配电网故障的可视化定位及区段划分系统分析

李继刚，刘峰，董铎亮，刘玉军，薛晓慧

（内蒙古电力（集团）有限责任公司包头供电分公司，内蒙古 包头 014030）

配电网实际运行的环境较为复杂，尤其是架空配电线路受外界环境影响较大，很容易出现故障。目前在配电网故障定位和故障诊断方法中，主要的方法包括了注入信号法、故障指示器定位法等。其中采用注入信号法进行配电网故障定位，要求配电线路是连通状态，这样才能够使得所注入的信号能够通过故障点形成回路，通过检测所注入的信号，就可以判断故障的具体位置。但如果配电网出现了断线而没有接地，则就检测不到所注入的信号，应用效果存在不足之处。随着现代信息技术和通信技术的发展，可以开发出配电网故障定位及区段划分系统，本文主要介绍了利用可视化技术来实现配电网故障定位及区段划分的原理，在实际的配电网故障定位中可以加以应用。

1 配电网故障定位及区段划分技术现状

无论是在10kV农村配电网还是城市配电网，都广泛采用了电缆线路和架空线路，这种混合搭配的线路模式在实际中应用十分广泛，也使得对配电网的故障定位及区段划分难度较高。在目前的配电网故障定位及区段划分技术体系中，主要还是依靠在各个配电台区内安装的监控终端和无线通信网络加以实现，并可以将配电系统故障区段划分结果发生到配电系统的运维人员手机终端。但采用这种方式的配电故障定位方法所得到的区段一般位于分段开关之间，使得距离范围较大，对配电网中的故障进行寻找难度依然较大。

同时在目前的配电线路运维中，也采用了故障指示器的故障定位方法，虽然在一定程度上提高了对配网故障的排查效率，但这种方式也存在着一定的缺陷。如所采用的故障指示器不具备配电网故障信息的自动化远程传输功能，当配电线路中发生故障时，依然需要人工进行排查故障。为此可以借助无线通信系统，将故障指示器中的信息数据发送到配电系统主站中，从而实现对配电网故障的定位。随着可视化技术的发展，可以利用可视化技术，开发出配电网故障的可视化定位及区段划分管理系统。配电网故障可视化定位管理系统中嵌入故障定位分析算法，并根据现场设备所发送到系统中的数据，经过程序的分析和计算，得出准确的配电网故障定位和区段划分结果，指导配电网检修人员快速实现对故障的定位。

2 配电网故障的可视化定位及区段划分技术

2.1 可视化技术

利用可视化技术，可以来模拟真实的世界，并通过图形、曲线、图像等多种不同的展示方式，较为直观地展现在技术人员面前，并且可以较好地实现人机交互。当前可视化技术在社会中的应用较为广泛，但在电力行业中的应用还相对不足，还具备较大的空间。当将可视化技术应用在配电系统中，可以将配电网的网架结构展示出来，同时当配电网出现故障时，也能够进行定位和隔离。在可视化编程技术中，包括了图形学和拓扑学技术，并且需要借助网络技术和数据库技术，以达到开发出可视化系统的目的。对于配电网的描述一般也是采用SVG技术，电力系统中的电力元器件、配电线路以及厂站等都可以通过SVG来进行描述。

在开发配电网可视化故障定位及区段划分系统时，需要借助可视化编程语言，可以选择C#或者是C++编程语言。其中C#编程语言的功能较为丰富，并且在编程过程中也较为简单，容易实现利用面向对象的方式进行软件系统的开发。该编程语言经过多年的发展，也处于不断创新改进之中，尤其是在语言的表达方式上得到了较大的提示，更好地满足人机交互的需求，可以选择C#编程语言来开发配电网可视化故障定位及区段划分系统。

2.2 配电网故障定位及区段划分算法

在配电网可视化故障定位及区段划分系统中，所选择的故障定位算法，是决定配电网可视化故障定位及区段划分系统实际应用性能的关键。在实际的配电网故障定位中，可以采取的算法类型较多，如矩阵算法在实际的配电网故障定位中应用较为广泛。在矩阵算法中，首先根据配电网的拓扑结构生成相应的网络描述矩阵，之后再借助现场采集监控终端设备上次的配电网故障数据信息，建立配电网的故障信息矩阵。再通过对所建立的这两个矩阵进行处理，就可以得到配电网的故障判断矩阵，实现对配电网的故障定位。

