配电网故障定位技术研究及实现

2014-09-14莫海峰段勇宣磊

中国新技术新产品 2014年10期

莫海峰段勇宣磊

（1.云南电网公司生产设备管理部，云南省昆明市拓东路 650011；2.昆明能讯科技有限责任公司，云南省昆明市云大西路 650206）

1 引言

随着社会经济的不断发展，人民生活水平的提高，社会和人民对电的依赖性也越来越高，因而对电能质量和供电可靠性提出了比以往更高的要求。但配电网处于整个电力信息网络的最终端，直接给用户供电，因此，配电网的供电质量和供电能力成为电网企业经济效益的体现，也有着不可估量的社会效益。

配电网自动化的主要功能之一是配电网馈线自动化，而故障定位是配电网馈线自动化的重要功能。当配电网发生故障时，必须能够准确及时的确定故障位置，能够快速隔离故障区段并恢复全区段供电，尽可能的减少因故障停电对社会经济和群众生活造成的影响与损失。

配电网故障定位是配电网故障隔离、故障恢复的前提，它对于提高配电网的运行效率、改善供电质量、减小停电范围有着重要作用。但由于在之前国家对配电网不够重视，投资相对比较少，使配电线路能采集到的信息量很少，在较长时期内只能采用重合器和分段器相互配合的方式实现故障区段的自动隔离与恢复供电。

随着社会经济的发展逐渐增快，国际上对电力问题的关注越来越广泛，尤其是近几年，电力事故频繁发生，不仅在我国，在世界范围内也是如此，相对来讲，我国的电力事故规模与范围相对较小，但这并不代表我国的电力水平相对较高。由于社会经济的发展逐渐增快，传统的电力系统难以满足现阶段电力发展的要求与社会进步的标准，这就要求对其进行不断的更新与完善，目前阶段，我国的各方面能源得到了有效的利用，通过西电东送、南北互供等方式来对不同资源进行合理的应用，在这一过程中，也提高了造成电力事故出现的几率，加大了风险，为整个电力系统带来一系列的问题与负面因素。想要保障电力系统可以安全、稳定的运行，就应该做好分析与预测的工作，对电力系统中容易出现问题的环节进行分析与判断，并做好防范措施，一旦出现事故，也可以及时定位，并做出应对的处理，降低不必要的随时，快速恢复电力系统的使用，这也对我国的电网工作提出了新的要求，对工作人员的专业水平与综合素质要求更加严谨，并定期对员工进行培训，以此来提高工作人员的专业技能水平与责任意识。同时还应该加强对高科技设备的应用，通过先进的技术来对电力系统进行有效的控制与调配，从根本上提高电力系统的应用能力与工作效果，及时对电力事故进行处理。

2 配电网故障定位的难题

目前，因为配电网自身的特点，配电网故障定位就成为电力信息化系统迫切需要解决的难题。而它对提供供电的质量、保证对用户供电的可靠性等具有十分重要的意义。与主网相比，配电网具有末端随机负荷多、线路分支多、供电半径小等特点。

目前国内大多采用人工巡线的方法来解决配电网故障定位问题，但实际意义不大。比如，由于配电网分支多，当发生短路故障时，一般仅变电站出口断路器跳闸，但是发生接地故障时一般情况下不会发生跳闸，在发生接地、短路故障时，即使主干线上用了开关分段，也仅仅只隔离了这有限的几段，但要找到具体故障位置需要耗费大量的人力、物力和时间，根本就打不到电力企业对配网信息化系统水平的要求。这就急需要找到一种基于电力网络和计算机技术的新方法，用以保证能够在故障发生后迅速精确的定位到故障位置，一方面节约了大量的人力、物力及员工时间，另一个方面也提高了系统运行的稳定性。

3 配电网对拓扑分析的要求

图论〔Graph Theory〕属于数学研究的内容，其主要的研究对象就是图，图论中的图是由若干给定的点及连接两点的线所构成的图形，这种图形通常用来描述某些事物之间的某种特定关系，用点代表事物，用连接两点的线表示相应两个事物间具有这种关系。拓扑学是近代发展起来的一个研究连续性现象的数学分支。其名称起源于希腊语Topology的音译，该词原意为地志学，于19世纪中期由科学家引入，当时主要研究的是出于数学分析的需要而产生的一些几何问题网络拓扑：网络拓扑指构成网络的成员间特定的物理的即真实的、或者逻辑的即虚拟的排列方式。如果两个网络的连接结构相同我们就说它们的网络拓扑相同，尽管它们各自内部的物理接线、节点间距离可能会有不同。

