配电网故障寻址技术的研究

李子豪　孙玲　李旭光

【摘 要】针对配电网故障寻址困难的问题，提出了一种新的配电网故障寻址方法，应用射频通信技术和GPRS技术将数据传送到故障寻址系统分析中心；根据数据库中具有结构参数图形的拓扑结构建立故障序列标准集；采用模糊聚类算法判断故障点，且按实际情况及时修改设备的误动率和拒动率，提高故障点判断正确率；把短信工具嵌入到故障分析软件之中，保证相关人员及时了解配电网的运行状况，提高供电可靠性。

【关键词】配电网；故障寻址；射频通信；GPRS通信；图形建模；模糊聚类

0 引言

配电网线路长分支多，发生故障时巡查费时费力，且故障原因的多样性、设备拒动、设备误动、信息传输的不完全性使得配电网故障寻址更加困难[1]。目前故障寻址的算法种类繁多，但这些算法存在着计算时间长，通用性及实用性差，费用大的缺点[2-3]。因此，如何充分利用配电网的拓扑结构及其故障特点，为配电自动化提供一种快速、实时、简单的故障寻址算法是目前研究故障寻址所面临的主要问题。

1 故障寻址系统的硬件设备

本文研究的配电网故障寻址系统结构[4]如图1所示，其中故障寻址系统的硬件设备由故障指示器、射频收发装置和DTU数据终端等单元组成，其与故障寻址中心通过GPRS/Internet进行连接。

本文介绍的故障指示器分为A、B、C三相检测模块，分别悬挂于三相上，是一种安装在电力系统线路上用于指示或监控线路运行状态的装置。故障发生时，故障指示器检测到的故障信息及地址编码信息由通讯单元发送至射频收发装置，然后由射频收发装置将信息汇集到GPRS数据终端单元，将信息发送至故障寻址系统中心。

通信装置包括射频收发装置和GPRS数据终端单元（DTU）。射频收发装置可以接收所属区域内的故障指示器的信息，并发送给GPRS数据终端单元。GPRS数据终端单元基于无线DDN通信系统，方便开发和设计。同时开发了一套专用的通讯协议，可以将多组故障指示器信息一并送出，可以避免乱码、传送不连续等情况导致通信错误的问题。

对射频模块的开发要求如下：运行功耗要低，能够自动进入休眠模式；有能够处理信号碰撞时的能力，能够确保信号发送和接收成功；通信距离能够满足要求。基于以上几点要求[5-6]，选择了DVB-nRF9E5开发套件，用于对Nordic VLSI公司无线Soc芯片nRF9E5进行开发和设计。

GPRS通信装置接收射频通信装置发来的故障信号，然后通过GPRS网络发送到故障寻址系统分析中心。通信系统结构及组网方式如图2，射频收发装置通过RS-232串口连接到数据终端，将数据打成IP包，再通过GPRS空中接口传入到GPRS/Internet网，最后通过GPRS数据传输终端到达故障寻址系统中心。

2 故障寻址系统分析中心的构成

故障寻址系统分析中心的主要任务就是分析判断配电网故障位置，系统结构如图3所示，由以下几个部分组成：GPRS数据接收中心、实时数据库、图形建模、模糊聚类计算、短信通知系统等。为了配电网图形建模的需要，同时开发了图纸绘制工具。

GPRS数据接收中心是用于管理GPRS通信装置、与GPRS通信装置进行数据收发的服务软件，它需要通过开发包中动态库wcomm_dll.dll来完成和GPRS通信装置之间的通讯。动态库wcomm_ dll.dll包括了通讯所需要的全部API函数，包括服务的启动与停止、数据的发送与接收、参数的配置与查询等。

实时数据库是本系统必不可少的部分，其功能和应用贯穿整个系统的每一个部分。GPRS数据接收中心将接收到的设备信息按照数据库中对应的设备编号，存储到数据库中，从而使系统数据瞬间更新。图形建模需要将死板的图形元件赋予拓扑关系，因此在拓扑关系结构中存储的将会是数据库中相应元件的标识符，从而使得图形建模的结果不必因元件的状态等原因而重新进行。模糊聚类的分析计算更加需要实时数据库作为基础，其计算参数和计算结果都将存储于数据库中，成为短信通知系统的告警信息的来源。

基于实时数据库，利用面向对象思想提出配电网设备模型，在网络图形上直观地表示出所有具体的配电网电力设备，并在此基础上提出了一种链式存储结构对整个配电网进行拓扑描述，称之为图形建模。图形建模除了完成拓扑结构分析的功能外，还需要形成故障序列标准集。同时，在该图形建模所形成的模型的基础上，实现了对配电网结构的快速动态修正和设备搜索模块的设计。图纸绘制工具是为图形建模服务的，利用图纸绘制工具可以方便的将一般形式的配电网图形转换成具有拓扑结构关系的配电网图形，从而使配电网图形绘制和配电网故障寻址系统相互独立，图纸更换更加灵活，具有通用性，系统更具实用价值。

根据配电网图形建模，给出了故障序列标准集，将其作为模糊聚类中心，然后根据实际设备状态，结合设备的误动率和拒动率，进行模糊聚类计算，选择最合乎实际情况的故障位置，并通知相关配电网维护人员，进行故障排除。

虽然故障寻址系统给出了估计的故障位置，但由于模糊聚类本来就是从概率角度出发进行故障位置决策的，判断失误是在所难免的，因此增加了一项设备误动率和拒动率参数校正的功能。

如图4所示，在实际故障位置一栏点击带有“…”的小按钮，将弹出实际情况对话框，用来选择实际故障位置。此项功能针对配电网维护人员有效，由配电网维护人员确认实际故障位置后，录入数据库，进而修正相应设备的误动率和拒动率。

为了达到高效处理配电网故障，需要改进故障告警通知的技术。本系统采用成都众山科技有限公司的飞天短信引擎FT35A GSM MODEM。组网方式如图5。

该模块与配电网故障寻址系统通过RS232数据接口连接，当配电网发生故障由配电网故障寻址系统判断出故障位置之后，将故障现象和故障位置通过短信发送到具有权限的配电网维护人员的手机上。

3 总结

随着配电网运行、维护方式和方法的改进，配电网故障寻址系统终将推广应用于大型配电网系统中，本文提出的方法已应用于天津市某供电局的配电网故障寻址系统。现场运行的结果表明，故障信息能够正确传输，故障点能够正确判断，具有很好的发展前景。

【参考文献】

[1]郭俊宏，谭伟璞，杨以涵，等.电力系统故障定位原理综述[J].继电器，2006，34（3）：76-81.

[2]林景栋，孙跃，曹长修，等.配电网故障定位的研究[J].重庆邮电学院学报，2001，Supplemen：114-116.

[3]刘健，王兆安.配电网故障区域判断和隔离[J].西安交通大学学报，2000，34（2）：7-10.

[4]刘志雄，余臻，陈燕萍.GPRS DTU数据中心的通信设计[J].工业控制计算机，2007，20（12）：23-24，26.

[5]Yuan Y H，Lu F C，Chien Y，et al.An Expert System for Locating Distribution System Faults[Z]. IEEE Trans TPD，1991，6（1）.

[6]刘小波.基于GPRS的分布式配电网络远程监控系统[J].高压电器，2005，41（5）：357-359.

[责任编辑：杨玉洁]