配电终端自诊断方法研究

王超

摘要： 在配电自动化系统中，只有在配电终端完全离线、拒动等故障情况下，运维人员才能得知配电终端发生故障，而不能在可能导致故障的隐患初期进行诊断。针对这一问题，提出了一种基于状态序列进行故障自诊断的判定方法。根据检测配电终端的运行状态，生成状态序列; 依据状态判定规则和故障定义，对状态序列进行状态判定与故障识别，分别生成状态判别向量与故障信息向量，从而支持配电终端自诊断的远程监控与现场调试。根据配电终端自诊断方法设计完成的配电终端，能够最大限度地保证终端的正常运行。现场应用表明，该自诊断方法可以有效提高配电终端的遥控成功率、应用区域的馈线启动率以及馈线自动化成功率。

关键词： 配电终端; 故障识别; 自诊断

配电终端是配电自动化现场监测与控制设备，其可靠性对配电自动化至关重要。配电终端在实际运行过程中，出现故障的原因较多，恶劣运行环境（ 潮湿多雨等） 、人为因素（ 参数配置错误等） 、管理因素（ 杆塔倾塔） 等都可能导致配电终端局部或整体发生故障。一般而言，只有在配电终端完全离线、遥控拒动等故障情况下，运维人员才能得知配电终端发生故障，从而降低了配电终端的可靠性。

配电终端故障自诊断能够及时、正确地对终端各种异常状态或故障状态给出诊断，从而预防或消除故障，保证配电终端安全可靠运行。本文提出了一种基于状态序列进行故障自诊断的方法。根据检测配电终端的运行状态生成状态序列，依据状态判定规则和故障定义对状态序列进行状态判定与故障识别，生成故障信息判别向量与故障信息向量，从而支持对监控服务器和调试服务器进行故障状态反演。

1.配电终端自诊断方法

配电终端主要由中央处理单元、操作控制回路、通信模块、电源模块（ 充电器和蓄电池） 与采集单元组成，根据自诊断的定义，可以将自诊断的过程分为自监控与故障识别两个阶段。自监控阶段需要系统对自身的运行情况进行监控; 故障识别阶段需要对可能发生的故障进行定义，描述每一故障的特征，并通过对不同故障间关联关系的分析建立故障模型，使得系统可以根据故障模型，从异常状态中快速找出导致异常的故障。

为了快速识别故障以及故障类型，通过使用监控单元来监控系统关键点的状态。这种监控方式简单快速。例如，一个关键点可以是配电终端某模块的物理指标，如采集模块的测量值; 也可以是系统内某变量或预设置的关键变量，如限值整定参数。全部关键点监测值评判状态构成了在某一时刻的状态向量M =（ M[1]，M[2]，…，M[n]） ，即系统在该时刻的状态。其中，M[i]为关键点 i 在当前时刻的状态值评判值，其状态评价评判依据为自诊断故障模型。

故障识别模块依据系统状态判定和转换规则，形成故障模块向量 D = （ D[1]，D[2]，…，D[n]） 。其中，D[i]为配电终端 i 模块的故障狀态。终端可向监控服务器发送该数据向量，通知其自诊断结果。 M[i]故障识别D[i]

2.配电终端自诊断系统

2.1配电终端核心模块自诊断原理和方法

配电终端自诊断主要包括中央处理单元、操作控制回路、通信模块、电源模块和采集模块的诊断。在自诊断过程中，如果发现故障，立即报警，显示故障内容或故障代码，并将诊断结果发送至监控服务器。下面详细介绍主要模块的故障自诊断原理和方法。

2.1.1中央处理单元

中央处理单元是配电终端的核心，主要负责配电终端数据采集、故障分析、发送遥控命令以及通信处理等任务。

（1）任务运行状态自诊断。在中央处理单元运行的过程中，可能会出现由于环境问题（ 如高温潮湿等因素） 或软件 Bug 造成任务状态运行异常的现象。通过软件运行状态监测程序，判断软件任务运行是否正常。（2）参数自诊断。参数自诊断主要包括诊断配电终端系统参数（ IP地址、设备地址） 和限值整定参数（ 防抖时间、遥控保持时间、越死区值） 。诊断方法是将终端内参数与自诊断模块中参数进行自诊断。（3）对时自诊断。通过设计自诊断对时中断程序，在中断恢复后将对时结果与程序进行比较判定。若相同，则全球定位系统（ global position system，GPS） 对时无故障。

