配電終端自診斷方法研究

王超

摘要： 在配電自動化系統中，只有在配電終端完全離線、拒動等故障情況下，運維人員才能得知配電終端發生故障，而不能在可能導致故障的隱患初期進行診斷。針對這一問題，提出了一種基于狀態序列進行故障自診斷的判定方法。根據檢測配電終端的運行狀態，生成狀態序列; 依據狀態判定規則和故障定義，對狀態序列進行狀態判定與故障識別，分別生成狀態判別向量與故障信息向量，從而支持配電終端自診斷的遠程監控與現場調試。根據配電終端自診斷方法設計完成的配電終端，能夠最大限度地保證終端的正常運行?，F場應用表明，該自診斷方法可以有效提高配電終端的遙控成功率、應用區域的饋線啟動率以及饋線自動化成功率。

關鍵詞： 配電終端; 故障識別; 自診斷

配電終端是配電自動化現場監測與控制設備，其可靠性對配電自動化至關重要。配電終端在實際運行過程中，出現故障的原因較多，惡劣運行環境（ 潮濕多雨等） 、人為因素（ 參數配置錯誤等） 、管理因素（ 桿塔傾塔） 等都可能導致配電終端局部或整體發生故障。一般而言，只有在配電終端完全離線、遙控拒動等故障情況下，運維人員才能得知配電終端發生故障，從而降低了配電終端的可靠性。

配電終端故障自診斷能夠及時、正確地對終端各種異常狀態或故障狀態給出診斷，從而預防或消除故障，保證配電終端安全可靠運行。本文提出了一種基于狀態序列進行故障自診斷的方法。根據檢測配電終端的運行狀態生成狀態序列，依據狀態判定規則和故障定義對狀態序列進行狀態判定與故障識別，生成故障信息判別向量與故障信息向量，從而支持對監控服務器和調試服務器進行故障狀態反演。

1.配電終端自診斷方法

配電終端主要由中央處理單元、操作控制回路、通信模塊、電源模塊（ 充電器和蓄電池） 與采集單元組成，根據自診斷的定義，可以將自診斷的過程分為自監控與故障識別兩個階段。自監控階段需要系統對自身的運行情況進行監控; 故障識別階段需要對可能發生的故障進行定義，描述每一故障的特征，并通過對不同故障間關聯關系的分析建立故障模型，使得系統可以根據故障模型，從異常狀態中快速找出導致異常的故障。

為了快速識別故障以及故障類型，通過使用監控單元來監控系統關鍵點的狀態。這種監控方式簡單快速。例如，一個關鍵點可以是配電終端某模塊的物理指標，如采集模塊的測量值; 也可以是系統內某變量或預設置的關鍵變量，如限值整定參數。全部關鍵點監測值評判狀態構成了在某一時刻的狀態向量M =（ M[1]，M[2]，…，M[n]） ，即系統在該時刻的狀態。其中，M[i]為關鍵點 i 在當前時刻的狀態值評判值，其狀態評價評判依據為自診斷故障模型。

故障識別模塊依據系統狀態判定和轉換規則，形成故障模塊向量 D = （ D[1]，D[2]，…，D[n]） 。其中，D[i]為配電終端 i 模塊的故障狀態。終端可向監控服務器發送該數據向量，通知其自診斷結果。 M[i]故障識別D[i]

2.配電終端自診斷系統

2.1配電終端核心模塊自診斷原理和方法

配電終端自診斷主要包括中央處理單元、操作控制回路、通信模塊、電源模塊和采集模塊的診斷。在自診斷過程中，如果發現故障，立即報警，顯示故障內容或故障代碼，并將診斷結果發送至監控服務器。下面詳細介紹主要模塊的故障自診斷原理和方法。

2.1.1中央處理單元

中央處理單元是配電終端的核心，主要負責配電終端數據采集、故障分析、發送遙控命令以及通信處理等任務。

（1）任務運行狀態自診斷。在中央處理單元運行的過程中，可能會出現由于環境問題（ 如高溫潮濕等因素） 或軟件 Bug 造成任務狀態運行異常的現象。通過軟件運行狀態監測程序，判斷軟件任務運行是否正常。（2）參數自診斷。參數自診斷主要包括診斷配電終端系統參數（ IP地址、設備地址） 和限值整定參數（ 防抖時間、遙控保持時間、越死區值） 。診斷方法是將終端內參數與自診斷模塊中參數進行自診斷。（3）對時自診斷。通過設計自診斷對時中斷程序，在中斷恢復后將對時結果與程序進行比較判定。若相同，則全球定位系統（ global position system，GPS） 對時無故障。

