基于配电自动化的线路故障快速定位研究

古嘉俊

(广东先达电业股份有限公司，广东 梅州 514011)

1 引言

受环境、技术、线路老化等因素影响，配电线路很容易出现断线、接地等事故，严重影响了配电网的安全效益和经济效益。为避免上述问题，配电网建设过程中必须利用好智能装置，在配电自动化技术和GIS定位技术基础上，实现故障区域快速定位、线路故障综合分析、故障断电自动恢复等，最大限度缩短线路故障断电时间，从根本上提升用户用电满意度。

2 研究背景

21世纪以来，南方电网加大了对智能配网的重视力度，开始在配网自动化技术基础上实现配电网的改革和优化，以提升输配电的稳定性、可靠性和有效性。

某县级10kV配网主要负责区域居民生活用电，线路总长32.8km，地理环境较为复杂，覆盖县域内平原、丘陵、山区等。该配网于2009年投入使用，至今多处线路存在不同程度老化，严重影响了10kV配网运行的安全系数。

调查数据显示:仅2019年该配网就出现设备故障249起，其中严重配电事故6起，平均故障停电时间达到1.31h，配电网可靠性指标远低于国家规定标准，依照智能配网建设要求开展自动化改革、升级势在必行。

3 平台构建

2020年3月起，某县级10kV配网开始进行智能改造，构建了基于配网自动化的线路快速故障定位系统，其关键内容如下。

3.1 技术支撑

(1)配网自动化原理。主要利用计算机技术、自动控制技术、通信技术等实现智能化监管，使配电网处于安全、可靠、优质、经济、高效的最优运行状态。配网自动化建设过程中要注重SCADA系统的构建，在前端数据采集基础上配合重合器、FTU装置、自动开关等进程MIS数据分析，实现远程监测控制。

(2)GIS定位原理。又称地理信息系统(Geographic Information System)，可以对空间数据集中采集、分析和处理，实现准确地理定位。GIS系统可直接采集、存储和维护日常地理位置数据并校对，然后对线路定位数据进行编号，以便于配网自动化故障诊断和处理过程中的地理信息匹配。

3.2 系统架构

某县级10kV配网在线路快速故障定位系统构建过程中主要选用FTU装置实现故障数据采集。设置时将其置于配电网设备开关处和电缆环网柜，用于线电压、运行电流等的采集；同时，FTU与配网自动化主站连接，将采集到的数据通过无线网传输到系统中，如图1所示。

图1 某县级10kV配网快速故障定位中的FTU设置

与此同时，在快速故障定位系统构建的过程中还需要做好GIS定位，形成基于GIS的前端采集单元、处理单元和信息终端。该系统中先由GIS定位装置进行故障点地理数据的采集，然后将其传输到配网自动化主站中；再在功能服务基础上构建完整的C/S＋B/S混合架构，实现故障图像、故障数据、地理信息的综合分析，得出基于配网自动化的线路故障智能处理决策。如图2所示。

图2 基于配网自动化的线路故障快速定位系统

3.3 功能设置

3.3.1 采集单元

某县级10kV配网线路故障快速定位系统采集到的数据包主要包括电力监测信息和地理信息两部分内容，其中:

(1)在关键节点安装FTU和DTU装置后，通过其监测单元直接采集线路、设备的电流、电压、开关状态等信息，利用自动监测指令、SCADA指令等形成配电网数据包，为故障定位提供可靠数据来源。

(2)前端中设置GIS定位装置，实现关键地理信息的采集，并在配网网架基础上进行输配电节点、地理数据的配对，然后关联数据包，并按照指定信息通道上传。

3.3.2 自动化主站

某县级10kV配网自动化主站运行过程中主要对前端FTU、GIS装置等采集数据整合后的数据包进行集中分析，利用ARM处理器快速判断配网运行情况，确定故障区域、故障类型、故障现状等，包括数据处理单元和智能决策单元两部分。

