基于多源信息的配电网停电故障研判

2019-01-07,,,,

上海电力大学学报 2018年6期

, , , ,

(1.国网河南省电力公司电力科学研究院, 河南郑州 450052;2.国网河南省电力公司洛阳供电公司, 河南洛阳 471009;3.上海电力学院, 上海 200090; 4.国网河南省电力公司, 河南郑州 450018)

提高配电网停电管理的工作效率,减少客户停电时间,对提升供电服务水平极其重要。准确、快速定位配电网中的故障,并恢复供电是配电网管理系统的重要功能。

目前故障定位的方法有行波法、基于阻抗的故障定位、基于电压跌落的方法、基于知识的方法、信息集成的方法等[1-2]。随着智能电表在配电网中的普及,利用智能电表信息进行停电管理、故障定位的研究也随之兴起[3-4]。

由于配电网中不同业务部门根据其自身的需求已开发了众多的业务应用系统,每个应用系统从不同的角度提供有关停电故障的信息。例如,客户通过客户服务管理系统进行故障报修,描述了在客户侧发现的停电故障;配电自动化系统、调度自动化系统对配电网拓扑及主网拓扑进行建模,通过数据采集与监控系统获取关于馈线上出口开关、分支线开关的状态,以及相关的电压、电流信息;用户信息采集系统用于维护表计与客户的关联关系,以及表计、表箱的状态与数据;生产管理系统则可以提供计划停电信息,以及配电网中的设备资产信息。如何对这些业务系统的信息进行集成来实现配电网故障的快速准确定位的研究值得关注。文献[5]根据故障指示器的相邻关系来判断配电网故障线路段,并根据智能表计、表箱、配电变压器(以下简称“配变”)之间的关系来定位故障区域。文献[6]利用详细的馈线模型和配电系统智能电子设备(Intelligent Electronic Device,IED)的故障事件报告,确定故障类型并进行故障定位。文献[7]基于统一的配电网模型和配用电信息集成,探讨了停电分析的关键技术。文献[8]将生产管理系统中的停电信息与电能质量在线监测系统的停电线段(或用户)和停电时间进行匹配,以实现停电原因的自动集成。文献[9]对配电网故障征兆信息进行了分类,通过量子遗传算法和小波分析来判断故障类型,并采用D-S证据理论进行信息融合,提高了故障研判的效率和准确性。文献[10]则在调度运行管理系统与其他系统共享数据的基础上,依据电网拓扑、站—线—配变—用户信息、开关动作信息、配变信息、故障指示器信息等进行故障研判,实现了配电网调度与抢修指挥业务的融合。

为了快速定位中压、低压配电网中的故障,本文根据停电事件的触发类型、多源信息之间的关联关系,研究了基于多源数据的停电故障研判方法,并通过停电事件信息池的设计,用以加快停电故障的研判以及在多个应用之间的共享。

1 多源数据之间的关联关系

随着智能配电网建设的深入,电力企业已建有多个信息与自动化系统,以支持配电网的管理。典型的系统有客户服务管理系统、调度自动化系统、用户信息采集系统、生产管理系统等。图1为一条馈线上典型的中低压配电网示意。

图1 一条馈线上典型的中低压配电网示意

客户的故障投诉信息将汇总到客户服务管理系统(95598);客户处安装了智能电表,客户关联的表计及表计关联的表箱信息已录入用户信息采集系统;如果配电自动化已覆盖该馈线,即馈线上装设有馈线终端单元(Feeder Terminal Unit,FTU)、配电终端单元(Distribution Terminal Unit,DTU)或故障指示器等配电终端,配电自动化系统提供了配变、分支线开关、馈线开关的运行状态和数据,则可从调度自动化系统获取变电站的运行状态信息。

客户服务管理系统、调度自动化系统、用户信息采集系统、生产管理系统等应用系统可以对同一个配电网的不同方面进行描述;而营配信息的贯通则可实现各业务应用所收集的基础信息在各部门、各环节之间的自由流转与共享。营配贯通模式下,各业务系统的信息需要相互之间建立关联关系,如图2所示。

图2 多源信息之间的关联关系

依据图1中从变电站开始的向下供电路径,可将图2中多源信息之间的关联关系梳理如下:

(1) 馈线与变电站之间是多对多的关联关系,即一个变电站可能会有多条馈线出线,一条馈线也可能关联到多个变电站;

(2) 馈线与馈线开关之间为一对多的关联关系,即一条馈线上可以有多个馈线开关,但一个馈线开关仅关联到一条馈线上;

(3) 馈线与分支线路之间为一对多的关联关系,即一条馈线下有多条分支线,但分支线仅与一条馈线关联;

(4) 分支线与分支开关之间为一对多的关联关系,即分支线上有多个分支开关,但分支开关仅关联一条分支线;

(5) 分支线与配变之间为一对多的关联关系,即一条分支线下会有多个配变,但配变仅关联一条分支线;

(6) 一个配变可为多个客户供电,配变和表计之间为一对多的关联关系,即配变可关联多个表计,但表计仅关联一个配变;

