基于供电追溯阵的配电自动化终端告警缺陷辨识方法

王瑞珏，李亚国，岳彩娟，张 伟

（1.国网山西省电力公司，山西太原 030000；2.积成电子股份有限公司，山东济南 250100）

馈线自动化可基于配电网终端采集的故障告警信号判定故障区间，隔离故障区域和恢复健全区域供电，是提高配电网供电可靠性的重要手段[1-4]。

作为配电网感知的重要元件，馈线终端单元（FTU）、站所终端单元（DTU）、故障指示器（FID）、智能配变终端（TTU）等自动化终端装置被广泛应用在中低压配电网中[5-9]，为配电网的可观可控提供了重要保障。但是由于产品质量、安装工艺、运行环境、维护手段等多种因素的影响，自动化终端漏报和误报告警信号的情况时有发生，严重影响了馈线自动化故障判定的准确性。目前，对自动化终端的数据分析多集中在遥信遥测辨识、终端在线率分析、终端电池活化分析、终端通信分析等方面，对配电网故障情况下的终端告警缺陷分析研究较少[10-16]。故此，为提升配电网感知能力，增强配电网供电可靠性，有必要对故障情况下配电自动化终端告警信息进行挖掘分析，及时发现终端缺陷，为抢修消缺与运行维护提供有力支撑。

首先基于供电追溯阵建立了配电网自动化终端告警缺陷辨识数学模型；然后基于故障发生后的真实故障区域反演标准故障告警信息；最后基于实时采集的故障告警信息与标准故障告警信息的差异，提出了一种自动化终端告警缺陷辨识方法。

1 配电自动化终端告警缺陷辨识数据模型

配电网短路故障发生时，故障点上游的线路从电源点到故障点将经历故障电流，该路径上的自动化终端监测到故障电流后，将向主站报送故障告警信号；故障点下游线路因不经历故障电流，其所有终端将不像主站报送故障告警信号。馈线自动化系统根据变电站出线开关（电源点）跳闸信号及自动化终端上送的故障告警信号，判定故障发生在供电路径上最后一个上报告警信号的终端与第一个未上报故障信号的终端围成的最小配电区域中。若故障路径上自动化终端漏报告警信号或非故障路径上的自动化终端误报告警信号将会导致故障判定区域发生错误，严重影响故障的快速抢修和恢复供电。

如图1 典型馈线自动化终端分布所示，B1 为变电站出线开关（电源点），F1～F12 为可以上报故障告警信号的自动化终端，T1～T5 为配电变压器，Bus1 为变电站10 kV 母线，Fault1 为故障点。

图1 典型馈线自动化终端分布

由图1 可知，从变电站出线开关B1（电源点）到配电变压器T1～T5 的供电路径有5 条，分别为L1～L5，如虚线所示。短路故障发生时，这5 条供电路径上必有一条或几条经历故障电流，其自动化终端将会上报故障告警信号。若Fault1 处发生短路故障，则故障点上游终端F1、F2、F3 将会上报故障信号，其他终端未经历故障电流，将不会上报故障信号。若F1、F2 或F3 未上报故障告警信号，则表示该终端存在漏报情况，若其他终端上报了故障信号，则表示该终端存在误报情况。

从配电变压器开始，沿着潮流逆方向，向电源点进行向上追溯，直到变电站出线开关为止，其所经历的配电自动化终端定义为该配电变压器的供电路径终端。各供电路径终端基于潮流流向按照电流流经的顺序生成供电路径顺序表。图1 中的供电路径顺序表如表1 所示。

表1 供电路径顺序表

基于供电路径顺序表，建立供电追溯阵PTM，描述一条配电馈线上所有的供电路径及其终端顺序，具体为：

式中，i=1,2,…,n，n为配电变压器的供电路径数，等于配电变压器数；j=1,2,…,m，m为最大供电路径包含的自动化终端数；ptij为第i个供电路径中第j个终端的编号，若该终端不存在，则用-1 表示。

2 配电自动化终端告警缺陷辨识方法

当故障发生时，故障点上游的自动化终端应该经历故障电流并报警，而故障点下游的自动化终端和其他非故障路径上的终端因不经历故障电流而不会报警。根据故障抢修人员现场确认的实际故障点，逆推其上游应该报警的自动化终端，将该终端与实际采集的故障告警信号终端进行比对，可辨识漏报与误报故障告警信号的终端。

馈线不仅会发生单点故障，而且也可能会发生多点并行故障。根据故障抢修人员现场确认的实际故障点，建立故障点首终端集合FHS，描述每个故障点上游的第一个自动化终端，具体为：

式中，fhg为馈线第g个故障点上游的第一个自动化终端编号，g=1,2,…,q，q为馈线故障点总数。

顺序选取故障点首终端集合FHS中的一个元素fhg与供电追溯阵PTM中的每行元素[pti1,pti2,…,ptij,…,ptim]进行比对。若该行中含有元素fhg，即ptij=fhg，则表示故障发生在该供电路径上，记录元素fhg上游元素总数Nij；若多行中都含有元素fhg表示故障发生在这几条供电路径的公共路径上。选取Nij最大的一条路径x,其行内元素为[ptx1,ptx2,…,ptxj,…,ptxm]，将其上游元素生成第g个故障点的单故障标准告警终端集合SFSSg，具体为：

