摘 要：隨著配電系統(tǒng)設(shè)備的日益增多，設(shè)備種類(lèi)的日趨繁雜，要在最短時(shí)間內(nèi)找出停電故障設(shè)備，及早恢復(fù)供電是很困難的。本文根據(jù)配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用饋線的電氣連通性，對(duì)配電網(wǎng)的停電定位進(jìn)行了深入分析，提出利用啟示性搜索規(guī)則迅速準(zhǔn)確地找出故障設(shè)備。從而使維修人員能及時(shí)準(zhǔn)確到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)維修，以縮短停電時(shí)間，提高供電可靠性。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；電氣連通性；停電定位

中圖分類(lèi)號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，用戶(hù)對(duì)用電質(zhì)量和可靠性的要求越來(lái)越高，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，如何根據(jù)故障呼叫快速找出故障點(diǎn)，搶修故障設(shè)備，以恢復(fù)電力供應(yīng)是電力公司所面臨的重大課題。本文根據(jù)配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用饋線的電氣連通性，對(duì)配電網(wǎng)的停電定位進(jìn)行了深入分析，提出利用啟示性搜索規(guī)則找出故障設(shè)備的停電搜索程序。

2 配電網(wǎng)的拓?fù)浞治?/p>

配電網(wǎng)拓?fù)浞治龅闹饕δ苁歉鶕?jù)配電自動(dòng)化資料庫(kù)、所得電氣連接性及動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)狀態(tài)建立網(wǎng)路模型，以達(dá)到顯示及分析配電網(wǎng)路系統(tǒng)等目的。此外，拓?fù)浞治鲆嗫膳浜螦M／FM／GIS系統(tǒng)顯示配電網(wǎng)路中配電設(shè)備的屬性資料以及實(shí)際地理位置。

AM／FM系統(tǒng)將配電設(shè)備分為兩種元件：分支和節(jié)點(diǎn)，在配電系統(tǒng)應(yīng)用中，分支為任何連接兩個(gè)端點(diǎn)的設(shè)備如電線、開(kāi)關(guān)及變壓器等，而節(jié)點(diǎn)就是將分支連結(jié)的電氣節(jié)點(diǎn)。拓?fù)浞治鼋?jīng)由追溯過(guò)程簡(jiǎn)歷網(wǎng)路結(jié)構(gòu)，一般而言，拓?fù)浞治鲎匪菔怯山o定的節(jié)點(diǎn)設(shè)備或分支設(shè)備開(kāi)始，以分支另一端為新的起點(diǎn)，而該起點(diǎn)連結(jié)到新的節(jié)點(diǎn)表示是新的分支，重復(fù)執(zhí)行此過(guò)程直到抵達(dá)開(kāi)路開(kāi)關(guān)或終點(diǎn)，當(dāng)所有配電設(shè)備皆已追溯完畢時(shí)，則代表停電管理系統(tǒng)的網(wǎng)路模型構(gòu)架建構(gòu)完成。

為了達(dá)成配電系統(tǒng)構(gòu)架拓?fù)浞治觯瑧?yīng)該從配電資料庫(kù)的電氣連接資料表中讀取相應(yīng)的屬性資料。從電氣連接資料表中可得知配電設(shè)備所有電氣連接屬性資料，不過(guò)，若想得到配電設(shè)備更多的相關(guān)屬性資料，則需要利用設(shè)備種類(lèi)編碼判斷設(shè)備的類(lèi)別，以決定欲開(kāi)啟的資料表，并由設(shè)備流水號(hào)查詢(xún)?cè)撆潆娫O(shè)備詳細(xì)的屬性資料。

3 饋線連通性模型

饋線電氣連通性幾乎對(duì)配網(wǎng)系統(tǒng)所有的分析功能都是至關(guān)重要的性能，因此使系統(tǒng)的饋線連通性模型一致和正確是非常重要的。在使用的GIS環(huán)境中，提供的連通性功能可準(zhǔn)確地滿(mǎn)足需要，饋線連通性模型如圖1所示，對(duì)代表低壓或中壓饋線段的每一個(gè)弧段來(lái)說(shuō)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)稱(chēng)為追蹤方向的新項(xiàng)，為改善追蹤算法的性能，可以利用保存在弧段屬性表里的固有弧段方向。該項(xiàng)值詳細(xì)說(shuō)明了通過(guò)相應(yīng)的弧段的潮流方向或失電的狀態(tài)，若從起點(diǎn)至終點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)所得到弧段的方向與潮流方向一致，則此記錄取值為1，否則為-1。若饋線段失電，則值為-2。其優(yōu)點(diǎn)是在保持一致性時(shí)，該項(xiàng)相應(yīng)記錄的值在開(kāi)關(guān)操作后被更新。饋線連通信息由動(dòng)態(tài)彩色線輔助，這有助于操作人員看到當(dāng)前的通電和失電部分。開(kāi)關(guān)模擬成饋線區(qū)域上的節(jié)點(diǎn)，開(kāi)關(guān)的位置記錄在節(jié)點(diǎn)屬性表的節(jié)點(diǎn)類(lèi)型項(xiàng)。如果開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，則節(jié)點(diǎn)類(lèi)型為-1，若開(kāi)關(guān)閉合，則節(jié)點(diǎn)類(lèi)型為+1。

