基于供電追溯陣的配電自動化終端告警缺陷辨識方法

王瑞玨，李亞國，岳彩娟，張 偉

（1.國網(wǎng)山西省電力公司，山西太原 030000；2.積成電子股份有限公司，山東濟(jì)南 250100）

饋線自動化可基于配電網(wǎng)終端采集的故障告警信號判定故障區(qū)間，隔離故障區(qū)域和恢復(fù)健全區(qū)域供電，是提高配電網(wǎng)供電可靠性的重要手段[1-4]。

作為配電網(wǎng)感知的重要元件，饋線終端單元（FTU）、站所終端單元（DTU）、故障指示器（FID）、智能配變終端（TTU）等自動化終端裝置被廣泛應(yīng)用在中低壓配電網(wǎng)中[5-9]，為配電網(wǎng)的可觀可控提供了重要保障。但是由于產(chǎn)品質(zhì)量、安裝工藝、運行環(huán)境、維護(hù)手段等多種因素的影響，自動化終端漏報和誤報告警信號的情況時有發(fā)生，嚴(yán)重影響了饋線自動化故障判定的準(zhǔn)確性。目前，對自動化終端的數(shù)據(jù)分析多集中在遙信遙測辨識、終端在線率分析、終端電池活化分析、終端通信分析等方面，對配電網(wǎng)故障情況下的終端告警缺陷分析研究較少[10-16]。故此，為提升配電網(wǎng)感知能力，增強(qiáng)配電網(wǎng)供電可靠性，有必要對故障情況下配電自動化終端告警信息進(jìn)行挖掘分析，及時發(fā)現(xiàn)終端缺陷，為搶修消缺與運行維護(hù)提供有力支撐。

首先基于供電追溯陣建立了配電網(wǎng)自動化終端告警缺陷辨識數(shù)學(xué)模型；然后基于故障發(fā)生后的真實故障區(qū)域反演標(biāo)準(zhǔn)故障告警信息；最后基于實時采集的故障告警信息與標(biāo)準(zhǔn)故障告警信息的差異，提出了一種自動化終端告警缺陷辨識方法。

1 配電自動化終端告警缺陷辨識數(shù)據(jù)模型

配電網(wǎng)短路故障發(fā)生時，故障點上游的線路從電源點到故障點將經(jīng)歷故障電流，該路徑上的自動化終端監(jiān)測到故障電流后，將向主站報送故障告警信號；故障點下游線路因不經(jīng)歷故障電流，其所有終端將不像主站報送故障告警信號。饋線自動化系統(tǒng)根據(jù)變電站出線開關(guān)（電源點）跳閘信號及自動化終端上送的故障告警信號，判定故障發(fā)生在供電路徑上最后一個上報告警信號的終端與第一個未上報故障信號的終端圍成的最小配電區(qū)域中。若故障路徑上自動化終端漏報告警信號或非故障路徑上的自動化終端誤報告警信號將會導(dǎo)致故障判定區(qū)域發(fā)生錯誤，嚴(yán)重影響故障的快速搶修和恢復(fù)供電。

如圖1 典型饋線自動化終端分布所示，B1 為變電站出線開關(guān)（電源點），F(xiàn)1～F12 為可以上報故障告警信號的自動化終端，T1～T5 為配電變壓器，Bus1 為變電站10 kV 母線，F(xiàn)ault1 為故障點。

圖1 典型饋線自動化終端分布

由圖1 可知，從變電站出線開關(guān)B1（電源點）到配電變壓器T1～T5 的供電路徑有5 條，分別為L1～L5，如虛線所示。短路故障發(fā)生時，這5 條供電路徑上必有一條或幾條經(jīng)歷故障電流，其自動化終端將會上報故障告警信號。若Fault1 處發(fā)生短路故障，則故障點上游終端F1、F2、F3 將會上報故障信號，其他終端未經(jīng)歷故障電流，將不會上報故障信號。若F1、F2 或F3 未上報故障告警信號，則表示該終端存在漏報情況，若其他終端上報了故障信號，則表示該終端存在誤報情況。