(7) 客户与一个或多个智能电表关联,一个表箱中会部署多个电表,即客户与表计之间为一对多的关联关系。

利用多源数据之间的关联关系,可以在某些地点故障信息缺失的情况下,利用拓扑上或管理层级上所关联的上级或邻近信息来快速定位中低压配电网中的故障。

2 停电事件信息池

待研判的停电事件经触发后,首先进入停电事件信息池。停电事件信息池是多个应用系统进行停电事件共享管理的场所。

配电网中停电事件的触发条件包括:来自生产管理系统的计划停电,来自用户信息采集系统的欠费停电,来自客户服务管理系统的客户报修,来自调度自动化系统或配电自动化系统的线路跳闸,来自配电自动化系统的配变停电等。停电事件创建后,可以根据触发条件及外部接口进行停电故障研判分析。停电故障研判分析结果将进入停电信息池,以完善停电事件信息。图3为停电事件信息池与停电故障研判模块之间的关系。

图3 停电事件信息池与停电故障研判的关系

经停电研判分析后的停电事件包含停电设备、停电范围、停电原因、停电时间、计划送电时间、实际送电时间等属性。停电事件信息池中停电事件的状态分为:“待确认”“确认属实”“确认不属实”“已销毁”。确认属实的停电事件信息将报送至国网95598系统。

3 基于多源数据的停电故障研判

拓扑分析是停电故障研判的重要基础。但在实际应用中,中压和低压配电网模型存在多变且难以获取准确拓扑信息的问题,因此可以结合配电自动化、调度自动化、用电信息采集、计划/故障停电、95598客户报修、用户欠费及台区低压设备拓扑等营配融合信息,进行停电故障研判。

对于计划停电、欠费停电这两类停电事件,可以直接根据拓扑来判断停电范围,不需要进行额外的故障研判分析。本文主要针对客户报修、线路跳闸、配变停电这3类停电事件,设计了基于多源信息关联的停电故障研判搜索方法。

3.1 线路跳闸触发的停电事件

配电自动化检测到线路开关跳闸后,将触发一个停电事件。故障点一般会位于最近的一个配电终端的下游。其故障研判搜索过程描述如下:

(1) 如果停电事件信息池中已有一个停电事件的停电范围覆盖了该线路,则停止故障研判搜索过程;

(2) 根据配电网拓扑,取回馈线上所有开关信息,形成开关之间的上下游关系;

(3) 取回馈线上所有配电终端的信息,包括相邻终端的上下游属性;

(4) 根据上下游配电终端的触发启动信息,来判断故障位置。

3.2 配变停电触发的停电事件

用户信息采集系统检测到配变停电,将触发一个停电事件。其故障研判搜索过程描述如下:

(1) 如果停电事件信息池中已有一个停电事件停电范围覆盖了该配变,则停止故障研判搜索过程;

(2) 根据配变与分支线的关联关系,取回该分支线下的所有配变以及分支线开关的状态,判断是否为单台配变故障;

(3) 如果分支线开关状态不可用,则根据分支线下其他配变的状态来判断是否分支线故障;

(4) 如果分支线下其他配变状态不可用,则根据分支线与馈线的关联关系,取回馈线开关的状态,按照线路跳闸触发的停电事件故障研判搜索过程中的第(2)～第(4)步进行故障位置判断。

3.3 客户报修触发的停电事件

客户服务管理系统收到客户报修电话后,将在系统中生成一个停电事件,并提交至停电事件信息池。其故障研判搜索过程描述如下:

(1) 如果停电事件信息池中已有一个停电事件的停电范围覆盖了该报修的客户,则停止故障研判搜索过程;

(2) 根据客户与表计的关联关系,确定与该用户相关的表计、表箱以及配变信息;

(3) 如果上一步的表计无电或表计信息有缺失,则根据配变与表计的关联关系取回该配变下所有的表箱和表计信息;

(4) 如果该配变下表箱和表计无电或信息缺失,则检查配变状态;

(5) 如果配变状态无电,则根据配变与分支线的关联关系,取回该分支线下的所有配变以及分支线开关的状态;

(6) 如果分支线开关状态不可用,则根据分支线下其他配变的状态来判断故障位置;

(7) 如果分支线下其他配变状态不可用,则根据分支线与馈线的关联关系,取回馈线开关的状态,按照线路跳闸触发的停电事件故障研判搜索过程中的第(2)～第(4)步进行故障位置判断。

4 停电故障研判过程示例

以图4的客户报修触发停电事件的故障研判流程为例来说明本文所提出的基于多源信息关联的故障研判方法。假设图1中的客户1拨打95598发起一个故障报修,由此触发一个停电事件。系统首先检查此停电事件是否已存在于停电事件信息池中,根据停电事件信息池中的停电事件状态回复客户。如果是一个新的停电事件,则添加至停电事件信息池,并按照图4所示的客户、表计、同表箱其他表计、相邻表箱表计、配变、同分支线路其他配变、分支线、馈线的信息,向上溯源以判断停电故障是否为客户内部故障、单户表计故障、表箱故障或表前低压故障、低压故障、单台配变故障、多台配变故障或分支线故障、干线故障、馈线故障,为故障抢修人员提供准确有效的信息,缩短客户故障停电时间。