测控区和非测控区并存的配电网故障定位实用方法

葛军凯+张静+李题印

摘 要：城市配网中有很多10kV线路还未进行配电网自动化的改造，导致配电网还不能完全实现测控一体化。针对配电网中测控区和非测控区同时存在的问题，本文结合基于蚁群算法的故障定位方法和非测控区的配电网故障定位方法，提出了一种测控区和非测控区并存的配电网故障定位实用方法，该方法能够准确判断故障位置，大大减少了故障停电时间和停电范围，有利于配电网的供电稳定。

关键词：测控区；非测控区；故障定位；蚁群算法；粗糙集理论

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.194

0 引言

在大型配电网中，主馈线上一般装设带测控设备，但是某些支线上可能装设有测控设备，而某些线路暂时还未装设有测控设备。特别是在具有大农村特点的城市配网中有很多10kV农网线路还未进行配电网自动化的改造，由于测控设备的缺失等原因，仅能利用停电后用户打来的故障投诉电话信息实现配电网故障定位。针对配电网中测控区和非测控区同时存在的问题，本文结合基于蚁群算法的故障定位方法和非测控区的配电网故障定位方法，提出了一种测控区和非测控区并存的配电网故障定位实用方法，该方法能够准确判断故障位置，大大减少了故障停电时间和停电范围，有利于配电网的供电稳定。

1 测控区与非测控区的基本概念

如前所述，城市配网中有很多10kV线路还未进行配电网自动化的改造，导致配电网还不能完全实现测控一体化。为此，根据线路是否装有测控设备，本文提出将配电网分为测控区与非测控区。

测控区的故障信息主要是使用的自动化信息主要有SCADA系统和配电网终端设备。配电网的终端设备主要包括配电柱上开关监控终端FTU，配电变压器监测终端TTU，开闭站、公用及用户配电所的监控终端DTU，配电子站远程终端单元RTU。

然而，在配电网非测控区中，使用信息主要是用户故障投诉电话。这种方法不需要专门的设备，而只需要用户打来的故障投诉电话信息就能判断出故障的大致位置。随着电话在我国的广泛普及，这种方法将有很大的前景。目前，很多供电企业都组建了自己的电话报修系统，不但可以解答对停电原因和恢复供电时间等问题，建立电力部门和用户之间的良好关系，而且可利用故障投诉电话方便地获取主叫电话或用户代码，得到该用户与变压器的连接关系。

鉴于测控区与非测控区进行故障定位所利用的故障信息来源不同，本文将配电网的故障定位分为测控区故障定位和非测控区故障定位。

2 基于蚁群算法的测控区故障定位方法

针对配网自动化水平较高的测控区域，由FTU和SCADA系统传回的故障信息可知，采用基于蚁群算法的测控区故障定位方法进行定位。具体的模型公式如下：

（1）

式中，Ij为第 j 个开关的故障电流越限信号；N为开关总数；x（k）为与联络开关相连的设备或单电源辐射型网络末端设备的状态信息；Ik为与关联设备相连的开关的电流越限信息；Ij*（SB）为设备状态信息确定的第 j 个开关的故障越限的期望值函数。

在实际应用中，由于户外的FTU通信装置，其工作环境恶劣、温差变化范围大，而且大多装在电力线柱上或配电柜内，要承受高电压、电流、雷电等干扰因素，再加之开关节点松动、FTU本身的误判等因素的存在，配电网故障信息受干扰或丢失的可能性较大。为此，适用于配电网故障定位的寻优算法应具备较高的容错性。在现有数学算法中，蚁群算法的寻优路径依赖于蚂蚁释放的信息素的多少，拥有较强的容错能力，并且还富于贪婪启发式搜索等特点，适用于求解配电网故障定位这样的组合优化问题。这样能够有效的求解出配电网中各设备状态的最佳组合，使之与FTU上传的故障信息最吻合。

在具体实施过程中，现场FTU设备上传的数据有两种方式：一种是遥测输入，另一种是遥信输入。遥测输入是指FTU采集流过开关的故障电流，通过计算故障电气量关联函数λ（Ii），其具体计算方式如下。

（2）

其中，Ia和Ib分别为电流速断保护和过流保护整定值。

由于故障电气量关联函数λ的值在0到1之间，为此本文假定所得故障电气量关联函数λ大于或等于0.5，则FTU判定该开关流过故障电流，故上传数据为1，否则上传数据为0。

