基于大数据配电线路故障定位指示器的研究与应用

文/张国斌 张超，内蒙古龙源新能源发展有限公司

1 引言

针对当前的配电网发生短路、接地故障处理中，易引起工作人员对配电网故障的感知与定位、抢修处理存在一定的滞后性、被动性，约束了配电抢修工作的效率，容易引起用电用户不满，对社会造成恶劣影响。本文基于工程实际，研究故障指示器在配电线路的应用，根据接收到的故障信息，可以对故障进行区分和研判。当馈线上安装有故障指示器时，发生故障时其故障区间上游的故障指示器也将发生对应的翻牌动作信号，其负荷电流、故障电流会突增。系统实时监测此类信息，有效辨识后触发研判分析。结果表明，该方法切实有效，对提高配电线路可靠性与安全性有积极作用。

2 现状分析

传统的线路故障指示器对线路短路、断路及接地等各类故障的检测难以保证准确性和可靠性，不能真正解决线路故障快速准确定位问题。随着数字信号处理技术、GIS地理信息技术以及无线网络技术的发展，带有无线通信功能的数字式故障指示器能够实现在配网调度中心在线准确显示线路故障位置，同时具备记录、分析、管理故障信息的功能，已成为输配电系统线路故障分析定位的研究热点。

3 关键技术研究

3.1 故障指示器信号接入

为实现故障指示器数据接入，DMS系统需要与运营商的虚拟专网交互，获取故障指示器的遥测、遥信等信息。通过VPN的信号需经过防火墙接入于安全接入区，DMS系统的核心研判功能位于安全Ⅰ区，因此需要增加正向隔离装置、反向隔离装置，以实现故障指示器的信号接入。DMS系统开发接口部署于安全Ⅰ区、安全接入区，跨正、反向隔离的通信功能完全由DMS系统本身完成。DMS系统的安全接入区部署前置模块，通过VPN与故障指示器实时交互相关信息。故障指示器数据接入。当配网馈线正常运行时，部署于馈线上的故障指示器会监测到正常运行时的数据，生成常态数据上送配电自动化主站。配网自动化主站在人机界面对故障指示器进行展示。当配网馈线发生故障时，部署于馈线上的故障指示器检测到配网馈线运行数据发生突变时，生成告警数据上送配电自动化主站。配电自动化主站系统根据故障指示器的告警信号分析出故障区域，并在人机界面对故障区域进行展示。故障指示器告警信号预处理与查询。当配电自动化主站接收到故障指示器的告警信号，首先会对告警信号进行有效性辨识，辨识为真正的故障告警信号，则会转发至故障定位模块进行处理；辨识为抖动信号，则会将这部分告警信号过滤。整个辨识过程均日志记录，便于事后分析。故障指示器的遥信动作变化均事项记录。对于事后单个故障指示器的告警信息查询提供界面查询。故障区域展示。故障指示器的告警信号经过故障定位模块处理后，会将其转化成在人机界面的具有标识性的区域显示，并声音告警调度人员。除此之外，配电自动化系统可通过短信猫或者运营商的短信平台将故障区域的描述信息发至相关的调度人员与基层运检人员。

3.2 波形数字特征组合定位技术研究

针对配电网线路不同类型故障进行位置分析判定时，由于单相接地故障电流相比负荷电流很小，且接地故障状况繁杂多变，依靠传统的单相电流工频分量故障定位方法无法有效启动故障判别定位，也很难准确判定故障源位置。因此，有必要开展研究基于零序电压及零序电流的接地故障暂态和稳态综合判别方法，即根据实时采集检测的零序电压及零序电流的稳态及暂态是否达到越限阈值来启动故障综合判别定位程序，以最终确定故障源位置。本文引入了新型的基于波形数字特征组合识别定位技术，通过对线路三相波形同步采样数据进行数值滤波，滤除采样高次谐波等干扰信号，提高基波分量精度。利用快速傅氏变换（FFT）和大数据分析技术，建立新型数据处理算法，计算暂态分量频谱，对基波分量的暂态电压、电流矢量数据进行综合检测识别，提高暂态识别的准确度和灵敏度，从而增强故障指示器判定准确性。

3.3 接地故障识别率

接地故障波形较为复杂，一般是通过函数发生器模拟接地波形。但为更好模拟真实情况，可通过数据库找出以前实际线路上的接地波形，再通过服务器将波形给到特征波形发生器，从而还原真实的接地状况。接地故障一般分为金属接地，小电阻接地，弧光接地以及高阻接地，故障指示器应能对上述接地正确识别并正确动作，并将遥信事件上报主站。

4 结语

由故障指示器定位出故障区间，然后对整条馈线的配变进行召测，若故障区间内的配变召测无返回则认为是刚刚停电，然后根据召测的其他结果一起判断出停电的跳闸点。与以往只依靠召测结果进行研判最大的不同是能有效结合故障指示器与公专变来判断，防止虽发生故障却由于用采返回为空值而造成的无跳闸点的情况。