從配電變壓器開始，沿著潮流逆方向，向電源點進(jìn)行向上追溯，直到變電站出線開關(guān)為止，其所經(jīng)歷的配電自動化終端定義為該配電變壓器的供電路徑終端。各供電路徑終端基于潮流流向按照電流流經(jīng)的順序生成供電路徑順序表。圖1 中的供電路徑順序表如表1 所示。

表1 供電路徑順序表

基于供電路徑順序表，建立供電追溯陣PTM，描述一條配電饋線上所有的供電路徑及其終端順序，具體為：

式中，i=1,2,…,n，n為配電變壓器的供電路徑數(shù)，等于配電變壓器數(shù)；j=1,2,…,m，m為最大供電路徑包含的自動化終端數(shù)；ptij為第i個供電路徑中第j個終端的編號，若該終端不存在，則用-1 表示。

2 配電自動化終端告警缺陷辨識方法

當(dāng)故障發(fā)生時，故障點上游的自動化終端應(yīng)該經(jīng)歷故障電流并報警，而故障點下游的自動化終端和其他非故障路徑上的終端因不經(jīng)歷故障電流而不會報警。根據(jù)故障搶修人員現(xiàn)場確認(rèn)的實際故障點，逆推其上游應(yīng)該報警的自動化終端，將該終端與實際采集的故障告警信號終端進(jìn)行比對，可辨識漏報與誤報故障告警信號的終端。

饋線不僅會發(fā)生單點故障，而且也可能會發(fā)生多點并行故障。根據(jù)故障搶修人員現(xiàn)場確認(rèn)的實際故障點，建立故障點首終端集合FHS，描述每個故障點上游的第一個自動化終端，具體為：

式中，fhg為饋線第g個故障點上游的第一個自動化終端編號，g=1,2,…,q，q為饋線故障點總數(shù)。

順序選取故障點首終端集合FHS中的一個元素fhg與供電追溯陣PTM中的每行元素[pti1,pti2,…,ptij,…,ptim]進(jìn)行比對。若該行中含有元素fhg，即ptij=fhg，則表示故障發(fā)生在該供電路徑上，記錄元素fhg上游元素總數(shù)Nij；若多行中都含有元素fhg表示故障發(fā)生在這幾條供電路徑的公共路徑上。選取Nij最大的一條路徑x,其行內(nèi)元素為[ptx1,ptx2,…,ptxj,…,ptxm]，將其上游元素生成第g個故障點的單故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合SFSSg，具體為：

式中，ssgw為第g個故障點上游供電路徑上的第w個終端，w=1,2,…,j，j為PTM中與fhg相同的元素所在的列，j=Nij，pt xw=ssgw。

依次選取故障點首終端集合FHS中的每一個元素，基于上述方法，生成多故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合MFSS，具體為：

當(dāng)多故障并行發(fā)生時，各故障點的單故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合SFSSg之間所含元素將會存在重復(fù)，對多故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合MFSS中的各元素取并集，生成綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS，以描述一條饋線上所有并發(fā)故障引起的配電自動化告警終端，具體為：

式中，csk為綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS中第k個自動化終端編號，k=1,2,…,h，h為綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS中所含自動化終端總數(shù)。

建立故障實際告警終端集合FAAS以記錄故障發(fā)生時，饋線各上報故障告警信號的自動化終端，具體為：

式中，fad為故障實際告警終端集合FAAS中第d個上報了告警信號的自動化終端編號，d=1,2,…,e，e為該饋線上報故障告警信號的自動化終端總數(shù)。

當(dāng)故障實際告警終端集合FAAS與綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS完全相同時，表示饋線上各自動化終端上報信息完全正確；當(dāng)其不同時，表示饋線上有部分終端存在漏報或誤報告警信號的情況。

建立故障告警漏報終端集合FAMS以描述故障發(fā)生時，饋線上應(yīng)該上報故障告警信號卻未上報故障告警信號的終端。當(dāng)某自動化終端屬于綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS而不屬于故障實際告警終端集合FAAS時，表示該自動化終端存在漏報故障告警信號的情況。FAMS的集合值可用故障實際告警終端集合FAAS對于綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS的差集而定，具體描述為：

