故障可视化通报系统在烟台电网的应用

孙祝寿，鲍忠伟，冯国强，廉伟，刘琳

（1.国网山东省电力公司烟台供电公司，山东烟台264000；2.济南海兴电力科技有限公司，山东济南250101）

故障可视化通报系统在烟台电网的应用

孙祝寿1，鲍忠伟1，冯国强1，廉伟1，刘琳2

（1.国网山东省电力公司烟台供电公司，山东烟台264000；2.济南海兴电力科技有限公司，山东济南250101）

作为智能调度辅助决策和故障实时定位系统SDFL（Smart-dispatching Decision-support and Fault Location）的一个故障通报模块，故障可视化通报系统（FaultVista）能够提高故障的直观认知度，为快速查找和修复输电线路故障提供强大的技术支持，有效减少故障情况下输电线路巡检成本，及时消除故障，确保电网安全稳定运行。介绍SDFL系统的设计思路、基本结构、主要功能模块以及在烟台电网的应用效果。为进一步提高故障定位的准确性，提出对非均匀输电线路故障定位的新计算方法，并通过大量仿真试验和实际故障数据进行了验证。

故障定位；电网事故辅助决策；非均匀线路；可视化通报；地理信息系统

0 引言

烟台电网位于山东电网东北部，供电面积1.3万km2，供电人口650万。经过近年来的快速发展，形成了以500 kV电网为支撑，220 kV电网为主网架，输配电网协调发展的坚强区域电网。网内现有220 kV输电线路92条，总长2 411 km；110 kV输电线路200条，长度2 439 km。

因网内输电线路距离较长且分支又多，再加上烟台地形为低山丘陵区，山丘起伏和缓，沟壑纵横交错环境复杂，造成工作人员查找和排除故障需要花费较多时间，特别是在发生停电故障后，人工查找故障点的时间远远大于事故处理时间。

以220 kV线路为例，当线路故障跳闸重合不成后，地调一般进行一次强送（一般用时3～5 min），强送成功后，通知运检单位巡视。但是如强送不成，准确确定故障位置因环境差异用时差别较大，一般在3～5 h左右。

智能调度辅助决策和故障实时定位系统SDFL（Smart-dispatching Decision-support and Fault Location）应用后，当输电网有故障发生时，故障可视化通报系统FaultVista结合Google卫星地图直观通知调度人员准确故障信息和故障位置［1］。故障定位及故障可视化展示节省运检人员查找确定故障位置的时间，加速故障抢修，避免输电线路故障引起其他的经济损失，保证用户正常供电、供电可靠性和区域受电能力。

1 系统介绍

智能调度辅助决策和故障实时定位系统SDFL是基于EMS（Energy Management System）、GIS（Geographic Information System）和故障录波系统的高级应用系统，主要用于快速、准确、自动地判断电网故障性质和进行故障定位。当故障类型为线路掉闸时，将故障定位到具体杆塔编号，并显示到卫星地图上，便于及时修复故障、减少停电时间，提高供电可靠性［2］。

1.1 网络拓扑结构

SDFL系统的所有硬件设备都位于机房安全II区，与位于安全I区的EMS系统通过防火墙和交换机连接交互，系统网络拓扑结构如图1所示。

SDFL服务器上运行SDFL应用程序、GIS地理信息和数据库。为了保证系统的安全性，GIS地理信息使用预先配置在SDFL服务器上的离线地图，确保系统与外部网络物理隔离时能继续使用［3］。工作站作为SDFL系统客户端，位于烟台供电公司调度大厅内，为调度人员实时直观展示故障信息。

图1 SDFL系统网络拓扑结构

1.2 系统智能模块

SDFL系统包括事故辅助决策系统（FD）、系统建模、历史记录查询、故障定位（WebFL）、事后故障分析、故障可视化通报系统（FaultVista）、短信通报（SMS Report）等智能化模块，如图2所示。

图2 SDFL系统智能模块

2 故障定位非均匀算法

在SDFL系统故障定位模块（WebFL）诊断出故障的“有”或“无”，并保证在诊断出有故障时，准确计算出故障类型、故障距离。针对烟台电网220 kV线路大部分是改造线路的情况，即线路导线型号及参数不一的非均匀线路，为了故障定位精确度更高，在原有SDFL故障定位均匀算法的基础上，新增故障定位非均匀算法：单端非均匀、两端非均匀线路故障定位算法［4］。

为了验证新算法的可行性及准确性，选用烟台电网的实际线路，把PSCAD仿真结果与新算法计算结果比较。鉴于220 kV非均匀输电线路大部分是两段、三段线路的实际情况，在选用仿真线路时，两段线路选用汤新线，三段线路选用霞沈I线，四段线路选用嵛沈线前四段。

2.1 PSCAD仿真与算法分析

在仿真分析时，基本流程是选定线路并分析计算线路参数，再由PSCAD建模仿真产生故障录波文件，故障文件用于SDFL系统故障定位（WebFL），最后故障定位计算结果与PSCAD仿真结果比较分析，仿真分析流程请参见图3。

图3 仿真分析流程

2.2 分析过程举例

以霞沈I线说明PSCAD仿真与故障定位非均匀算法分析过程。

2.2.1 故障设置及仿真情况

霞沈I线为三段两端非均匀输电线路，两端母线负荷初始值均为100 MW。在PSCAD中设置7处不同故障（仿真模型请参见图4），故障位置分别为：0 km、2 km、3.2 km、13.2 km、21.84 km、26.84 km、31.80 km。每处故障位置10种故障类型（AG，BG，CG，ABG，BCG，CAG，ABC，AB，BC，CA），3种故障电阻（0 Ω，10 Ω，50 Ω），2个故障起始时间（0.2 s，0.205 s）进行仿真。因此需要进行7×10×3×2=420次故障仿真，产生420对故障录波数据。