若FTU遥测上传的故障电流，则经公式（2）可解析为0-1数据；若FTU上传的遥信值，则可直接利用其0-1数据。在获取FTU故障0-1数据后，采用蚁群算法对测控区故障定位优化模型进行求解，得出配电网故障发生的位置。

3 基于粗糙集理论的非测控区故障定位方法

针对配网自动化水平较低的非测控区域，采用基于粗糙集理论的配电网故障定位方法，在不能获取全部投诉信息的条件下，对配电网故障进行定位。

在非测控区内，没有安装柱上FTU而不可能获得实时故障信息，只能依据接收到的不同区域的大量用户投诉信息来确定故障发生的地点。由于用户主观原因和知识水平等因素的影响，这些投诉信息中有一部分并不是一定代表着某些事情发生，其中很可能包含着一些不确定因素甚至错误要素，因此所获得的投诉信息是一个粗糙集合。

采用粗糙集理论对非测控区进行故障定位，首先通过配电网GIS网络拓扑分析自动形成基于故障投诉信息的配电网故障定位决策表，然后基于二元逻辑对决策表进行属性约简，最后用优化算法约简属性值，导出故障定位决策表的最小约简形式，从而根据最小约简形式的故障定位决策表进行快速确定配电网故障位置。

4 测控区和非测控区并存的配电网故障定位流程

在实际配电网中，由于配网自动化改造工程的区域不同，同一个馈线可能同时存在非测控区和测控区域，对于非测控区和测控区并存的配电网，其主要物理特征是测控区的主馈线和支线上的开关装设FTU，非测控区的主馈线和支线上开关未装FTU。

对于非测控区和测控区并存的配电网故障定位，由于主馈线上装设的开关装有FTU，故不管是交叉混合配电网，还是集中混合配电网，均可优先按照测控区的故障定位思路进行，将故障区域缩小到主馈线两个装设FTU开关之间。然后，根据主馈线两个装设FTU开关之间非测控区是否有故障电话，将定位情况分为两种：若非测控区有故障电话，则根据非测控区域的故障投诉电话，采用非测控区故障定位方法，可进一步将故障区域缩小至更加精确的范围。若非测控区域没有故障投诉电话，则可进一步将故障区域缩小至非测控区的主馈线未装设FTU的开关与主馈线上负荷一侧装设FTU的开关之间。

由此可见，非测控区是否有故障电话实际上是为测控区提供了故障信息，可以得到比测控区故障定位更加精确的故障区域；同时，若故障发生在非测控区内，还可以将此故障区域进一步缩小，甚至将故障区域缩小到容易发生故障的台区。

5 结论

本文提出了一种测控区和非测控区并存的配电网故障定位实用方法。首先根据开关装设FTU的具体情况将配电网划分为测控区和非测控区；再采用基于蚁群算法的故障定位方法粗略地确定全网的故障区域，将故障区域缩小到主馈线两个装设FTU开关之间；然后依据该区域内非测控区的故障投诉电话信息，判断故障发生的区域，若发生在非测控区则对非测控区采用基于粗糙集理论的故障定位方法，进一步缩小故障区域，若发生测控区则将故障区域缩小至非测控区的主馈线未装设FTU的开关与主馈线上负荷一侧装设FTU的开关之间，最终实现配电网故障的精确定位。该方法能够准确判断故障位置，大大减少了故障停电时间和停电范围，有利于配电网的供电稳定。

参考文献：

[1]陈堂，赵祖康，陈星莺.配电系统及其自动化技术[M].北京：中国电力出版社.

[2]束洪春，孙向飞，司大军.基于故障投诉电话信息的配电网故障定位粗糙集方法[J].电网技术，2004，28（01）：64-66.

[3]蔡建新，刘健.基于故障投诉的配电网故障定位不精确推理系统[J].中国电机工程学报，2003，23（04）：57-61.

[4]Lehtonen M，Hakola T.Neutral Earthing and Power System Protection[M].Finland：ABB Transmit Publica-tion，1996.

[5]Zimmerman K，Costello D.Impedance-Based Fault Location Experience[J].IEEE Transaction on Power System， 2000：211-226.