配网自动化的故障隔离相关问题探讨

1 故障定位和隔离

配电网故障定位的方法主要可以分为两大类:一类利用继电保护装置、配网监控系统和其它专门装置提供特定的信息;另一类不需要专门的装置, 而只利用用户打来的投诉电话的信息。第一类方法判断比较准确, 但需可观的硬件投入。第二类方法基本不用新的投资, 但利用故障电话的信息进行故障定位目前多采用专家系统的方法, 它需要获取专家知识, 这些知识只适合于一个特定的配电网络, 因而它的适应性不好, 而且建立和维护一个专家系统也是一个非常繁琐的任务。

目前, 利用继电保护装置、配网监控系统和其它专门装置提供特定的信息进行故障定位和隔离的算法主要有两类:一类是以图论知识为基础, 根据配电网的拓扑结构进行故障定位, 另一类是以人工智能为基础。分别讨论如下。

1.1 基于图论的故障定位算法

(1) 基于配电网络结构矩阵和配电网络故障矩阵的配电网故障区段判断和隔离算法, 它对各开关的故障信息状态采用异或计算, 经规格化处理后确定故障区段。这种算法采用故障电流判别法。该方法假定故障是单一的, 若流经故障电流开关的相邻开关中有一个未流经故障电流, 则认为这两个开关之间的设备即为故障设备。显然, 该方法对联络开关处的故障存在盲区, 对网络拓扑多变方式的适应能力差, 特别是所采集的实时信息中存在畸变时容易误判。

(2) 采用过热弧搜寻算法, 将配电网的馈线看作弧, 将开关看作顶点, 则馈线供出的负荷可以看作弧的负荷, 开关流过的电流可以看作是顶点的负荷。定义归一化负荷为弧负荷与额定负荷之比再乘以100, 则故障区段显然是归一化负荷远大于100的那些弧, 这些弧称为过热弧。因此故障区段的问题实际上就是过热弧的搜寻问题。

1.2 人工智能故障定位算法

(1) 基于遗传算法 (GA) 的故障定位和隔离, 能进行全局寻优求解, 并能对实时信息中的畸变进行纠错。它具有高容错性, 适用于网络拓扑多变的情形, 开放性强。但随着网络拓扑结构的变化, 必须修改评价函数;它的程序编制复杂且运算速度慢, 应用于实时系统还需要进一步的研究。

(2) 采用神经网络和模式识别算法, 通过神经网络训练识别, 计算时间长, 同时网络拓扑结构变化后又需重新训练。

综上所述, 目前常用的各类算法都有其优缺点和适用范围。例如, 对于一个自动化程度不高的网络, 使用故障电话的信息进行故障定位的方法, 就可以快速地找出故障位置, 如果使用继电保护装置、配网监控系统和其它专门装置提供特定的信息进行故障定位的方法, 定位的准确性就很难保证, 可能会扩大故障范围。

2 配电网简化模型的参数取值方式及信息存储

2.1 参数取值方式

(l) 网基结构矩阵D、源点分布矩阵M和T接点分布矩阵B根据配电网的线路建设结构构成, 事先定义在数据库中, 并可根据配网的发展而修改、删除和补充。

(2) 节点状态矩阵T中的元素取值来源于各开关的数据采集装置的上报信息。比如配电网的电源点位置由安装在主变电站的RTU的上报信息而得;配电线路柱上开关的位置由安装在柱上开关的FTU的上报信息而得;箱式配电变电站的低压出线开关位置由安装在箱式变内的TTU的上报信息而得。

(3) 负荷矩阵L中的对角线元素取值来源于各开关的F T U、R T U和T T U上报的流过相应开关的负荷电流信息;L中的其他元素, 是根据C和L中的对角线元素经过点弧变换得出。

2.2 信息存储

负荷分布矩阵是一个稀疏矩阵, 对于负荷未知或为0的顶点信息可以不必存储;另一方面, 该负荷分布矩阵的元素在计算过程中需要经常变动 (如通过计算使负荷顶点从未知变成已知时, 就需要对负荷分布矩阵动态追加信息) 。根据这些特点, 通过分析, 认为用十字链表存储该负荷分布矩阵的信息最为恰当。

稀疏矩阵的十字链表表示法是用多重链表来存储稀疏矩阵的。稀疏矩阵中的每一个非零元素用一个结点来表示。一般结点由5个域组成, 其中行 (row) 、列 (col) 、值域 (val) 分别表示某非零元素所在行号、列号和数值。向下指针 (down) 用以链接同一列中表示下一个非零元素的结点, 向右指针 (r妙t) 用以链接同一行中表示下一个非零元素的结点。这样, 表示每一行中非零元素的结点之间构成一个循环链表, 表示每一列中的非零元素的结点之间也构成一个循环链表。同时, 每行、每列的循环链接表都有一个表头结点, 以利于结点的插入和删除等操作。表头结点的行号、列号以及数值域都没有用。

3 配电网络的简化

对配电网络进行拓扑分析和故障定位处理时, 为简化分析, 假设。

(l) 主干馈线上各段的电压相等, 归一化值为1, 即等于相应电压等级的额定电压U N (k V) 。

(2) 各负荷点负荷功率因数近似相等。

(3) 假定三相平衡, 忽略馈线沿线的损耗, 可以采用一线图代替三线图描述配电网结构。

在配电网络基本简化条件下, 配电网的负荷矩阵可以用流过馈线沿线各开关的相电流和各段馈线供出负荷的相电流来描述, 显然此时的负荷矩阵是一个实数矩阵。配电网络基本简化条件下的配网故障判断和隔离结果可以有效地反映实际配网情况。

将配电网络看作是一种赋权图, 将线路上的柱上开关看作是节点 (Node) , 节点的权为流过该节点的负荷。将相邻两个节点间的配电馈线和配电变压器一起看作是图的边 (Edge) , 边的权为该条边上所有配电变压器供出的负荷之和, 这样处理之后即达到了简化节点数的目的。可以采用邻接矩阵或邻接表的形式来描述配电网。

摘要：随着现代化社会和国民经济的快速发展, 人们对电能的质量和可靠性提出了更高的要求。在这种情况下, 传统的配电网结构、设备、运行和管理等方式己不适合电网增长的需求, 配电网与用户需求之间的矛盾日益突出。因此, 加强配电网的建设, 全面实现配电自动化, 提高配电网的管理水平成为当前的一项迫切任务。

关键词：配电网,自动化,故障隔离

参考文献

[1] 林景栋, 曹长修, 张帮礼.基于分层模型的配电网故障定位优化算法[J].继电器, 2002.

[2] 林景栋, 曹长修, 张帮礼.基于分层模型的配电网拓扑辨识[J].重庆大学学报, 2002.

[3] 王红星, 于佳, 张秀然, 等.馈线自动化系统故障判断与隔离方法的研究[J].沈阳农业大学学报, 2004.

[4] 毕天妹, 倪以信, 吴复立, 等.基于新型神经网络的电网故障诊断方法[J].中国电机工程学报, 2002.