基于用电信息采集系统的配网故障诊断技术及应用

陈 靖，吴春洋，何 麟

(国网蚌埠供电公司，安徽 蚌埠 233000)

0 引言

随着电力主干网络智能化管理的日臻完善，各供电公司相继把下一阶段国家电网智能化管理方向的目光投向了点多面广的配电网。与发展日新月异的输电网相比，配电网设备陈旧、老化严重，网架结构薄弱，二次监视、控制手段仍极为匮乏，配网调度自动化仍处于较低水平，恶劣气象条件下设备跳闸、断线、接地等事故仍时有发生，供电可靠性一直处于较低水平［1-2］。

当前国家电网的主业务系统主要架构在国网、省供电公司两级上，虽然能起到电网规范化管理、避免信息化建设重复投入的问题，但在实际业务应用上并不能完全切合市县公司的工作需要，主要体现在:业务功能架构精细化程度不够，还需要进一步的二次业务开发;业务功能的主动性不够，没有实现主动提示，自动工作;系统之间交互不够，一个业务分布在多个国家电网主业务系统中，给实际工作带来了不便。

本技术基于国家电网SEA3000用电信息采集系统［3］，从中获取用户三相电压、电流、功率等电气量数据，将其整合到本地服务器，在此基础上进行业务的二次开发，将以上数据与配电网地理接线图进行融合，并将故障引起的停电用户以特定颜色显示出来，辅助配网调度人员进行故障诊断。同时，通过对配网用户功率、电流、电压等电能数据的图形化呈现，使配网调度人员更全面地了解配网运行状况，弥补了配网自动化水平较低的缺憾。

1 10kV配电线路

典型的配电线路［3］如图1所示。

图1中，有甲、乙两座变电站，甲站02线路与乙站01线路形成联络线路，A、B、C、D、E及环网柜中的021、022开关为联络开关，B开关在分闸状态，其余开关在合闸状态。若合上B联络开关则该联络线路与高一级电压等级线路形成闭合回路，可见B开关为该联络线路的分断点。P1、P2、P3、…、P16为配电变压器，简称配变。

2 用电信息采集系统简介

SEA3000用电信息采集系统［4］是集现代数字通信技术、计算机技术、电能计量技术、电力负荷管理技术和电力营销技术为一体的准实时信息采集与分析处理系统。以《电力用户用电信息采集系统》标准为依据、以“全采集、全覆盖、全预付费”为目标。通过与营销业务应用系统的业务集成，及时、完整、准确地为营销业务应用提供实时用电信息数据，实现自动抄表、预付费管理、计量设备在线监测、用电异常报警、线损统计分析等功能，提升供电服务水平和能力。

2.1 系统功能

1)数据采集:实时和当前数据、历史日数据、历史月数据、事件记录;

2)数据管理:数据合理性检查、数据计算、分析、数据存储管理;

3)控制:功率定值控制、电量定值控制、费率定值控制、远方控制;

4)综合应用:自动抄表、费控、有序用电管理、用电情况统计分析、异常用电分析、电能质量数据统计、线损、变损分析、增值服务等;

5)运行维护管理:系统对时、权限和密码管理、终端管理、档案管理、通信和路由管理、运行状况管理、维护及故障记录、报表管理等。

2.2 系统特点

1)SOA系统架构:以面向服务的软件架构(SOA)为基础，构建统一的系统服务总线，实现业务的灵活扩展，满足系统不断发展的需求;

2)大规模终端接入:异步模式实现现场终端大规模高效接入;

3)多种类型通道接入:GPRS/CDMA/光纤/230M/PSTN/ADSL等;

4)跨平台运行:Windows、Linux、Unix等操作系统及不同硬件的平台;

5)N+1:采用N+1模式分布式数据缓存技术，通过多个节点共同分担数据;

6)透明规约编码技术:对不同规约进行统一配置管理，按功能对参数、控制、终端配置等类别提供统一的界面设置与管理;

7)规约插件技术:采用软总线方式实现规约管理;

8)图形化展示:实现从全省到地市、小区全方位的图形化展示;

9)数据仓库和数据挖掘技术:实现海量信息智能甄别;

