優化和聲算法在含DG配電網故障定位中的應用

蘇鑫 呂良

摘要：本文提出了采用無線通訊模式故障自動定位指示系統的必要性。通過應用表明，該系統能及時準確地確定出故障點所在的分支和故障點的確切位置，縮短了故障修復時間，提高了供電的可靠性，具有一定的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：配電網;故障定位系統;電網

1 引言

我供電區配電系統絕大部分采用的是35kV直配供電方式，配電變壓器（35/0.4kV）和低壓配電裝置設在計量站，再由計量站經低壓電纜輻射配電至抽油機電機等。隨著油田的開發，35kV直配線路的負荷不斷增大、供電半徑不斷加大、分支線路不斷增多，造成線路的結構愈來愈復雜，因此線路故障頻繁。查找出具體故障所在的分支和故障點則非常困難，少則幾小時，甚至數十小時，影響供電可靠性，給原油的生產帶來了巨大的經濟損失。而故障自動定位系統是提高供電可靠性的重要基礎。因此，我們將該項技術用于配電網絡中，及時發現并排除線路故障。

2 故障定位系統組成及原理

2.1 系統組成

該系統組成包括故障檢測探頭、通訊系統及監控中心。其中通訊系統根據使用場合和通訊方式又分為：短距離無線數字通訊收發系統、遠距離無線發射系統、無線接收總站及其它通訊系統。

2.2 工作原理

故障探頭安裝在線路分支處的分支線上，當線路出現相間短路故障時，故障探頭就能及時檢測到短路故障電流，通過短距離無線收發系統，將動作信號傳送給安裝在線路分支處的無線收發子站。無線收發子站可以接收到分別安裝在兩個分支6相線路上的故障探頭發送過來的動作信息。無線接收及發射子站在收到動作信息后，將動作分支的故障探頭地址信息通過遠距離無線通訊系統（通訊距離一般10km）發回控制中心。無線接收主站接收子站發來的信息后，經過進行解調、解碼，可就地顯示地址信息，同時將地址信息送給監控中心的計算機系統。監控中心在接收到這些動作信息后，經過計算機分析，與地理信息系統相結合，就可以直接顯示出故障點地理位置信息，并在地理背景上顯示出來，同時還可以通過打印機將地理位置信息打印出來。根據這些信息運行維修人員就可以迅速到達故障地點及時排除故障，其各部分的詳細情況分述如下：

2.2.1 FD故障探頭

FD故障探頭主要由故障電流檢測電路、就地指示部分、數字編碼及無線調制發射單元組成。在線路發生相間短路故障時，故障分支上的FD在故障后將被觸發，給出紅色顯示，同時將其數字編碼信號通過發射單元，以無線電波的方式發射出來，發射頻率一般在220MHz，通訊距離在50m。其短路檢測部分的工作原理是：根據線路短路時的特征，通過電磁感應方法測量線路中的電流突變及持續時間判斷故障，因而它是一種適應負荷電流變化，只與故障時短路電流分量有關的故障檢測裝置。它的判據比較全面，可以大大減少誤動作的可能性。如當系統運行結構變化，負荷變大時;當有大的負荷投切，大的電動機負荷的投人時;當系統中出現短時勵磁涌流時;當投入大負荷后，人為停電時，FD探頭均能有效識別而不動作，只有流過短路電流時才給出故障指示。

2.2.2 ST發射子站

發射子站一般安裝在線路分支點處，它能接收兩個分支共6個FD的編碼信息，它與FD的關系一般是1只對6只為一組，當它收到故障探頭的動作信號并經處理后，通過地址編碼和時序控制，再將信息以無線電波方式發射出去，它的發射頻率為220MHz左。發射子站的所有元件安裝在一個鐵箱中，內部包含一個鉛酸蓄電池。箱體外部安裝一個太陽能電池板，用以給蓄電池充電，并在白天作為工作電源。在夜晚或陰雨天氣時，由蓄電池供電。蓄電池在充足電后的情況下，可以維持子站連續20天工作，不需要補充能量。

