測控區和非測控區并存的配電網故障定位實用方法

葛軍凱+張靜+李題印

摘 要：城市配網中有很多10kV線路還未進行配電網自動化的改造，導致配電網還不能完全實現測控一體化。針對配電網中測控區和非測控區同時存在的問題，本文結合基于蟻群算法的故障定位方法和非測控區的配電網故障定位方法，提出了一種測控區和非測控區并存的配電網故障定位實用方法，該方法能夠準確判斷故障位置，大大減少了故障停電時間和停電范圍，有利于配電網的供電穩定。

關鍵詞：測控區；非測控區；故障定位；蟻群算法；粗糙集理論

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.194

0 引言

在大型配電網中，主饋線上一般裝設帶測控設備，但是某些支線上可能裝設有測控設備，而某些線路暫時還未裝設有測控設備。特別是在具有大農村特點的城市配網中有很多10kV農網線路還未進行配電網自動化的改造，由于測控設備的缺失等原因，僅能利用停電后用戶打來的故障投訴電話信息實現配電網故障定位。針對配電網中測控區和非測控區同時存在的問題，本文結合基于蟻群算法的故障定位方法和非測控區的配電網故障定位方法，提出了一種測控區和非測控區并存的配電網故障定位實用方法，該方法能夠準確判斷故障位置，大大減少了故障停電時間和停電范圍，有利于配電網的供電穩定。

1 測控區與非測控區的基本概念

如前所述，城市配網中有很多10kV線路還未進行配電網自動化的改造，導致配電網還不能完全實現測控一體化。為此，根據線路是否裝有測控設備，本文提出將配電網分為測控區與非測控區。

測控區的故障信息主要是使用的自動化信息主要有SCADA系統和配電網終端設備。配電網的終端設備主要包括配電柱上開關監控終端FTU，配電變壓器監測終端TTU，開閉站、公用及用戶配電所的監控終端DTU，配電子站遠程終端單元RTU。

然而，在配電網非測控區中，使用信息主要是用戶故障投訴電話。這種方法不需要專門的設備，而只需要用戶打來的故障投訴電話信息就能判斷出故障的大致位置。隨著電話在我國的廣泛普及，這種方法將有很大的前景。目前，很多供電企業都組建了自己的電話報修系統，不但可以解答對停電原因和恢復供電時間等問題，建立電力部門和用戶之間的良好關系，而且可利用故障投訴電話方便地獲取主叫電話或用戶代碼，得到該用戶與變壓器的連接關系。

鑒于測控區與非測控區進行故障定位所利用的故障信息來源不同，本文將配電網的故障定位分為測控區故障定位和非測控區故障定位。

2 基于蟻群算法的測控區故障定位方法

針對配網自動化水平較高的測控區域，由FTU和SCADA系統傳回的故障信息可知，采用基于蟻群算法的測控區故障定位方法進行定位。具體的模型公式如下：

（1）

式中，Ij為第 j 個開關的故障電流越限信號；N為開關總數；x（k）為與聯絡開關相連的設備或單電源輻射型網絡末端設備的狀態信息；Ik為與關聯設備相連的開關的電流越限信息；Ij*（SB）為設備狀態信息確定的第 j 個開關的故障越限的期望值函數。

在實際應用中，由于戶外的FTU通信裝置，其工作環境惡劣、溫差變化范圍大，而且大多裝在電力線柱上或配電柜內，要承受高電壓、電流、雷電等干擾因素，再加之開關節點松動、FTU本身的誤判等因素的存在，配電網故障信息受干擾或丟失的可能性較大。為此，適用于配電網故障定位的尋優算法應具備較高的容錯性。在現有數學算法中，蟻群算法的尋優路徑依賴于螞蟻釋放的信息素的多少，擁有較強的容錯能力，并且還富于貪婪啟發式搜索等特點，適用于求解配電網故障定位這樣的組合優化問題。這樣能夠有效的求解出配電網中各設備狀態的最佳組合，使之與FTU上傳的故障信息最吻合。