10)完善的安全机制:隔离装置、防火墙、入侵检测、密码认证、IP认证等。

2.3 主要性能指标

1)控制正确率≥99.99%，年可用率:主站≥99.5%，终端≥99.5%。

2)主站各类设备的平均无故障时间(MTBF)≥25000h。

3)系统故障恢复时间≤1h，遥控操作响应时间＜5s。

4)主站巡检终端重要信息(重要状态信息及总加功率和电能量)时间＜15min。

5)常规数据召测和设置响应时间＜15s，历史数据召测响应时间＜30s。

3 配网故障诊断技术

3.1 基于HTTP通信技术的无损式数据获取技术［5］

该技术使用正常的登录账户进入被接入系统，犹如一个操作人员在电脑前通过浏览器浏览系统数据一样，从被接入系统进行数据收集，然后存储在当前业务系统中。根据数据本身的业务特性设置不同的数据收集频率，典型设置如:电网结构数据设置为一个月收集一次，用电用户电能质量数据设置为每天收集一次。

该技术是在业务系统整合的过程中进行深度整合的一种行之有效的手段，相比单点登录［6］等账户绑定技术，具有业务集成能力强、数据本地化、业务可二次开发等优势，同时不需要对被接入的业务系统做任何修改。

3.2 配电网运行数据本地化存储

配电网运行数据本地化存储，是在基于HTTP通信技术的无损式数据获取技术的基础上，将获取到的配电网数据存储到本地数据库中。存储的数据包括:电网结构、变压器负荷、用电用户、集中器电能质量等。市县供电公司的配电网具有数据量大的特点，一个中等规模的县级市用电用户一年的数据量约2亿～3亿条。

为保证系统数据查询、调用的效率，采用了数据按时间分区的数据库技术。该技术将包含大量记录的数据表格从物理上划分为一个或多个子表，各个子表仍保持原有的字段信息，这样查询数据时将根据设定的条件查询特定的一个或多个子表，不需要对整个表的所有记录进行完整扫描，对于包含千万条以上记录的数据能显著提高查询效率。

3.3 物理、逻辑相结合的故障诊断技术

该技术基于当前配电网智能化辅助管理设备不足的实际，通过对获取的物理数据进行逻辑计算，进行配网故障的辅助诊断。具体做法是通过电网结构中同级、下级节点设备的状态来判断当前设备的状态。

通过所辖变压器的状态判断线路分段开关是否正常，当多个变压器处于故障状态时，分段或支线开关处于大概率故障状态，当所辖变压器有一个或多个工作正常时，则分段或支线开关处于正常工作状态。

在目前配网监控手段不足、自动化水平仍较低的条件下，该技术能有效反映配网中用户停电状况及配电设备的运行状况，辅助配网调度及运维人员进行决策，作为配网自动化改造前期智能设备不足的有效补充。

3.4 标准CAD图形在线配置

本系统使用浏览器的ACTIVE控件来处理、显示标准CAD图形，处理的主要过程是:将配网线路的CAD格式图形上传至新开发系统，然后对CAD图形进行配置，将图中的配变、开关等设备与实际运行设备进行一一关联对应，实现在新系统中可直观地查看配网设备的运行状况，进而辅助工作人员清楚地了解当前配电设备的运行状况。图4为配置图形。图5为配置后的系统界面。

3.5 配网故障信息获取及判断

本系统使用较高的频率从用电信息采集系统SEA3000中获取设备信息，每三分钟采集一次，然后将采集到的故障节点设备在图形、故障清单中显示。此种方式的配网故障诊断方式对主业务系统有直接的依赖，主业务系统判断的及时性决定了本系统判断的及时性。

本系统在进行配网故障监测时会准实时地生成一份配电网故障设备清单，如图6所示。该清单涵盖了系统判断为故障状态的设备清单，用户点击故障设备对应的线路名称即可以进入对应线路的CAD图形中，进而查看线路所辖设备的运行情况。图7显示了点击故障线路名称后，故障线路运行状况图，图中灰色配变表示设备故障造成的停电配变信息。