2.2.3 RP中繼站

如果發射子站與接收主站間有大的障礙物或距離超過10km時，需要在其間加設無線中轉站，它可以接收子站的信息，然后再轉發至接收總站。中繼站與發射子站類似，發射頻率亦為220MHz。因其接收電路部分的守侯電流較大，所以后備蓄電池的容量較大，同時還備有太陽能電池板，白天由太陽能電池供電，夜晚或陰雨天氣由蓄電池供電。中繼站接收的數據信息不加修改，仍以無線方式將原數據再轉發出去。

2.2.4 無線接收總站

無線接收總站的功能是將發射子站及中繼站送來的無線信息接收后進行解調。解調后的數據送通訊主站，由通訊主站進行解碼處理。

2. 2.5 通訊主站

通訊主站主要是接收無線解調后的信息，然后解碼并對數據進行處理，最后將數據送往相關設備。

通訊主站具有如下接口：

（1）. 無線數據接口：接收無線接收總站解調后的數據，再進行解碼處理，恢復FD的地址碼信息。

（2）. 與監控中心的接口：串口（RS-232），將無線數據接口接收到的FD的地址碼信息送入監控中心的計算機系統。

（3）.與配電管理系統（DMS）中心的接口：可向DMS 系統發送故障信息，接收DM S 系統的查詢。

通訊主站木身帶有 LCD顯示及兩個操作鍵，可通過LCD 及操作鍵，直接查詢故障線路信息，及在必要時清除內存等;在接收到故障信息后還可以給出音響報警。

2. 2.6 基于GIS平臺的故障定位系統軟件

定位系統軟件是監控中心的核心組成部分，它的主要作用是搜集通訊主站傳送的地址信息，對其進行糾錯、校正后，通過拓撲分析和計算找出故障位置及故障通路，最終顯示在GIS 地理背景上。

（1） 故障指示器動作信息和網絡拓撲數據的實時搜集

故障定位系統在收集故障指示器動作信息和網絡拓撲數據時，要遵循以下兩個基本原則：

① 故障指示器動作信息的完整性原則

一般來講，各故障指示器的動作信息到達通訊主站的時間是不同步的，在一個采樣周期內采集到的故障指示器動作信息很可能是不完整的。因此，該系統假定：如果在若干個周期內沒有新的故障指示器動作信息到達，則故障指示器動作信息已經搜集完整。這樣，即使在系統發生多重故障時，也能夠保證故障指示器動作信息的完整性。

② 故障指示器的動作信息和網絡拓撲數據的一致性原則

由于故障指示器的動作信息和開關動作到達通訊主站的時間也是不同步的，而故障定位是以故障前的網絡拓撲狀態為基礎的。因此，系統在實時數據采集時隨時保留故障前的開關狀態，待搜集到完整的故障指示器動作信息時，作為拓撲分析的基礎。

（2） 故障通路和故障點的查找

故障通路和故障點的確定是故障定位系統主站軟件的核心.首先輸人故障前網絡的開關狀態和故障指示器的動作信息，調用拓撲分析程序，從網絡中提取各條饋線包含的支路，并按照寬度優先法擴展支路的次序將其保存在一個雙向鏈表中。接著，對每條饋線.從線路末端開始查找出最后一個判斷為正確動作的故障指示器，對應的支路即為故障點。

（3）糾錯和補漏

通訊主站在采集故障指示器動作信息時，偶爾會出現誤報和翻報，故障指示器本身也會出現異常。因此，糾錯和補漏是故障定位系統的一個必不可少的組成部分。該系統設計了一個智能糾錯模塊，它在網絡拓撲分析過程中，不但可以有效地濾除錯報的指示器信息，而且可以自動填補漏報的指示器信息。

（4） GIS支撐平臺

該定位系統是以地理信息系統GI S 為圖形支攆平臺，可以單獨運行。系統的核心算法（如拓撲分析、故障查找、糾錯和補漏）是采用組件技術實現的。GI S 平臺采用了MapObjeets20 組件。除了基本的GIS 功能，如顯示、放大縮小和漫游等，本系統在GIS 平臺上還可實現如下特有的功能：

① 以不同的顏色顯示故障通路;

② 不斷閃爍故障支路直至調度員清除;

③ 以不同的顏色顯示動作不正確的故障指示器以提醒調度員

④ 保存、打印故障信息以便故障重演和分析

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