在具體實施過程中，現場FTU設備上傳的數據有兩種方式：一種是遙測輸入，另一種是遙信輸入。遙測輸入是指FTU采集流過開關的故障電流，通過計算故障電氣量關聯函數λ（Ii），其具體計算方式如下。

（2）

其中，Ia和Ib分別為電流速斷保護和過流保護整定值。

由于故障電氣量關聯函數λ的值在0到1之間，為此本文假定所得故障電氣量關聯函數λ大于或等于0.5，則FTU判定該開關流過故障電流，故上傳數據為1，否則上傳數據為0。

若FTU遙測上傳的故障電流，則經公式（2）可解析為0-1數據；若FTU上傳的遙信值，則可直接利用其0-1數據。在獲取FTU故障0-1數據后，采用蟻群算法對測控區故障定位優化模型進行求解，得出配電網故障發生的位置。

3 基于粗糙集理論的非測控區故障定位方法

針對配網自動化水平較低的非測控區域，采用基于粗糙集理論的配電網故障定位方法，在不能獲取全部投訴信息的條件下，對配電網故障進行定位。

在非測控區內，沒有安裝柱上FTU而不可能獲得實時故障信息，只能依據接收到的不同區域的大量用戶投訴信息來確定故障發生的地點。由于用戶主觀原因和知識水平等因素的影響，這些投訴信息中有一部分并不是一定代表著某些事情發生，其中很可能包含著一些不確定因素甚至錯誤要素，因此所獲得的投訴信息是一個粗糙集合。

采用粗糙集理論對非測控區進行故障定位，首先通過配電網GIS網絡拓撲分析自動形成基于故障投訴信息的配電網故障定位決策表，然后基于二元邏輯對決策表進行屬性約簡，最后用優化算法約簡屬性值，導出故障定位決策表的最小約簡形式，從而根據最小約簡形式的故障定位決策表進行快速確定配電網故障位置。

4 測控區和非測控區并存的配電網故障定位流程

在實際配電網中，由于配網自動化改造工程的區域不同，同一個饋線可能同時存在非測控區和測控區域，對于非測控區和測控區并存的配電網，其主要物理特征是測控區的主饋線和支線上的開關裝設FTU，非測控區的主饋線和支線上開關未裝FTU。

對于非測控區和測控區并存的配電網故障定位，由于主饋線上裝設的開關裝有FTU，故不管是交叉混合配電網，還是集中混合配電網，均可優先按照測控區的故障定位思路進行，將故障區域縮小到主饋線兩個裝設FTU開關之間。然后，根據主饋線兩個裝設FTU開關之間非測控區是否有故障電話，將定位情況分為兩種：若非測控區有故障電話，則根據非測控區域的故障投訴電話，采用非測控區故障定位方法，可進一步將故障區域縮小至更加精確的范圍。若非測控區域沒有故障投訴電話，則可進一步將故障區域縮小至非測控區的主饋線未裝設FTU的開關與主饋線上負荷一側裝設FTU的開關之間。

由此可見，非測控區是否有故障電話實際上是為測控區提供了故障信息，可以得到比測控區故障定位更加精確的故障區域；同時，若故障發生在非測控區內，還可以將此故障區域進一步縮小，甚至將故障區域縮小到容易發生故障的臺區。

5 結論

本文提出了一種測控區和非測控區并存的配電網故障定位實用方法。首先根據開關裝設FTU的具體情況將配電網劃分為測控區和非測控區；再采用基于蟻群算法的故障定位方法粗略地確定全網的故障區域，將故障區域縮小到主饋線兩個裝設FTU開關之間；然后依據該區域內非測控區的故障投訴電話信息，判斷故障發生的區域，若發生在非測控區則對非測控區采用基于粗糙集理論的故障定位方法，進一步縮小故障區域，若發生測控區則將故障區域縮小至非測控區的主饋線未裝設FTU的開關與主饋線上負荷一側裝設FTU的開關之間，最終實現配電網故障的精確定位。該方法能夠準確判斷故障位置，大大減少了故障停電時間和停電范圍，有利于配電網的供電穩定。

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