，在發生接地、短路故障時，即使主干線上用了開關分段，也僅僅只隔離了這有限的幾段，但要找到具體故障位置需要耗費大量的人力、物力和時間，根本就打不到電力企業對配網信息化系統水平的要求。這就急需要找到一種基于電力網絡和計算機技術的新方法，用以保證能夠在故障發生后迅速精確的定位到故障位置，一方面節約了大量的人力、物力及員工時間，另一個方面也提高了系統運行的穩定性。

3 配電網對拓撲分析的要求

圖論〔Graph Theory〕屬于數學研究的內容，其主要的研究對象就是圖，圖論中的圖是由若干給定的點及連接兩點的線所構成的圖形，這種圖形通常用來描述某些事物之間的某種特定關系，用點代表事物，用連接兩點的線表示相應兩個事物間具有這種關系。拓撲學是近代發展起來的一個研究連續性現象的數學分支。其名稱起源于希臘語Topology的音譯，該詞原意為地志學，于19世紀中期由科學家引入，當時主要研究的是出于數學分析的需要而產生的一些幾何問題網絡拓撲：網絡拓撲指構成網絡的成員間特定的物理的即真實的、或者邏輯的即虛擬的排列方式。如果兩個網絡的連接結構相同我們就說它們的網絡拓撲相同，盡管它們各自內部的物理接線、節點間距離可能會有不同。

配電網對拓撲分析的要求有：

1）高效率。拓撲分析高效性主要體現在運行過程中可以起到跟蹤的效果，在電力系統的實際應用過程中，一部分場站的開關狀態所發生的變化并不一定會直接影響到網絡中的不同拓撲結構，不會使其發生變化，也不會影響到電力站內部的其他元件內部的拓撲結構。由此可見，應該對分析方式進行合理的研究與設計，并逐漸縮小金星跟蹤的范圍，從而對系統內部的拓撲結構變化金星有效的跟蹤。

2）便利性。配電網對拓撲分析結果要求直觀簡單，如運行元件根據元件的電壓等級采用不同的顏色表示，對不帶電的元件用暗色表示，對于判斷電網中某一個元件是否處于停運狀態，可以通過其所連接的開關狀態或判斷其所屬電氣島是否為活島來決定。由于拓撲分析過程中經常出現等值節點的分裂和合并，因此等值節點的編號也需要分析過程中重新形成[3]。

3）可靠性。在不同形式的電氣接線過程中，如果存在3/2斷路器接線、帶旁路的雙母線接線等都進行了正確的認識與處理。同時，由于電力網絡接線分析的錯誤會為網絡的分析帶來一定的影響，造成不必要的錯誤，這也就導致電力系統內部的分析計算，無法對網絡的實際運行狀況進行真實的反映，并會帶來一定的安全威脅，在操作中出現的失誤會直接造成電氣事故以及人員傷亡等問題。

拓撲分析的基本功能就是根據斷路器的開合狀態和電網一次接線圖及時修正系統中各種元件的連接狀況，將電網一次接線圖轉化成拓撲結構，即以節點和支路來定義的結構，為其他各種應用做好準備。

網絡拓撲根據斷路器狀態和電網元件關系將物理模型轉化成計算機模型，運用堆棧原理搜索網路圖的樹枝，來判斷支路的聯通狀態，劃分電網中的各拓撲島，其數據來源于數據庫，分析結果也存在共享數據庫中。

4 基于云網GIS平臺的故障定位的實現

目前，云南電網公司GIS配電網建設已完成基礎數據的基本錄入，在完成基礎數據錄入的基礎上，為了更好的使配網GIS系統能夠起到決策輔助的作用，我們提出了基于GIS的配電網拓撲分析方法，這種方法利用GIS的屬性數據和空間數據進行在線分析，運行人員能直接地判斷設備地具體位置和設備的屬性，從而克服了傳統的運行人員只能根據拓撲示意圖進行電網模擬分析、無法定位設備、無法直接地判斷用戶電源等弊端，同時也避免了目前市面上GIS支撐平臺的拓撲分析不能運用于電網拓撲分析的尷尬局面。

配電網故障定位是配網管理系統中一項重要的高級應用。它的主要功能是根據電力系統中的電力設備模型建立電力網絡的實時拓撲模型，并接受配網提供的實時監控信息，按照配電系統或者是故障指示器所檢測到的故障報警，將其與變電站內部的繼電保護信號、開關故障等等進行有效的結合，并在此基礎上對故障的類型進行有效的確定，并制定相應的處理方案來對問題進行有效的解決與處理。根據需要，可提供事故隔離和恢復供電的一個或兩個以上的操作預案，輔助調度員進行遙控操作，達到快速隔離故障和恢復供電的目的。

4.1 數據傳輸

電力通信網絡內部的故障系統是保障數據傳輸與電力穩定運行的主要環節，也是對故障信息系統中不同應用進行有效使用的前提。通常情況下采用電力通信網絡進行數據傳輸業務的方式有專線方式、撥號方式、數據網方式，基礎傳輸網絡為光纖傳輸網或者微波。

4.2 基于GIS的電力網路拓撲分析

電力網路拓撲一般分為兩個基本步驟：第一步是產站的接線分析，也稱母線分析；第二步是系統網絡分析，分析整個系統的母線由支路連接成多少個子系統，也稱為電氣島分析。在GIS平臺上，按照網絡分析要求，對母線、開關和節點編號做有效處理，并依據拓撲的基本步驟和GIS的連通性功能，形成了一種實用的基于GIS的電力網絡拓撲算法。

4.3 故障定位的實現

目前云南電網公司通過PDA終端推送傳遞故障信息到GIS平臺系統，通過拓撲分析的方法進行故障定位，跟蹤等。

結語

隨著電力建設的迅速發展和自動化水平的提高，配電網作為電網最后一級直接面向用戶，其供電質量和供電的可靠性對電網和用戶有著重要的意義。

電力系統故障定位應用技術要基于計算機應用技術與電力系統數據模型。本文主要通過拓撲分析來實現電力系統故障的定位。在該過程中，研究了電力系統拓撲分析的要求，并在此基礎上通過拓撲分析實現了在GIS平臺中能夠快速定位到故障等相關信息。

[1]毛曉東. 電力系統故障診斷應用技術研究[D]. 2009.