夏 濱 ，胡國(guó)青 ，袁桂華 ，王連成

（1.德州供電公司，山東 德州 253000；2.濟(jì)南海興電力科技有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引言

隨著我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的快速發(fā)展，電網(wǎng)運(yùn)行更加復(fù)雜，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的因素也越來(lái)越多，迫切需要研究智能調(diào)度控制技術(shù)以提高調(diào)度決策的智能化水平［1-2］。電網(wǎng)智能調(diào)度決策是對(duì)現(xiàn)有的調(diào)度控制中心功能的重大擴(kuò)展。智能調(diào)度輔助決策和故障實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的成功應(yīng)用可以有效提高電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員駕馭現(xiàn)代化大電網(wǎng)的能力，保障電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行，具有廣闊的應(yīng)用前景。

輸電線路故障定位一直是電力系統(tǒng)研究者和電力設(shè)備制造商所關(guān)注的問(wèn)題［3-4］。實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確故障定位對(duì)迅速發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)、修復(fù)受損線路、提高系統(tǒng)可靠性起到重要作用。然而由于影響因素太多和不確定性，所以到目前為止，這一領(lǐng)域仍有大量工作需要進(jìn)一步完成。另外，傳統(tǒng)的分析方法多數(shù)僅限于定位分析，而對(duì)故障的“有”和“無(wú)”缺乏綜合診斷。SDFL系統(tǒng)將Google地圖應(yīng)用于實(shí)時(shí)故障定位，提升了德州電網(wǎng)110 kV及以上輸電線路的在線故障檢測(cè)、故障定位準(zhǔn)確性以及故障的直觀展示功能，對(duì)提高電網(wǎng)自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化程度起到積極作用。

1 國(guó)內(nèi)外研究概況

國(guó)內(nèi)對(duì)故障的判斷、分析、處理主要是以保護(hù)信息為主。通常是在故障發(fā)生以后，由故障信息系統(tǒng)將故障類型、故障測(cè)距計(jì)算結(jié)果等上傳至調(diào)度中心。多數(shù)情況下，這些信息還需要調(diào)度保護(hù)人員進(jìn)一步人工收集數(shù)據(jù)，對(duì)故障狀態(tài)進(jìn)行“半自動(dòng)”分析，降低了事故反應(yīng)速度。

僅靠單一的保護(hù)或錄波裝置很難滿足國(guó)家電網(wǎng)相關(guān)規(guī)范中所提到對(duì)故障定位準(zhǔn)確性的要求。影響保護(hù)裝置分析診斷功能的主要因素有：保護(hù)的分析計(jì)算是基于所在變電站上所測(cè)量的電氣量；保護(hù)采用過(guò)于簡(jiǎn)單化的線路模型；同一故障下不同保護(hù)裝置可能會(huì)給出完全不同的分析結(jié)果；缺乏現(xiàn)代的信息發(fā)布功能；未能很好的利用整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)信息。

國(guó)外對(duì)智能化綜合故障診斷與實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的研究已開展多年。最早提出這一概念的是美國(guó)格瑞德電氣技術(shù)公司（Grid Sentinel Inc.），早在2005年開始，格瑞德公司就與位于美國(guó)紐約市的聯(lián)合愛迪生公司（Con Edison）進(jìn)行合作對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用［5］。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在紐約聯(lián)合愛迪生公司成功在線應(yīng)用了五年多，積累了豐富的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。近幾年來(lái)，國(guó)外其他電氣設(shè)備供應(yīng)商也開始涉足該領(lǐng)域。這些供應(yīng)商包括世界知名企業(yè)德國(guó)的西門子公司（Siemens）、美國(guó)的通用電氣公司（GE）、美國(guó)的塞兒公司（SEL）、歐洲的ABB公司等。但是由于起步較晚，這些公司的產(chǎn)品都還處于早期研發(fā)使用階段，無(wú)論是在技術(shù)上還是在整體設(shè)計(jì)方面都與格瑞德的軟件系統(tǒng)有較大差距。

2 系統(tǒng)主要智能模塊

2.1 自動(dòng)拉路控制

自動(dòng)拉路控制是基于人工事先定義好的拉路順序表，該順序表依次按負(fù)荷的重要程度進(jìn)行排列。它包含拉路出線的名稱以及相應(yīng)的操作開關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，調(diào)度運(yùn)行人員首先選擇拉路類型，然后輸入拉路負(fù)荷量。系統(tǒng)將根據(jù)拉路序位表自動(dòng)檢測(cè)當(dāng)前最新的量測(cè)負(fù)荷數(shù)據(jù)并自動(dòng)生成切除負(fù)荷目標(biāo)量所涉及到的拉路對(duì)象的最小集合。經(jīng)調(diào)度人員確認(rèn)后，系統(tǒng)自動(dòng)將全部所要操作的開關(guān)輸入到組合遙控操作序列中。系統(tǒng)自動(dòng)經(jīng)過(guò)再確認(rèn)并進(jìn)入并列遙控操作。