常使用開(kāi)關(guān)操作進(jìn)行連通性的判別，開(kāi)關(guān)操作可改變系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)并維持系統(tǒng)的一致性。一個(gè)開(kāi)關(guān)操作可按下面的步驟進(jìn)行：首先，用戶(hù)選擇要進(jìn)行的操作(斷開(kāi)或閉合)，其次，選擇要操作的開(kāi)關(guān)，若操作是有效的且是一個(gè)斷開(kāi)操作，則執(zhí)行從開(kāi)關(guān)位置到負(fù)荷側(cè)的追蹤操作就可以確定此操作所影響的饋線段，若該弧段追蹤方向項(xiàng)值為-2，則表明它們是失電的。最后，選擇的開(kāi)關(guān)通過(guò)指定值-1給它的節(jié)點(diǎn)類(lèi)型項(xiàng)，作為斷開(kāi)的標(biāo)簽。閉合操作按類(lèi)似方法處理。

對(duì)電源的確定而言，使用饋線連通性能尋找供給負(fù)荷的電源和供電路徑，確定用戶(hù)位置后，通過(guò)使用建筑物-配電箱-ID這一關(guān)鍵項(xiàng)，供電建筑物的配電箱就可以找到。該項(xiàng)是饋線的一個(gè)端點(diǎn)，從這一點(diǎn)，根據(jù)追蹤方向項(xiàng)，循著所連接的饋線段就可以選擇電源的路徑，從而找到電源。

對(duì)負(fù)荷的確定而言，使用該模型能確定設(shè)備(比如變壓器、母線、開(kāi)關(guān)或饋線)所供電的負(fù)荷。因此它能有效地尋找開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后受影響的客戶(hù)。

4 停電定位搜索程序

停電定位搜索程序是根據(jù)停電管理準(zhǔn)則所制定，停電定位搜索程序包含兩個(gè)程序：電氣連接追溯程序和變動(dòng)負(fù)荷比較程序；由于任何上游保護(hù)設(shè)備跳脫，都會(huì)導(dǎo)致與其關(guān)聯(lián)的供電區(qū)域的所有客戶(hù)停電，因此電氣連接追溯程序的目的，就是找出故障呼叫客戶(hù)的所有上游保護(hù)設(shè)備；變動(dòng)負(fù)荷比較程序的功能是比較相同饋線的負(fù)荷變化量和停電區(qū)域的負(fù)荷預(yù)測(cè)量，并比較其誤差量，能更精確地確定導(dǎo)致故障的配電設(shè)備。下面是停電定位搜索程序的步驟。

4．1 電氣連接追溯程序

步驟1：建立配電系統(tǒng)網(wǎng)路構(gòu)架

利用拓?fù)浞治鲋刑岢龅姆椒ǎ匪蓦姎膺B接關(guān)系，建立配電系統(tǒng)網(wǎng)路模型，并將此結(jié)果存放在電氣連接性資料表中，在配電自動(dòng)化資料庫(kù)中也有記錄電氣連接性的資料表。

步驟2：建立負(fù)荷關(guān)系(LR)矩陣

根據(jù)步驟1拓?fù)浞治鏊玫降木W(wǎng)路構(gòu)架，建立一個(gè)二元矩陣LR，此LR矩陣表示保護(hù)設(shè)備和供電區(qū)域的拓?fù)湎鄬?duì)關(guān)系。以圖2的配電系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明決定LR矩陣元素的程序和矩陣元素所代表的意義，根據(jù)圖中客戶(hù)與保護(hù)設(shè)備的相對(duì)位置，可知LR矩陣的元素如式(1)所示：SZ及P分別代表供電區(qū)及保護(hù)設(shè)備，若供電區(qū)Sz_i的客戶(hù)供電狀況和保護(hù)設(shè)備P_j是否故障有關(guān)，則代表此供電區(qū)受到保護(hù)設(shè)備P_j的保護(hù)，如果P_j故障則將使供電區(qū)SZ_i停電，因此LR_ij為1，相對(duì)地，若供電區(qū)SZ_i的客戶(hù)供電狀況與保護(hù)設(shè)備P_j無(wú)關(guān)，則保護(hù)設(shè)備P_j故障與否將不影響其供電，因此LR_ij為0，所以LR矩陣反映出保護(hù)設(shè)備與供電區(qū)的拓?fù)潢P(guān)系。

以(1)式中的第三行為例，保護(hù)設(shè)備P1、P2或P3跳脫與否將影響供電區(qū)域SZ3的供電正常與否，而保護(hù)設(shè)備P4、P5、P6及P7的跳脫與否則不影響SZ3的供電。

步驟3：確定停電客戶(hù)共同的保護(hù)設(shè)備

根據(jù)停電客戶(hù)的故障呼叫，尋找地理位置及追溯網(wǎng)路連接性，找出所有客戶(hù)上游路徑的共同保護(hù)設(shè)備，判斷可能的故障點(diǎn)，從而減少工作人員檢查及維修的時(shí)間。