配电网对拓扑分析的要求有：

1）高效率。拓扑分析高效性主要体现在运行过程中可以起到跟踪的效果，在电力系统的实际应用过程中，一部分场站的开关状态所发生的变化并不一定会直接影响到网络中的不同拓扑结构，不会使其发生变化，也不会影响到电力站内部的其他元件内部的拓扑结构。由此可见，应该对分析方式进行合理的研究与设计，并逐渐缩小金星跟踪的范围，从而对系统内部的拓扑结构变化金星有效的跟踪。

2）便利性。配电网对拓扑分析结果要求直观简单，如运行元件根据元件的电压等级采用不同的颜色表示，对不带电的元件用暗色表示，对于判断电网中某一个元件是否处于停运状态，可以通过其所连接的开关状态或判断其所属电气岛是否为活岛来决定。由于拓扑分析过程中经常出现等值节点的分裂和合并，因此等值节点的编号也需要分析过程中重新形成[3]。

3）可靠性。在不同形式的电气接线过程中，如果存在3/2断路器接线、带旁路的双母线接线等都进行了正确的认识与处理。同时，由于电力网络接线分析的错误会为网络的分析带来一定的影响，造成不必要的错误，这也就导致电力系统内部的分析计算，无法对网络的实际运行状况进行真实的反映，并会带来一定的安全威胁，在操作中出现的失误会直接造成电气事故以及人员伤亡等问题。

拓扑分析的基本功能就是根据断路器的开合状态和电网一次接线图及时修正系统中各种元件的连接状况，将电网一次接线图转化成拓扑结构，即以节点和支路来定义的结构，为其他各种应用做好准备。

网络拓扑根据断路器状态和电网元件关系将物理模型转化成计算机模型，运用堆栈原理搜索网路图的树枝，来判断支路的联通状态，划分电网中的各拓扑岛，其数据来源于数据库，分析结果也存在共享数据库中。

4 基于云网GIS平台的故障定位的实现

目前，云南电网公司GIS配电网建设已完成基础数据的基本录入，在完成基础数据录入的基础上，为了更好的使配网GIS系统能够起到决策辅助的作用，我们提出了基于GIS的配电网拓扑分析方法，这种方法利用GIS的属性数据和空间数据进行在线分析，运行人员能直接地判断设备地具体位置和设备的属性，从而克服了传统的运行人员只能根据拓扑示意图进行电网模拟分析、无法定位设备、无法直接地判断用户电源等弊端，同时也避免了目前市面上GIS支撑平台的拓扑分析不能运用于电网拓扑分析的尴尬局面。

配电网故障定位是配网管理系统中一项重要的高级应用。它的主要功能是根据电力系统中的电力设备模型建立电力网络的实时拓扑模型，并接受配网提供的实时监控信息，按照配电系统或者是故障指示器所检测到的故障报警，将其与变电站内部的继电保护信号、开关故障等等进行有效的结合，并在此基础上对故障的类型进行有效的确定，并制定相应的处理方案来对问题进行有效的解决与处理。根据需要，可提供事故隔离和恢复供电的一个或两个以上的操作预案，辅助调度员进行遥控操作，达到快速隔离故障和恢复供电的目的。

4.1 数据传输

电力通信网络内部的故障系统是保障数据传输与电力稳定运行的主要环节，也是对故障信息系统中不同应用进行有效使用的前提。通常情况下采用电力通信网络进行数据传输业务的方式有专线方式、拨号方式、数据网方式，基础传输网络为光纤传输网或者微波。

4.2 基于GIS的电力网路拓扑分析

电力网路拓扑一般分为两个基本步骤：第一步是产站的接线分析，也称母线分析；第二步是系统网络分析，分析整个系统的母线由支路连接成多少个子系统，也称为电气岛分析。在GIS平台上，按照网络分析要求，对母线、开关和节点编号做有效处理，并依据拓扑的基本步骤和GIS的连通性功能，形成了一种实用的基于GIS的电力网络拓扑算法。