图4 霞沈I线仿真模型

2.2.2 非均匀算法建模及定位分析情况

在SDFL系统WebFL模块中新建两端均匀线路“霞沈Ⅰ线01”和两端非均匀线路“霞沈Ⅰ线”，并做好相关配置。

在将PSCAD仿真数据分别经两端均匀算法及非均匀算法分析计算后，进行结果精确度比较，比较分析如下6种情况：故障电阻0 Ω，0.2 s故障起始时间；故障电阻0 Ω，0.205 s故障起始时间；故障电阻10 Ω，0.2 s故障起始时间；故障电阻10 Ω，0.205 s故障起始时间；故障电阻50 Ω，0.2 s故障起始时间；故障电阻50 Ω，0.2 s故障起始时间。

2.3 非均匀算法优势

经过大量仿真分析后，证实非均匀算法较均匀算法有优势。相同故障位置，故障电阻越大，非均匀算法较均匀算法精度提高越明显。同一线路模型，相同故障电阻及故障起始时间，故障位置越靠近分段节点处，非均匀算法较均匀算法得到的故障定位精度有明显提高。非均匀线路各分段线路参数相差越大，非均匀算法较均匀算法精度提高越明显。两端均匀与非均匀算法得到的故障电阻与实际故障电阻比较均不超过0.2 Ω的误差，精确度非常高。

3 故障可视化

3.1 信息可视化

信息可视化（Visualization）是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域，已成为研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。

3.2 故障可视化实现

在SDFL系统故障定位模块进行精准故障定位后，为便于调度运行人员和检修人员直观的了解故障状况，及时查找和修复故障，故障可视化通报系统将故障诊断结果和定位信息借助Web service和Ajax等先进技术实时地展示于Google卫星地图之上，如图5所示。

图5 FaultVista界面展示

故障可视化通报系统的实现是基于故障定位WebFL和Google Earth／Maps的电网故障信息卫星图示通报系统，该模块自动读取电网GIS系统输电线路杆塔经纬度信息并按需要的格式存储于SQL Server数据库中。在实时运行过程中，FaultVista利用Ajax和Web Service技术实时查询故障数据库检测是否有故障发生，一旦检测到故障FaultVista将调用包括故障时间、故障距离、故障类型和故障杆塔号在内的故障信息并将所有信息在卫星地图上展示出来［5］。

4 应用效果

国网烟台供电公司在应用SDFL系统后，该系统帮助电网调度运行人员快速、准确判断事故信息，结合电网地理信息系统将故障线路杆塔位置自动标识的方式直观明了，便于快速做出决策反应。

SDFL系统经过了大量历史实际故障数据的验证，证明了系统具有良好的故障定位功能，故障定位准确；同时也证明了故障可视化通报系统在展示故障位置方面的直观性和实时性。如：220 kV竹宁线于2013年3月13日8∶02发生的A相对地故障，用此数据进行模拟验证，结果如图6所示。

由220 kV竹宁线故障验证展示图可看出FaultVista以图表和卫星地图的方式展示了调度人员所需的故障信息。图中，黄色方框代表变电站，黄色粗实线代表输电线路，红色气球代表故障位置，信息窗则展示故障位置和故障类型等故障信息：220 kV竹宁线于2013年3月13日8∶02发生故障，故障类型为AG，距离竹林站8.26 km，杆塔编号为34。

图6 220 kV竹宁线故障验证展示图

根据需要调整地图缩放显示比例，放大后的效果请参见图7，在图中能清晰显示杆塔。

图7 故障展示放大效果图

5 结语

SDFL系统采用了全新算法，实时准确定位输电线路故障，故障可视化通报系统（FaultVista）基于Google卫星地图实现了故障定位可视化，此系统的应用是对烟台电网现有调度控制中心功能的重大扩展，满足了工作人员需要及时了解电网故障信息的需求，提高电网事故直观认知度，增强了电网智能化和信息化程度。

［1］夏滨，胡国青，袁桂华，等.智能调度辅助决策和故障实时定位系统在德州电网的应用［J］.山东电力技术，2013（4）：29-32.

［2］范新桥，朱永利，尹金良.图形化输电线路故障定位系统的研制［J］.电力系统保护与控制，2012（10）：127-132.

［3］K.Zimmerman，D.Costello.Impedance-based fault location experience［C］.2005 Texas A&M Annual Relay Conference for Protective Relay Engineers，College Station，TX，April 5-7，2005.

［4］John Vasco，Liancheng Wang.An Automated Fault Location System as a Decision Support Tool for System Operators［C］. Western Protective Relay Conference，Spokane，Washington，October 21-23，2008.

［5］Hauren Lu，Leether Yao.Design and implement of distribution transformer outage detection system［C］.5th IEEE International Conference on Industrial Informatics，Vienna，June 2007.

The Application of Fault Visualization Reporting System in Yantai Power Grid

As a main functional module of the SDFL（Smart-dispatching Decision-support and Fault Location）system，the fault visualization reporting system（FaultVista）improves situational awareness，speeds up the process of finding and repairing faults. FaultVista can reduce patrolling costs of faulty transmission lines efficiently，and eliminate faults timely to ensure the stable operation of the power grid.The design，network structure，main functional modules and the application of SDFL in Yantai power grid were introduced in this paper.In order to improve the location accuracy of faults，an innovative method for nonhomogeneous lines was proposed，and its validity was verified using calculations of the simulation and the actual failure data.

fault location；power grid fault decision-support；non-homogeneous lines；visualization reporting；geographic information system

TM774

：B

：1007-9904（2014）05-0073-04

2014-08-04

孙祝寿（1973—），男，工程师，从事调控运行管理工作。