如果在配电网中存在分布式电源，则由于分布式电源会使得配电网中的潮流具备双向流动的特征，对配电网的故障定位会产生较大的影响。故应该对矩阵算法中的故障信息矩阵以及网络描述矩阵加以改进，以便使得所得出的故障定位结果较为准确。但是采用这种算法也存在着一定的问题，如果现场监控采集终端和配电网主站系统之间发生了通信中断，则故障定位系统没有原始数据来源，使得配电网故障定位系统失效。由于配电网现场监控终端如FTU在地理位置上分布十分广泛，并且采用的是无线通信方式，很容易受到天气、外力破坏或者环境等客观因素影响，使得配电网现场监控终端和主站系统数据通信中断。

为此在配电网故障定位与区段划分系统开发中，可以采用改进之后的矩阵定位算法，引入FTU属性矩阵的方法，即在网络描述矩阵的建立中，考虑FTU的通信状态是否正常，将其反应在网络描述矩阵中，从而使得对配电网的拓扑状态评估更为全面准确。在配电网区段划分中，根据配电网中带有FTU的开关分布的实际情况，将各配电线路进行区段划分。在一个区段中，可以通过自动化开关和其他区段加以分开。此外由于在配网中可能会存在多个电源，如具有分布式电源并网，则需要先指定其中一个电源点为参考电源，其他的电源则作为负荷。

3 配电网故障定位与区段划分系统的分析与实现

3.1 配电网故障定位与区段划分系统的结构

根据配电网故障的定位和区段划分技术，可以开发出配电网故障定位系统，方便在实际的配电网运维及检修中加以应用。在配电网故障定位系统包括了故障采集器、故障指示器、无线通信网络和配电系统主站等几个部分组成，图1为该配电网故障定位系统的组成结构图。

图1 配电网故障定位系统的组成结构图

在图1配电网故障定位系统中，对于故障指示器应加强其无线通信的数据接口设计，保证数据能够收发正常。在网络通信协议选择上，可以采用紫峰通信协议，在网络系统中设置好协调器节点、路由器节点以及终端节点等，保证数据信息能够逐级发送和传输。同时对于无线通信系统中的协调器节点、路由器节点以及终端节点等应合理的布置，可以利用人工智能算法进行优化计算，保证各节点设备既不会多设置，也不会因为少设置而影响系统的功能。

3.2 配电网故障定位与区段划分软件系统的功能分析

从图1配电网故障定位系统结构中可知，主站系统中是实现配电网故障定位的关键，应加强主站系统中的软件功能设计，保证在具备可靠的故障定位功能基础上，软件系统也能够高效稳定运行。在开发软件系统时，需要先进行软件系统的需求分析，充分收集配电网运维人员、检修人员等意见，并在实际的软件开发中加以考虑，图2为配电网故障定位与区段划分系统中的软件功能分解图。

图2 配电网故障定位与区段划分系统中的软件功能分析图

从图2配电网故障定位与区段划分系统中的软件功能分解图中可知，在配电网故障定位及区段划分系统中，包括了实时监控系统和数据处理系统，相互之间通过数据库实现数据信息共享和存储。对于实时监控系统，包括了数据通信功能、参数配置功能和可视化展示等功能。其中利用实时监控系统中的通信功能模块，可以接收配电网现场终端、故障指示器所发送过来的运行数据信息，并在处理之后，送入数据库中存储，同时以可视化的方式展示出来。对于数据处理系统，则包括了数据查询功能、数据分析功能、故障诊断功能以及导出报表等功能，这些功能基本能够满足对配电网故障的诊断、分析统计和应用等多种应用需求。

同时可视化展示功能模块是配电网故障定位与区段划分系统中的关键模块，可以采用基于SVG的显示技术，该技术在调度控制系统的开发中也得到了广泛应用，技术成熟度较高，在实际中的应用效果也较好。在基于SVG的显示技术中，需要做好图层管理、图表展示和人机交互等模块的开发。对于图层管理，应分别设置文字层、线路层和厂站层等不同的层次，从而对不需要的信息加以过滤，并显示有用的信息。当配电系统出现故障时，可视化系统会将馈线两侧的开关加以标注，则故障区段就为两个开关之间的线路。为了便于配电网运行及检修人员的操作，可以根据配电网故障定位系统的功能分解图，在界面上分别设置多个不同的操作按钮，方便操作人员的实际操作。

4 结语

采用配电网故障定位与区段划分技术，在实际配电网运维中具有较大的工程实用价值。本文首先分析了配电网故障定位及区段划分技术现状，之后阐述了可视化技术的基本原理，以及配电网故障定位及区段划分算法等内容，最后分析了配电网故障定位与区段划分软件系统的结构设计和功能开发等技术。通过在实际中采用该配电网故障定位与区段划分软件系统，可以显著提高配电网的运行检修技术水平，并提高配电网的供电可靠性。