2.1.2操作控制回路

通過采集中央處理器下發的遙控指令與采集模塊采集得到遙測狀態，并進行智能比對，判斷兩者的因果關系是否匹配。

2.2通信模塊自診斷

配電終端通信模塊自診斷包含上行通信和下行通信兩個部分。通信模塊故障自診斷方法是返送校驗。自診斷模塊向主站或上下游智能設備發出詢問命令，通過檢驗該模塊能否收到回應，判定模塊是否故障。

2.43電源模塊自診斷。

電源模塊的自診斷功能包括檢測電源電網側是否失電、接入的蓄電池是否失壓或者欠壓。

3. 配電網故障定位的矩陣算法

配電網絡根據分布狀況、地理位置、配網結構等特點可以分為樹狀網絡、輻射狀網絡、開環閉環、綜合運行等環狀網絡，基于GIS系統的矩陣算法是一種網絡拓撲型故障區域判定的方法。其故障定位原理為：當環網饋線一旦發生故障，分段開關裝設的FTU自動檢測出故障電流大于整定值，FTU裝置記錄電流信息通過通信規約，及時通過通信網絡傳送配電網控制中心SCADA（圖像監控與數據采集）系統主站DMS，DMS根據故障信息自動生成故障向量G，SCADA中心利用GIS地理信息數據庫，建立配電網絡與故障線路開關鄰接的矩陣和及故障信息向量，信息處理系統按照軟件算法進行矩陣數學運算，形成故障判定矩陣P，SCADA依照矩陣計算結果，在GIS地理信息數據庫中按照矩陣P結果，生成故障區段的準確地理圖像位置，結合網絡拓撲關系數據庫信息，精準定位出故障線路的故障點位置，同時GIS系統通過配電終端通信裝置和可視化系統進行故障位置標記，發出故障點相關信息到手機APP或者其他終端，搶修人員根據手持終端信息組織現場搶修、處理后，根據工作流程及時恢復供電。

GIS配電網故障定位技術關鍵在于利用數學模型定義、描述故障所有信息，并通過軟件算法進行高效、快速求解。如今，對于測控區故障定位，結合可視化系統，以及配電終端RTU、FTU通信控制終端設備和各種探頭，故障定位比較精準，故障處理迅速便捷。但是對于非測控區的故障定位，還需要進一步完善GIS系統，結合傳統故障測距定位方法和供電區域客服中心，建立通暢的定位響應及預案處置機制，及時根據客服中心提供信息利用SCADA管理平臺，加強內部溝通與管理，形成快速搶修通道，解決供配電終端的各類故障，確保配電終端運行安全。SCADA電力綜合管理平臺目前建設基本完善，其強大的數據庫系統，能夠集合各種客服中心投訴信息，建立粗糙集合，并根據粗糙集合理論和各種算法，快速對非測控區配電網故障定位進行描述、分析和判定，能夠根據實際情況處理各種問題，基本上解決了故障精確定位、故障隔離、故障搶修和供電恢復的復雜工作。

4. 故障自診斷算法

配電終端的自診斷啟動包括持續診斷、周期診斷以及監控診斷三種方式。根據自診斷模型及向量數據屬性，在自診斷命令啟動后，由自診斷模塊的各監控模塊持續采集功能模塊中的狀態信息 M[i]，并將其存入狀態緩存序列中。定義在 j 時刻生成狀態序列為Sj，則在（ j +1） 時刻生成狀態序列為 Sj + 1。在（ j + 1） 時刻，將 Sj與 Sj + 1序列中的值分別按照自診斷模型進行故障狀態判定，生成狀態判定向量值; 若此時判定結果全為 0，則此時自診斷結果為無故障; 若存在非零項，則需進一步進行故障識別。 ?S[i]故障判定 M[i]

5.結語

本文提出了一種配電終端自診斷方法。在介紹配電終端的原理與故障特性的基礎上，分析了配電終端的中央處理單元、通信模塊、電源模塊、操作控制回路以及采集模塊工作原理。詳細給出了各模塊的故障自診斷原理和方法，最后定義了狀態判定向量與故障識別向量的征兆與屬性值。該方法實現了對狀態緩存序列中數據的判定與識別。

參考文獻

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