2.1.2操作控制回路

通过采集中央处理器下发的遥控指令与采集模块采集得到遥测状态，并进行智能比对，判断两者的因果关系是否匹配。

2.2通信模块自诊断

配电终端通信模块自诊断包含上行通信和下行通信两个部分。通信模块故障自诊断方法是返送校验。自诊断模块向主站或上下游智能设备发出询问命令，通过检验该模块能否收到回应，判定模块是否故障。

2.43电源模块自诊断。

电源模块的自诊断功能包括检测电源电网侧是否失电、接入的蓄电池是否失压或者欠压。

3. 配电网故障定位的矩阵算法

配电网络根据分布状况、地理位置、配网结构等特点可以分为树状网络、辐射状网络、开环闭环、综合运行等环状网络，基于GIS系统的矩阵算法是一种网络拓扑型故障区域判定的方法。其故障定位原理为：当环网馈线一旦发生故障，分段开关装设的FTU自动检测出故障电流大于整定值，FTU装置记录电流信息通过通信规约，及时通过通信网络传送配电网控制中心SCADA（图像监控与数据采集）系统主站DMS，DMS根据故障信息自动生成故障向量G，SCADA中心利用GIS地理信息数据库，建立配电网络与故障线路开关邻接的矩阵和及故障信息向量，信息处理系统按照软件算法进行矩阵数学运算，形成故障判定矩阵P，SCADA依照矩阵计算结果，在GIS地理信息数据库中按照矩阵P结果，生成故障区段的准确地理图像位置，结合网络拓扑关系数据库信息，精准定位出故障线路的故障点位置，同时GIS系统通过配电终端通信装置和可视化系统进行故障位置标记，发出故障点相关信息到手机APP或者其他终端，抢修人员根据手持终端信息组织现场抢修、处理后，根据工作流程及时恢复供电。

GIS配电网故障定位技术关键在于利用数学模型定义、描述故障所有信息，并通过软件算法进行高效、快速求解。如今，对于测控区故障定位，结合可视化系统，以及配电终端RTU、FTU通信控制终端设备和各种探头，故障定位比较精准，故障处理迅速便捷。但是對于非测控区的故障定位，还需要进一步完善GIS系统，结合传统故障测距定位方法和供电区域客服中心，建立通畅的定位响应及预案处置机制，及时根据客服中心提供信息利用SCADA管理平台，加强内部沟通与管理，形成快速抢修通道，解决供配电终端的各类故障，确保配电终端运行安全。SCADA电力综合管理平台目前建设基本完善，其强大的数据库系统，能够集合各种客服中心投诉信息，建立粗糙集合，并根据粗糙集合理论和各种算法，快速对非测控区配电网故障定位进行描述、分析和判定，能够根据实际情况处理各种问题，基本上解决了故障精确定位、故障隔离、故障抢修和供电恢复的复杂工作。

4. 故障自诊断算法

配电终端的自诊断启动包括持续诊断、周期诊断以及监控诊断三种方式。根据自诊断模型及向量数据属性，在自诊断命令启动后，由自诊断模块的各监控模块持续采集功能模块中的状态信息 M[i]，并将其存入状态缓存序列中。定义在 j 时刻生成状态序列为Sj，则在（ j +1） 时刻生成状态序列为 Sj + 1。在（ j + 1） 时刻，将 Sj与 Sj + 1序列中的值分别按照自诊断模型进行故障状态判定，生成状态判定向量值; 若此时判定结果全为 0，则此时自诊断结果为无故障; 若存在非零项，则需进一步进行故障识别。  S[i]故障判定 M[i]

5.结语

本文提出了一种配电终端自诊断方法。在介绍配电终端的原理与故障特性的基础上，分析了配电终端的中央处理单元、通信模块、电源模块、操作控制回路以及采集模块工作原理。详细给出了各模块的故障自诊断原理和方法，最后定义了状态判定向量与故障识别向量的征兆与属性值。该方法实现了对状态缓存序列中数据的判定与识别。

参考文献

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