式中，fma為故障告警漏報終端集合FAMS中第a個漏報故障告警信號的自動化終端編號，a=1,2,…,b，b為該饋線漏報故障告警信號的自動化終端總數(shù)。

建立故障告警誤報終端集合FAFS以描述故障發(fā)生時，饋線上不應(yīng)上報故障告警信號但卻上報了故障告警信號的終端。當(dāng)某自動化終端屬于故障實際告警終端集合FAAS而不屬于綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS時，表示該自動化終端存在誤報故障告警信號的情況。FAFS的集合值可用綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS對于故障實際告警終端集合FAAS的差集而定，具體描述為：

式中，ffe為故障告警誤報終端集合FAFS中第e個誤報故障告警信號的自動化終端編號，e=1,2,…,r，r為該饋線誤報故障告警信號的自動化終端總數(shù)。

綜上所述，故障告警漏報終端集合FAMS與故障告警誤報終端集合FAFS中的自動化終端即是該饋線存在告警缺陷的自動化終端，需及時派遣運維人員進(jìn)行現(xiàn)場維護(hù)或更換相關(guān)設(shè)備，以便確保故障情況下告警信息采集的正確性，確保饋線自動化故障研判及隔離的準(zhǔn)確性。

3 實例分析

圖1 中所示的配電饋線某日發(fā)生故障，變電站出線開關(guān)B1 跳閘，配電主站接收到終端F1、F3、F4、F5、F11、F12 上報的故障告警信號，如圖2 中黑色圓圈所示；根據(jù)故障研判邏輯，饋線自動化系統(tǒng)研判故障發(fā)生在三處地方，第一處故障點在終端F12 與配電變壓器T2 圍成的區(qū)域內(nèi)，如圖2 中Fault2 所示；第二處故障點在終端F11 與配電變壓器T4 圍成的區(qū)域內(nèi)，如圖2 中Fault3 所示；第三處故障點在終端F4 與配電變壓器T1 圍成的區(qū)域內(nèi)，如圖2 中Fault4 所示。

但是當(dāng)搶修人員進(jìn)行現(xiàn)場勘查后，確定故障發(fā)生在兩處地方，第一處故障點在終端F4 與配電變壓器T1 圍成的區(qū)域內(nèi)，如圖2 中Fault4 所示；第二處故障點在終端F6、F10、F11 圍成的區(qū)域內(nèi)，如圖2 中Fault5 所示。自動化終端告警信號的漏報和誤報嚴(yán)重影響了故障研判的準(zhǔn)確性。

圖2 終端故障告警信號分布圖

根據(jù)第1 節(jié)所述方法，由式（1）建立供電追溯陣PTM為：

根據(jù)第2 節(jié)所述方法，由式（2）建立故障點首終端集合FHS為：FHS=[F4,F6]。

根據(jù)式（3）建立單故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合SFSS1、SFSS2為：SFSS1=[F1,F2,F4],SFSS2=[F1,F2,F3,F6]。

由式（5）、（6）生成綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合CFSS為：CFSS=SFSS1?SFSS2=[F1,F2,F3,F4,F6]。

根據(jù)式（7）建立故障實際告警終端集合FAAS為：FAAS=[F1,F3,F4,F5,F11,F12]。

由式（8）、（9）生成故障告警漏報終端集合FAMS為：FAMS=CFSS-FAAS=[F2,F6]。

由式（10）、（11）生成故障告警誤報終端集合FAFS為：FAFS=FAAS-CFSS=[F5,F11,F12]。

如此，運維檢修人員可根據(jù)故障告警漏報終端集合FAMS與故障告警誤報終端集合FAFS中所列設(shè)備盡快到現(xiàn)場進(jìn)行定點精準(zhǔn)化檢修及維護(hù)更換，以便確保配電網(wǎng)故障感知的準(zhǔn)確性，從而達(dá)到提升供電可靠性的目的。

4 結(jié)論

基于供電追溯陣，提出了一種配電自動化終端告警缺陷辨識方法。通過故障實際告警終端集合與綜合故障標(biāo)準(zhǔn)告警終端集合的差集確定了故障告警漏報終端集合和故障告警誤報終端集合。實例分析表明，文中所述方法對配電自動化終端的漏報、誤報告警缺陷具有較好的辨識準(zhǔn)確性，方法簡單、實用可靠，可較好地滿足配電自動化終端數(shù)據(jù)質(zhì)量辨識及運維消缺的現(xiàn)場需求。