基于故障指示器的配电线路故障定位算法研究与程序设计

肖开伟 许晓平 王渊 梁仕娬 田庆生 李川

摘要：近年来国内网都在积极规划和建设智能电网，而智能电网中配电线路故障定位一直是个研究的热点和难点。其中故障定位的方法有很多，本文主要针对配电网中故障指示器定位的准确性一直没有得到有效的解决，从而设计了一套故障定位算法以及故障定位程序。该算法根据故障指示器定位的原理以及云南电网实际线路情况，通过建立了配电网网拓扑模型，采用逻辑位置标示和故障事件集的概念，通过逻辑分析从而得出故障位置，并且判断故障类型。其中故障事件由多条遥信抽象出来，目前该故障定位算法已应用在云南电网配电线路故障监测系统主站中，通过实际现象表明，该算法和程序在不影响线路正常工作的前提下，能够准确地定位出故障发生的位置，并能准确判断故障类型。该方法原理简单，定位准确度高，成本较低，易于推广。

关键词：故障指示器；故障事件；故障定位

中图分类号：TP311 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.l003-6970.2017.08.024

引言

配电线路传输距离远，支线多、大部分是架空线和电缆线，环境和气候条件恶劣，设备故障和雷电等自然灾害常常造成故障率较高。一旦出现故障停电，首先给人民群众生活带来不便，干扰了企业的正常生产经营；其次给供电公司造成较大损失。国家电力公司也明确提出了供电可靠性要达到99.96%的目标，提尚配电自动化是实现这一目标的重要保证。在提高配電自动化这一目标中，准确及时地定位故障和判断故障是其重要内容。

故障定位的方法可分为广域故障区段定位法及故障测距法，前者利用多个线路终端（FTU）或故障指示器（FFt）实现故障定位，后者直接利用线路出口处测量到的电气量信息计算故障距离。随着电力系统的不断发展，现在主要采用线路终端或故障指示器实现故障定位。本文介绍了一种基于具有通信功能的故障指示器的配电线路故障定位算法。该算法主要根据故障指示器上报的故障信号，以及故障指示器自身的逻辑位置编号，对线路进行拓扑分析，之后进行逻辑判断，从而判断出故障点的类型以及故障点的位置。根据主站上报故障情况和实际故障情况核对发现，该故障定位软件适应于云南电网故障定位监测系统，具有较高的实用性。

1 配电线路中故障指示器故障定位原理

故障指示器主要安装在线路分支点和用户进线处，当线路发生短路故障或单相接地故障时，故障指示器自身能够发出报警提示，从而使检修人员迅速定位故障点[3_5]。而故障指示器也会将故障信息和自身的编号上报给主站系统，主站系统进一步通过故障定位算法并查阅对应数据库判断出故障位置和故障类型，然后将其判断信息通过短信的形式发给对应的线路巡线人员和维修人员。当线路发生故障时，从变电站到发生故障位置之间的故障指示器会全部翻牌报警，如图1所示，故障点发生在故障指示器16、17与故障指示器19、20之间，那么这两条线路和变电站之间的的故障指示器均处于故障状态，会全部翻牌报警。

2 配电线路故障定位算法

2.1 配电网拓扑描述模型

配电网拓扑模型之前大多采用传统的图论描述方法。其又可分为有向图描述和无向图描述。文献就是以图论为基础知识，根据配电网的拓扑模型建立相应的故障判别矩阵，根据故障判别矩阵判断和隔离故障区段。但随着配电网的发展，对定位的精度要求越来越高，接入的设备也是与日倶增。再用经典的图论方法建立拓扑模型的话，故障信息矩阵会越来越大，显然此方法显得力不从心。

基于此，本文对以往的图论算法进行改进，提出了逻辑标示的概念，标示方法为：“主线标识+主线杆塔编号+半角小数点+下一级分支标识+下一级分支杆塔编号…+末级分支标识+末级分支杆塔编号+方向标识”；“主线标识”与“支线标识”用于区分不同的主线与支线，用大写的字母A到字母Z表示。方向标识为+或者其含义标识监测设备相对于其所安装杆塔的位置，+表示大号侧，即相对于杆塔号走向大号杆塔号的方向，表示小号侧，即相对于杆塔号走向小号杆塔号的方向。如下图2所示。例如11.A13+表示在主线路上11号杆处有一条支线，两条或两条以上的支线，而其中一条支线为A支线，该套配电监测设备安装在A支线上13号杆处的小号侧。

2.2 故障信息集

每一个故障指示器都有对用的编号，根据这些编号在数据库中有唯一对应的安装信息、设备类型、设备厂家、所属线路、所属变电站等信息、所属组织机构等信息，根据这些信息再给每个设备命名其逻辑标示，这些信息叫台账信息，都一一的存在后台数据库中，如表1所示。在故障发生时对于一套配电监测设备会产生一系列特有的信息，叫故障信息，如表1所币。这些故障信息与该设备的台账信息构成一了个信息元素，而整个故障事件是由若干个信息元素构成的一个集合。信息元素构成如表1所示：

2.3 逻辑标示查找确定故障事件

由于故障逻辑标识是由被V字符分割，分割后的结构为“主线/支线标识+杆塔号”，该结构称为节点标识，其意义由电源端按照线路走线到该设备处，所必经的一个支线耦合点，位于逻辑标识最末端的节点标识则表示，设备所安装在当前支线的位置。由该结构大小判定如下：1、“主线/支线标识”则节字符串的权重越大，“主线/支线标识”为空时比“主线/支线标识”为字母时大，例如：A5权重大于B6；当“主线/支线标识”为字母时，权重由八到7依次减小。2、“主线/支线标识”相同时，则“杆塔号”的值越大，则节字符串的权重越大，例如：A5权重大于A4。