對(duì)應(yīng)(1)式及圖2中SZ5和SZ7的客戶(hù)故障呼叫，利用上溯法找尋上游保護(hù)設(shè)備，其LR矩陣如(1)式所示，并由(1)式可得知SZ5和SZ7的所有上游保護(hù)設(shè)備，如下所示：

SZ5的保護(hù)設(shè)備集1={SZ5→P5→P3→P2→P1}

SZ7的保護(hù)設(shè)備集2={SZ7→P7→P4→P3→P2→P1}

從上面所列的上溯路程交叉對(duì)比集1和集2，找出共同的上游保護(hù)設(shè)備，結(jié)果如下所示：

P3→P2→P1

因此故障設(shè)備可能為P1、P2或P3。

步驟4：考慮多重故障點(diǎn)的情況

停電事故并非完全由共同的保護(hù)設(shè)備所導(dǎo)致，亦可能由多個(gè)非共同保護(hù)設(shè)備所導(dǎo)致。尤其是當(dāng)水災(zāi)、地震或其他大規(guī)模災(zāi)害發(fā)生時(shí)，此時(shí)不是因單一保護(hù)設(shè)備故障而造成停電事故，而是由多個(gè)保護(hù)設(shè)備同時(shí)故障所造成，因此為了使停電管理系統(tǒng)能處理多重故障點(diǎn)的狀況，可利用上溯法，從每個(gè)呼叫客戶(hù)搜尋與客戶(hù)相關(guān)的保護(hù)設(shè)備，直到找到第一個(gè)共同保護(hù)設(shè)備為止，并根據(jù)保護(hù)設(shè)備和客戶(hù)的拓?fù)潢P(guān)系(LR矩陣)，推算出合理的組合，這些保護(hù)設(shè)備組合和步驟3所得的共同保護(hù)設(shè)備就是導(dǎo)致事故發(fā)生的所有可能的原因。

就前述范例而言，重復(fù)追溯程序，其結(jié)果如下：

SZ5的非共同保護(hù)設(shè)備集3={SZ5→P5→P3}

SZ7的非共同保護(hù)設(shè)備集4={SZ7→P7→P4→P3}

由此可得出可能的故障設(shè)備組合：

根據(jù)集3和集4，造成意外事件的故障設(shè)備組合可能是(P5，P7)，(P5，P4)。第一個(gè)共同保護(hù)的設(shè)備為P3。

步驟5：增加系統(tǒng)準(zhǔn)確度及計(jì)算供電區(qū)域負(fù)載電流

當(dāng)掌握的信息越多時(shí)，可以使停電管理系統(tǒng)更為可靠，當(dāng)有新的故障呼叫時(shí)，根據(jù)新的信息重復(fù)步驟3和步驟4，以便得到新的推論結(jié)果，這樣不僅能增加推論結(jié)果的可靠度，亦可縮小預(yù)測(cè)范圍，以便工作人員發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和搶修，所以客戶(hù)故障呼叫數(shù)目的多寡與系統(tǒng)估測(cè)的準(zhǔn)確度有相當(dāng)大的關(guān)系。

為了精確地找出故障設(shè)備組合，必須估測(cè)所有連接到保護(hù)設(shè)備的供電區(qū)域負(fù)載電流總和，由于在配電系統(tǒng)中保護(hù)設(shè)備連接到許多不同的供電區(qū)域，所以利用傳統(tǒng)式的負(fù)載潮流分析，估算負(fù)載電流是相當(dāng)復(fù)雜且不切實(shí)際的，因此我們就可利用(2)式對(duì)供電區(qū)域SZi做快速負(fù)載預(yù)測(cè)，先計(jì)算饋線上線路變壓器的各相額定容量和，然后算出此額定容量和整個(gè)饋線容量總和的百分比，并將由SCADA系統(tǒng)所得的饋線故障前電流乘上百分比，即為供電區(qū)SZi的負(fù)載電流推估值。

步驟9：選誤差量最小者作為停電事故的原因

由公式(4)，(5)可知△I_F值越大，則△I_DK值就越小，而△I_F越大說(shuō)明饋線在故障前后的電流變化越顯著。因此可得知誤差量△JDK最小的共同保護(hù)設(shè)備或非共同保護(hù)設(shè)備組合即為可能造成停電事故的原因。

5 結(jié)論

由于配電系統(tǒng)設(shè)備種類(lèi)繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要在最短時(shí)間內(nèi)找出故障設(shè)備，及早恢復(fù)供電是很困難的。對(duì)配電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不管是對(duì)的單處停電，還是多處停電，利用本文提出的饋線電氣連通性停電定搜索程序就能準(zhǔn)確地定位故障設(shè)備，從而可迅速派遣維修人員及時(shí)到達(dá)故障現(xiàn)場(chǎng)，及早恢復(fù)供電，減少停電帶來(lái)巨大損失，提高用戶(hù)的滿(mǎn)意度。LR矩陣反映出保護(hù)設(shè)備與供電區(qū)的拓?fù)潢P(guān)系。