基于拓扑的配网故障处理方法的实现

薛建中

（南京蓝人电力科技有限公司，江苏 南京 211800）

0 引 言

随着计算机技术、人工智能技术等各种高新技术的不断发展，配网故障的智能分析处理等技术具有了一定的发展。配网故障一般分为瞬时故障和永久故障。瞬时故障可以通过变电站出线的重合闸自动消除，而永久性故障需要快速隔离后人工干预排除故障，然后恢复全部用电。在未排除故障前，由系统根据配电馈线设备的参数、网络拓扑和采集的实时信息，智能分析故障所在的线路，并隔离故障所在的线路，最终对正常区域恢复供电，从而避免没有故障的线路失电，减少停电面积。这需要一种配网故障处理方法，能够实现配网故障的故障定位、故障隔离和恢复供电。因此，本文提出通过配网的实时拓扑和遥信实现配网故障的处理方法。

1 实现策略

采集变电站出线和配电馈线的实时信息。当某段线路发生故障时，从变电站出线到故障线路之间的每个FTU 均发出遥故障信号事件，变电站的保护装置也会发出遥信变位和故障信号的事件，且能在很短时间内传送至后台系统。后台系统接收到遥信变化和信号事件后，根据建立的各开关节点的实时拓扑关系，从变电站侧的开关（电源节点）开始搜索直到最后一个有故障信号的FTU。最后一个有故障信号的FTU 即为故障开关，通过故障开关用递归的方法计算出所有的故障线路，将故障线路隔离，并通过告警或者短信通知给运维人员。在故障隔离完成后，重新进行网络拓扑分析计算，恢复没有故障线路的供电，减少停电面积。

2 应用软件实现

2.1 总体结构

故障智能分析的数据包括开关信息、开关参数信息、网络拓扑信息、实时遥信和实时事件记录顺序等[1]。其中，开关信息、开关参数信息等静态数据存储在数据库，实时遥信和事件记录顺序等动态信息是FTU 通过无线或者有线将数据上送到后台的数据采集系统。网络拓扑信息通过静态信息和动态信息进行实时动态计算获得。

故障智能分析的模块包括控制处理、告警系统、数据处理、故障定位、故障隔离和恢复供电等，协同处理并实现各自的功能。FTU 将数据上送到后台的数据采集系统，数据采集系统将接收数据提交至数据处理；数据处理将数据进行分类处理，并分类提交至实时库；故障定位从实时库获取遥信变位和事件顺序记录，进行拓扑分析计算出故障线路；故障隔离根据分析的故障线路，通过控制处理将故障线路两端的开关分闸；故障隔离完成后，重新进行网络拓扑分析计算，通过控制处理将无故障的开发合闸恢复供电。在各模块处理过程中，需要将告警的信息提交给告警系统进行显示，同时根据配置决定是否短信告警。总体结构见图1，灰色部分是本文需要实现的方法。

2.2 模型的建立

设计一个数组NodeArray 记录配网中所有开关节点的信息。每个开关节点信息包括节点类型、节点名称、节点数据源、节点状态和节点遥控号等。其中，节点类型包括普通节点、电源节点和联络节点。在故障定位、故障隔离和恢复供电时需要根据节点类型作为判断依据；开关节点数据源用于从实时数据库中获取开关节点的遥信、事件顺序记录等实时信息；节点状态将记录从实时数据库中获取到的遥信状态；节点遥控号用于记录节点的遥控号，在进行故障隔离和故障恢复时，通过控制处理对该遥控进行分合。

图1 总体结构

设计一个二维数组TopologyArray 用于定义节点NodeArray 中每个节点的网络拓扑关系。假设NodeArray的长度为n，则二维数组是n行n列[2]：

如果Dij的值为1，表示NodeArray 中的第i个节点与第j个节点有直接的连接关系；如果Dij的值为0时，表示NodeArray 中的第i个节点与第j个节点没有直接的连接关系。

2.3 方法的处理过程

故障定位模块从实时库中获取遥信变位和事件记录顺序[2]。如果获取到的遥信变位或者事件顺序记录属于NodeArray 中的开关节点，则将遥信变位或者事件记录顺序保存至ChangeData。因为数据采集系统接收到的上传信号总有时间差，获取到第一个遥信变位或者事件顺序记录时开始进行智能分析倒计时。倒计时结束后，立刻开始进行智能分析。根据NodeArray 和ChangeData 获取有变化的电源节点并 记 录 至 PowerNodeArray； 通 过 PowerNodeArray、TopologyArray、ChangeData 从电源节点开始查找故障开关 FalutNodeArray； 通 过 TopologyArray、NodeArray、FalutNodeArray 查找与故障节点直接连接的开关节点，并将故障线路记录至FaultLineArray。故障定位流程见图2。

故障隔离是将故障线路中FaultLineArray 中两端的开关遥控分闸实现隔离[3]。恢复供电是在隔离故障后重新进行网络拓扑分析计算，获取与故障电源节点相连接的非故障节点NormalNodeArray 和与故障电源节点相连接，且为非故障节点NormalOffNodeArray，计算NormalOffNodeArray 的子集并虚拟将子集中的节点进行合闸，使得网络中的非故障线路尽可能恢复供电，最终得到需要合闸的开关节点。处理流程见图3。

图2 定位流程

图3 隔离和恢复供电流程

3 实验情况

图4 是在正常运行下的网络开关节点，其中有2个电源节点（1#、2#）在合位、4 个开关节点（A、B、D、E）也在合位、1 个联络开关（E）在分位。模拟1#电源分闸并发生故障事件，A 开关发生故障事件，故障定位计算分析出线路2 出现故障。故障隔离将A 开关和B 开关分闸，实现故障隔离。此时，没有故障的线路3 失电，将C 联络开关合闸，恢复线路3 的供电。处理后的状态见图5。

图4 正常运行网络节点状态

图5 恢复供电后网络节点状态

4 结 论

经过大量的实验和实际工程的验证，在配网发生故障时能迅速=进行智能分析定位故障区域并将其进行隔离，尽快恢复无故障线路的供电，减少停电的面积，提高供电的可靠性。