系统会将当前故障设备作为重点监测对象，通过定时召测的方式查看其是否恢复了正常运行，这样工作人员就有了一份图文结合的配用电网故障设备清单，便于配网运行人员快速诊断线路故障。

综上所述，对配网故障诊断技术的开发流程进行归纳，如图8所示。

4 应用实例

以图1中的配网线路为例进行分析，配网故障诊断技术实施完成后，线路图形界面如图9所示，在图中可以观察到配变的负荷数据，鼠标指向配变，还可观察其三相电压、三相电流信息。

当配变异常时，系统主界面会给出配网故障设备清单，如图6所示。假设图9中配变故障，点击故障设备清单中故障配变对应的线路名称，进入线路图形界面，如图10所示。

T14为单一配变故障，多为配变本体或低压用户故障，转由配网抢修指挥人员处理;T15配变为计划停电，若有用户进行停电投诉，配网抢修人员通过查看配网故障诊断系统线路图，了解到配变为计划停电，直接对用户进行解释;对于T7～T12，属6台配变同时故障，则推测E、D或C开关跳闸，而C、E两开关之间配变供电正常，可断定C开关跳闸，进而通知配电运维人员现场巡视处理。

应用实践表明，该技术能辅助配网运行人员监视配网设备运行情况，及时发现配变的停电情况，从而辅助配网故障诊断，及时通知配电抢修人员或配电运维人员巡视并处理故障，既节省了人力，又提高了配网故障诊断、处理的效率，使供电可靠性及用电服务水平得到进一步提高。

5 辅助功能

5.1 计划停电管理

用户能将供电公司Excel文件格式的周停电计划上传至系统，或在系统中直接编辑计划停电清单，系统将根据计划停电的时间、线路对相应的配网设备区别对待，在计划停电范围内不会将相应的配网设备作为故障设备处理。

一方面，计划停电管理让配网运行人员能专注于实际故障设备，避免不需要的故障设备甄别工作;另一方面，当接到用户停电投诉时，配网故障抢修指挥人员可在本系统上获知是计划停电还是故障停电，从而决定是否派出抢修人员，提高故障抢修效率。

5.2 辅助分析配网电能质量

本系统能在列表或图形中查看变压器的历史负荷曲线，作为观察变压器运行状态的一个具体参考，如图11所示。同时，能够根据配网末端配变的三相电压情况，使配网调度运行人员及时掌握配网中的低电压状况，及时调整运行方式，或建议相关部门进行配网改造，优化配网运行状况。

6 结论

文章讨论了基于用电信息采集系统的配网故障诊断技术，应用表明，该技术能有效辅助配网故障的快速诊断。主要结论如下:

1)该技术从SEA3000用电信息采集系统获取海量数据，通过按时间分区的方法优化数据存储，并根据配网运行人员的需求进行二次开发，以最经济的方法提高了配网智能化水平。

2)所提故障诊断技术以获取的配网设备实际状态为依据，对数据抽样，进行逻辑判断，能使配网调度人员发现配网线路上分段、支线开关的异常或跳闸，弥补了分段、支线开关暂无智能监控装置的缺陷，提高了故障处理效率。

3)通过获取配网线路设备的运行数据，丰富了配网监测手段，辅助分析配网电能质量。

4)通过计划停电管理，区分了故障停电和计划停电，方便甄别用户停电投诉中的真实故障，提高了配网抢修效率及供电服务水平。

［1］吴日昇，张勇军，何毅思，等.配电网增设分支线保护的方法研究［J］.高压电器，2006(4):281-283.

［2］朱发国，武苗.对我国配电网建设及其关键技术的思考［J］.南方电网技术，2013，7(3):58-62.

［3］何麟，吴春洋.基于调度自动化系统平台的10kV配网线路信息化管理［J］.安徽电气工程职业技术学院学报，2014，19(01):105-109.

［4］陕西省电力公司.用电信息采集系统应用技术［M］.北京:中国电力出版社，2012:3-21.

［5］高嵩.基于HTTP协议的嵌入式远程监控系统的研究［D］.北京:北京工业大学，2009:5-29.

［6］刘润达，诸云强，宋佳.一种简单跨域单点登录系统的实现［J］.计算机应用，2007，65(02):288-291.