一般分析过程中主要采用树型结构作为配网线路主体架构；然后，再根据实际情况合理调用负控数据库中的关键信息，通过SDX＋数据库管理软件、Spatial系列软件等完成数据处理和分析；最后，借助可视化装置实现故障数据的显示、故障状况报警等。

以某县级10kV配网自动化主站运行过程中，在K1点发生永久性故障后(见图3)，此时FTU对应的监测单元直接将故障电压、电流等信息传输到主站中。配合主站GIS定位信息，并该区域段历史数据、状态数据等，可快速判断出HK01－CA1段电压异常，线路断线，确定故障点在HK01－CA1段。此时，主站发出HK01－CA1段分闸指令、L01开关合闸指令，实现快速故障隔离。

图3 某县级10kV配网K1线永久性故障

(3)功能服务。根据上述功能逻辑，在配网自动化终端设置时必须支持历史数据调用和存储、智能诊断和分析、远程投切控制和可视化监控报警。主要包括WEB服务器、图形工作站、Oracle数据库等，即:

(1)Web服务器可实现最优停电方案选择、供电范围分析、倒闸操作、挂牌操作、最佳巡检路径分析、抢修信息管理、抢修车辆管理等。服务过程中可并配合馈线终端(FTU)及集中监控系统(SCADA)快速进行故障点隔离，以最大限度减少由线路故障引起的区域断电的可能性；

(2)图形工作站可实现可视化界面展示、报警信息显示、设备数据录入、设备数据维护、设备数据查询等。上述可视化显示单元可确保系统采集到异常数据直接通过动态视频、图像等显示，同时进行声光报警；

(3)Oracle数据库主要完成地形数据采集、地形数据修改、地理信息录入、地理信息修改、地理信息查询等，用来进行故障显示和决策辅助。在应用过程中需按照不同数据类型进行分区存储，并配合调用指令完成对应数据的分析和应用。

4 应用分析

4.1 效益评估

2020年6月11日，某县级10kV配网智能改造完成并正式投入使用，其基于配电自动化的线路故障快速定位系统在该年度内共出现异常报警295次，线路故障定位准确率达到100%；共有效隔离故障断电220次，平均故障断电时间仅为0.21h，配网可靠性指标达到99.82%，配网运行的安全性、可靠性和稳定性明显提升。

与此同时，在线路故障快速定位系统的基础上，某县级10kV配网故障抢修时间明显缩短。运维人员可以借助可视化终端直接定位线路故障点，并依照采集的状态参数、历史数据等快速查找配网线路故障致因，减少了大量成本投入，全面提升了配网运行的经济效益。

4.2 注意事项

随着配网智能化建设的不断深入，尤其是基于配电自动化的线路故障快速定位系统全面应用后，必须进一步加大对操作人员的专业培训。要就线路故障快速定位系统中的关键内容展开知识教育和操作实训，保证人员能够高质量、高效益地应用线路故障快速定位系统。

同时，还要做好线路故障快速定位系统的优化和升级。在系统优化方面，要依照智能诊断需求不断提升算法模型的科学性和有效性，根据历史故障案例建立分层故障数据体系，确保在故障定位过程中能够快速实现故障数据匹配和故障案例处理，以充分利用配网线路故障处理工作经验，缩短故障断电时间。在系统升级方面，要定期对基于配电自动化的线路故障快速定位系统进行维护和拓展，在国内外先进技术基础上不断提升线路故障快速定位装置的准确性、可靠性和有效性，提升数据采集的精度和数据传输的准确度，这样才能够避免由系统问题导致的故障诊断失误，为配网安全运行和稳定运行打下坚实的基础。

5 总结

配电自动化的线路故障快速定位系统设计过程中应从前端采集、自动化主站建设、功能单元拓展三部分出发，做好线路状态数据、地理信息数据等的整合，在智能分析基础上形成科学决策，进行可视化现实和远程遥控。尤其是要做好智能诊断分析，实现准确定位、有效报警、快速处理，从根本上降低线路故障对配网安全效益和经济效益的影响，全面推动我国智能配网建设和发展进程。