基于馈线自动化信息的配电网故障区段定位方法研究

刘磊

摘要：集中控制型馈线自动化系统由于需要搭建配电主站和通信通道，所以其建设难度和成本也更大。除此之外，配电主站根据反馈回的故障信息进行故障定位的速率与算法有着很大的关系，对于故障定位算法的设计和不断优化也将耗费大量成本和精力。同时，由于FTU等设备长期安装在户外，故障信息在采集和传输过程中不可避免地存在信息丢失等情况，从而导致故障定位算法定位失败，这也为故障定位算法的设计与研宄提出了更高的要求。因此，对于故障定位算法速率和抗信息丢失能力的研究则显得十分重要。

关键词：馈线自动化信息;配电网;故障区段;定位方法

1配电网馈线自动化模式

馈线自动化（简称FA）指的是当配电网发生故障时，能够自动完成对故障进行定位、故障隔离以及对非故障区域进行供电恢复的自动化措施，是配电网自动化中至关重要的一项功能，能够最大限度地减少配电线路发生故障给用户带来的不利影响。为了减少配电线路故障时造成的停电损失，继电保护作为第一道防线能够在故障发生时快速快速动作，尽可能地减小停电范围。而馈线自动化则被称为第二道防线，能够对继电保护提供一定的补充作用。这是由于配电网中所配备的继电保护装置较为简单，装置动作时很难具备绝对选择性，从而会使得故障造成的配电线路停电范围进一步扩大。这时便需要借助配电网中的馈线自动化措施将故障所在区段进行准确隔离，并尽可能快地恢复对非故障区域的电力供应，从而将线路故障造成的停电范围被隔离在一个尽可能小的范围。

2基于就地式配电网馈线自动化信息的故障定位方法

早期的配电网馈线自动化只是单纯的为了将故障区段隔离，并恢复非故障区段的供电，还没有提出远程故障区段定位的要求。因此就地控制型馈线自动化系统具有自主性，不依赖主站控制，对通信系统没有过高的要求，所以经济性较好。但同时也具备以下缺点，在对故障区段进行隔离后，往往需要检修人员通过人工巡线或电话报修等方式进行故障定位，无法远程获取故障信息进行故障区段定位。随着配电网智能程度要求的不断提高，也对配电网远程故障定位技术提出了新的要求。在这种情况下，如果能够远程获取线路分段开关的开合状態，再借助智能算法进行分析，即可远程定位故障所在区段。综合考虑电网建设成本，仅需要在线路中安装具有单一通信功能的智能开关，当开关产生闭合或断开动作时，自动将动作信息发送给主站。主站再根据接收到的开关动作信息，借助智能算法进行远程故障定位并下达后续操作指令。根据上述流程，改进后的系统模型如图1所示在该模型中，主要由线路、电力通信网以及主站三部分构成。故障发生后的一段时间内，在故障隔离过程中会产生多条开关动作信息。这些信息被采集汇总后经电力专用通信网络上传至主站，主站首先对这些信息进行处理再输入故障定位算法，监控员根据故障定位的结果下达进一步操作指令给检修人员，从而缩短故障定位所需要的时间。

3基于故障指示设备信息的故障区段定位方法

近年来，配电网向着更加复杂化和智能化的方向不断发展。其中城市配电网分支众多且线路错综复杂，因此也更容易发生线路故障，传统的就地式馈线自动化系统已不能满足城市配电网故障定位、隔离及供电恢复的要求。更重要的是城市人口密度大，配电网直接与用户相连接，发生故障将直接影响到人民的工作和生活。因此，对于快速、准确的配电网故障定位技术的研宄则显得尤为重要。随着越来越多的馈线终端设备，如馈线终端单元（FTU）和故障指示器（FI）在集中式馈线自动化系统中的应用，利用馈线终端设备采集到的故障状态信息从而实现准确、快速故障定位已成为一个重要的研宄课题。与此同时，分布式电源在配电网中的存在和故障信号采集设备信息丢失的情况对配电网故障定位方法的研究工作也提出了更高的要求。前文在绪论中提到，近些年各国学者提出了多种基于FTU等智能设备的故障定位方法，但仍然存在一些缺点和不足。综合考虑其存在的问题，本文提出了一种基于故障指示设备信息的配电网故障区段定位方法，其借助了集中式馈线自动化系统中的智能设备和工作原理，在复杂城市配电网的故障定位工作中具有很好的适用性。该方法的主要创新点如下：（1）本文所提方法不同于其他分析电气量的故障定位方法，其是利用线路中FTU等故障指示设备的状态信息，将故障电流的电气量信息转换成开关量信息，并不需要分析和计算任何复杂电气参数，从而降低了方法的实现难度。（2）本文提出了一种能够自动生成的设备状态列表构建方法，该列表能够对配电线路的拓扑结构和故障指示设备的状态进行表示。此外，该列表还能够在配电线路拓扑发生变化时自动更新。因此，其能够更好地适用于拓扑结构频繁变化的配电网。（3）本文提出了一种拓扑搜索算法来定位故障位置所在区段，经大量仿真结果表明，其不仅能定位线路中的单一故障和不同分支上的多重故障，并且当系统中含有分布式电源时同样能够适用。因此，本文所提的故障定位方法能够很好地适用于解决配电网的复杂故障情况。（4）考虑到设备信息的丢失可能导致设备状态列表的错误，本文又提出了一种信息丢失检测算法，用于检测和纠正故障指示设备的错误状态。从而预先消除了拓扑搜索算法陷入局部最优解的可能性，从而大大提高了故障定位结果的准确性。（5）经大量仿真结果表明，本文所提的故障定位算法运行时间并不一定会随着电网节点规模的扩大而增加，具备很好的时效性。

4结束语

本文以馈线自动化信息为分析对象，为就地式和集中式两种配电网提出了新的故障定位方法。该研宄取得了一些学术成果，但仍有一些不足之处有待进一步研宄及改进，总结如下：本文所提的两种故障定位方法主要针对于辐射型配电网，对于发生在辐射型配电网的故障能够做到自动定位与结果输出。当处理环形配电网故障时，则首先要在特定位置手动对环网进行解环处理，或者提前设定好解环位置从而对线路开关进行编号，本文所提的故障定位方法才可适用，此方面的算法改进还有待进一步研宄。

参考文献

[1]郑一斌.基于数据驱动建模的配电网故障区段定位研究[D].浙江大学，2021.