式中，ssgw为第g个故障点上游供电路径上的第w个终端，w=1,2,…,j，j为PTM中与fhg相同的元素所在的列，j=Nij，pt xw=ssgw。

依次选取故障点首终端集合FHS中的每一个元素，基于上述方法，生成多故障标准告警终端集合MFSS，具体为：

当多故障并行发生时，各故障点的单故障标准告警终端集合SFSSg之间所含元素将会存在重复，对多故障标准告警终端集合MFSS中的各元素取并集，生成综合故障标准告警终端集合CFSS，以描述一条馈线上所有并发故障引起的配电自动化告警终端，具体为：

式中，csk为综合故障标准告警终端集合CFSS中第k个自动化终端编号，k=1,2,…,h，h为综合故障标准告警终端集合CFSS中所含自动化终端总数。

建立故障实际告警终端集合FAAS以记录故障发生时，馈线各上报故障告警信号的自动化终端，具体为：

式中，fad为故障实际告警终端集合FAAS中第d个上报了告警信号的自动化终端编号，d=1,2,…,e，e为该馈线上报故障告警信号的自动化终端总数。

当故障实际告警终端集合FAAS与综合故障标准告警终端集合CFSS完全相同时，表示馈线上各自动化终端上报信息完全正确；当其不同时，表示馈线上有部分终端存在漏报或误报告警信号的情况。

建立故障告警漏报终端集合FAMS以描述故障发生时，馈线上应该上报故障告警信号却未上报故障告警信号的终端。当某自动化终端属于综合故障标准告警终端集合CFSS而不属于故障实际告警终端集合FAAS时，表示该自动化终端存在漏报故障告警信号的情况。FAMS的集合值可用故障实际告警终端集合FAAS对于综合故障标准告警终端集合CFSS的差集而定，具体描述为：

式中，fma为故障告警漏报终端集合FAMS中第a个漏报故障告警信号的自动化终端编号，a=1,2,…,b，b为该馈线漏报故障告警信号的自动化终端总数。

建立故障告警误报终端集合FAFS以描述故障发生时，馈线上不应上报故障告警信号但却上报了故障告警信号的终端。当某自动化终端属于故障实际告警终端集合FAAS而不属于综合故障标准告警终端集合CFSS时，表示该自动化终端存在误报故障告警信号的情况。FAFS的集合值可用综合故障标准告警终端集合CFSS对于故障实际告警终端集合FAAS的差集而定，具体描述为：

式中，ffe为故障告警误报终端集合FAFS中第e个误报故障告警信号的自动化终端编号，e=1,2,…,r，r为该馈线误报故障告警信号的自动化终端总数。

综上所述，故障告警漏报终端集合FAMS与故障告警误报终端集合FAFS中的自动化终端即是该馈线存在告警缺陷的自动化终端，需及时派遣运维人员进行现场维护或更换相关设备，以便确保故障情况下告警信息采集的正确性，确保馈线自动化故障研判及隔离的准确性。

3 实例分析

图1 中所示的配电馈线某日发生故障，变电站出线开关B1 跳闸，配电主站接收到终端F1、F3、F4、F5、F11、F12 上报的故障告警信号，如图2 中黑色圆圈所示；根据故障研判逻辑，馈线自动化系统研判故障发生在三处地方，第一处故障点在终端F12 与配电变压器T2 围成的区域内，如图2 中Fault2 所示；第二处故障点在终端F11 与配电变压器T4 围成的区域内，如图2 中Fault3 所示；第三处故障点在终端F4 与配电变压器T1 围成的区域内，如图2 中Fault4 所示。

但是当抢修人员进行现场勘查后，确定故障发生在两处地方，第一处故障点在终端F4 与配电变压器T1 围成的区域内，如图2 中Fault4 所示；第二处故障点在终端F6、F10、F11 围成的区域内，如图2 中Fault5 所示。自动化终端告警信号的漏报和误报严重影响了故障研判的准确性。

图2 终端故障告警信号分布图

根据第1 节所述方法，由式（1）建立供电追溯阵PTM为：

根据第2 节所述方法，由式（2）建立故障点首终端集合FHS为：FHS=[F4,F6]。

根据式（3）建立单故障标准告警终端集合SFSS1、SFSS2为：SFSS1=[F1,F2,F4],SFSS2=[F1,F2,F3,F6]。

由式（5）、（6）生成综合故障标准告警终端集合CFSS为：CFSS=SFSS1⋃SFSS2=[F1,F2,F3,F4,F6]。

根据式（7）建立故障实际告警终端集合FAAS为：FAAS=[F1,F3,F4,F5,F11,F12]。

由式（8）、（9）生成故障告警漏报终端集合FAMS为：FAMS=CFSS-FAAS=[F2,F6]。

由式（10）、（11）生成故障告警误报终端集合FAFS为：FAFS=FAAS-CFSS=[F5,F11,F12]。

如此，运维检修人员可根据故障告警漏报终端集合FAMS与故障告警误报终端集合FAFS中所列设备尽快到现场进行定点精准化检修及维护更换，以便确保配电网故障感知的准确性，从而达到提升供电可靠性的目的。

4 结论

基于供电追溯阵，提出了一种配电自动化终端告警缺陷辨识方法。通过故障实际告警终端集合与综合故障标准告警终端集合的差集确定了故障告警漏报终端集合和故障告警误报终端集合。实例分析表明，文中所述方法对配电自动化终端的漏报、误报告警缺陷具有较好的辨识准确性，方法简单、实用可靠，可较好地满足配电自动化终端数据质量辨识及运维消缺的现场需求。