逻辑标识远近比较可以采用以下方法：1、从左往右先比较首个节点标识的权重，选取节点标识权重较大的为较远点，例如：A5.5+与"B6.7+比较A5.5+为较远点。当首位节点标识权重相同时，依次往后比较其后的节点标识，直到比较出其后某个节点标识不同，例如A5.5.4+，与A5.5.6-比较，A5.5.6-为较远点。2、若某个逻辑标识与完全等同于另一个逻辑标识的前几个节点标识，节点标识数量较多的一放为较远点，例如A5.5.4+，与A5.5.4.6-比较，A5.5.4.6-为较远点。3、若2个逻辑标识的节点标识完全相同，则比较方向标识，带+方向标识的逻辑标识为较远点。例如4A5.5.4+与4A5.5.4-比较，A5.5.4+为较远点。

首先，将排序后的信息元素集合的第一个信息元素作为当前故障事件的第一个元素，该信息元素的实际安装信息就是该故障事件故障电流末梢点的信息，然后通过其逻辑标识找到其靠近源点方向的上一套设备。其方法如下：先看该剩下的元素中是否有节点标识完全相同，仅方向标识不同的信息元素。之后逻辑标识按照至左向右的读取方式，设该逻辑标识有n个节点标识，从其余信息元素的逻辑标识中查找节点标识个数同样为n的逻辑标识，要求前n-1个节点标识完全相同且第n个节点标识权重最大的。若未找到从其余信息元素的逻辑标识中查找节点标识个数为n-1的逻辑标识，要求前n-2个节点标识完全相同且第n-2个节点标识权重最大的。若还未找到，不断重复该步骤，直到找到一个满足要求的逻辑标识，或者重复到第一个节点标识依然未找到，说明信息元素之前没有其余信息元素了。当找到前一信息元素后，继续以前一信息元素为基础向前搜索，并且应的复用次数属性加1。直到找不到更前的信息元素。并且途经的信息元素构成一个故障事件。

然后，选取复用次数為0，排序最靠前的信息元素，再次搜索。此时生成第二个故障事件。不断重复该步骤。直到所有信息元素的复用次数均不为0，此时完成遍历。

3 故障定位算法与程序实现

3.1 程序具体功能

本文根据以上理论，设计出了判定较为准确，定位时间相对较短，描述更为精确，支持同时间段多线路多支线故障的配网故障定位系统。图3为故障定位软件具体功能框图。

基础功能模块包括：

（1）多进程管理模块：根据故障事件启用和关闭多进程。

（2）遥信合并：按逻辑位置对遥信进行合并。

（3）逻辑位置排序：按逻辑位置对遥信进行排序。

（4）逻辑位置遍历：按逻辑位置对遥信进行遍历。

（5）数据库访问模块：对数据库执行各种查询。

（6）类型判定：判定故障事件的类型。

（7）故障点判定：判定故事事件发生的位置。

（8）短信发送模块：调用webservice发送短信。

（9）短信联系人整理：整理需要发送短信联系人的人员名单及电话。

（10）故障事件写入：将故障事件写人数据库，通过主站界面可以展示。

应用层模块包括：

（1）故障定位：通过对上传故障遥信的分析，对线路的发生的实际故障事件作出整理与判定，得出与之对应的故障类型与故障位置。

（2）故障上送：通过短信等方式将故障事件上送给需要的用户，以便用户及时排查故障。

3.2 故障定位算法流程

如图4所示为故障定位算法程序流程图，故障事件是由发生在某条配电线路上的某个点产生短路或接地故障组成的事件，故障事件由多条遥信抽象出来。程序设计时考虑单一^支线在10分钟内最多只发生一次故障时间。在流程图中Enumx表示上一次查询数据库遥信数量。Enrnny表示当前查询数据库遥信数量。

3.3 故障事件处理

由于配网中线路比较多，当产生故障事件后需要对产生的故障事件进行分类。之后进行相应处理将故障事件类型和发生位置通过短信的形式通知相应的巡线人员和维修人员。如图5所示为故障事件处理流程图。首先根据线路名字整理短信联系人，然后再收集从传人日期时间起10分钟内该线路故障事件集的故障遥信，之后将故障遥信整理按支线整理成不同支线存起来，再将每个支线最末端位置逻辑位置、运行位置、故障类型储存后生成短信发送给相关人员，最后再写人日志和数据库。

4 运行效果

在线路发生故障之后，故障信息经过线路安装的监测终端反馈到系统中，然后故障定位算法将这些信息整理成故障事件信息，然后通过多种方式转送给供电所的相关人员。如图6所示为配电线路故障监测系统主站中故障事件截图。当故障发生后，巡线人员会受到软件发送的短信，然后巡线人员根据短信内容去现场确认故障并排除故障，目前根据巡线人员核对的故障情况表明，本故障定位算法准确度比较高，能够节省巡线人员工作强度和工作时间，具有较高的实用价值。

5 结论

本文分析了故障指示器定位的基本原理，结合其原理和云南电网的实际线路情况设计了一套故障定位算法。当配电线路发生故障时，该算法能够准确地定位出故障类型和故障位置，并通过短信的形式通知相关人员。这样大大地缩短了停电时间，减少了巡线人员劳动强度，对提升云南电网配电网故障监测系统的运行和管理综合水平将起到重要的推动作用。