2.2 序列操作

序列操作是指為實(shí)現(xiàn)不間斷電源控制和滿足安全性要求對(duì)一組開關(guān)對(duì)象所進(jìn)行的一系列操作控制。負(fù)荷轉(zhuǎn)移是一個(gè)典型的序列操作實(shí)例。為了對(duì)被轉(zhuǎn)移的負(fù)荷進(jìn)行不停電操作，只有通過(guò)序列控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。在序列操作實(shí)施過(guò)程中，核心問(wèn)題是對(duì)操作開關(guān)對(duì)象序列校驗(yàn)和對(duì)操作后開關(guān)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和判斷。

2.3 集中式備用電源自投

與傳統(tǒng)的站內(nèi)自投不同，集中式備用電源自投（備自投）是從全網(wǎng)的角度進(jìn)行集中控制。這樣將更好地實(shí)現(xiàn)全局性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。SDFL系統(tǒng)中所研究的備自投是針對(duì)T節(jié)點(diǎn)連接，并且由雙電源向一個(gè)負(fù)荷供電的方式，其中一個(gè)電源投運(yùn)，另一個(gè)電源備用。當(dāng)由于區(qū)外原因造成失去電源，線路失電，而且沒(méi)有保護(hù)動(dòng)作，并具有備自投條件時(shí)，SDFL系統(tǒng)將自動(dòng)提示調(diào)度運(yùn)行人員斷開失電電源，投入備用電源，從電網(wǎng)角度完成備自投的功能。

2.4 事故診斷

根據(jù)開關(guān)、保護(hù)、重合閘動(dòng)作信號(hào)判斷線路、母線和主變故障后的狀態(tài)。將事故后繁雜的信號(hào)加以分析過(guò)濾以便于調(diào)度運(yùn)行人員準(zhǔn)確把握故障信息，盡快將系統(tǒng)和設(shè)備恢復(fù)到安全狀態(tài)。

2.5 故障診斷結(jié)果和故障定位通報(bào)

為便于調(diào)度運(yùn)行人員和檢修人員直觀的了解故障狀況，及時(shí)查找和修復(fù)故障，故障診斷結(jié)果和定位信息借助Web service和Ajax等先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)時(shí)地展示于地理信息系統(tǒng)的衛(wèi)星圖片Google地圖上。

故障信息展示和故障通報(bào)功能是通過(guò)Fault-Vista模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。FaultVista的設(shè)置需要將輸電線路所有桿塔的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)存于數(shù)據(jù)庫(kù)中。在實(shí)時(shí)運(yùn)行過(guò)程中，F(xiàn)aultVista利用Ajax和 Web service技術(shù)實(shí)時(shí)查詢故障數(shù)據(jù)庫(kù)檢測(cè)是否有故障發(fā)生，一旦檢測(cè)到故障FaultVista將調(diào)用包括故障時(shí)間、故障距離、故障類型和故障桿塔號(hào)在內(nèi)的故障信息并將所有信息在Google地圖上標(biāo)示出來(lái)。

系統(tǒng)開發(fā)采用了電網(wǎng)操作模型數(shù)據(jù)。它是一組基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)建立的關(guān)于電網(wǎng)一次設(shè)備和監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，為實(shí)時(shí)運(yùn)行模塊提供了可靠的數(shù)據(jù)平臺(tái)。這些數(shù)據(jù)包括電網(wǎng)一次設(shè)備及其拓?fù)溥B接信息，EMS遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)，EMS數(shù)據(jù)與一次設(shè)備的對(duì)應(yīng)表，以及“序列操作”、“備自投”、“拉路控制”、“電力調(diào)度輔助決策”方案庫(kù)等。其組成如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)操作模型庫(kù)

3 系統(tǒng)應(yīng)用

自2012年8月起，系統(tǒng)開始在德州電網(wǎng)投入使用。根據(jù)德州電網(wǎng)的具體情況，預(yù)先設(shè)定各種特定決策方案，系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)相關(guān)啟動(dòng)量。在滿足啟動(dòng)條件的情況下，系統(tǒng)快速作出反自動(dòng)提醒調(diào)度運(yùn)行人員，為其提供實(shí)時(shí)決策參考或自動(dòng)智能控制，提高操作的可靠性。

3.1 結(jié)構(gòu)模型

以序列操作控制為例說(shuō)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，智能調(diào)度輔助決策系統(tǒng)與德州地調(diào)PEN3000系統(tǒng)使用接口如圖2所示。調(diào)度人員首先選擇要執(zhí)行的序列操作方案，按下方案執(zhí)行按鈕后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行初始狀態(tài)監(jiān)測(cè)、負(fù)荷狀態(tài)監(jiān)測(cè)、過(guò)載情況監(jiān)測(cè)。所有監(jiān)測(cè)通過(guò)以后，系統(tǒng)自動(dòng)將開關(guān)操作指令下達(dá)至EMS，最后自動(dòng)進(jìn)行接線方式確認(rèn)和結(jié)果顯示。

圖2 序列操作功能模塊結(jié)構(gòu)模型

3.2 系統(tǒng)操作界面

3.2.1 自動(dòng)拉路控制

以德州電網(wǎng)事故拉路為例，調(diào)度人員首先輸入所要切除的負(fù)荷總量，系統(tǒng)將自動(dòng)根據(jù)拉路序位表檢測(cè)實(shí)時(shí)負(fù)荷并選出最接近所要切除負(fù)荷總量的拉路集合。經(jīng)調(diào)度人員確認(rèn)后系統(tǒng)將自動(dòng)執(zhí)行拉路操作，調(diào)度人員還可以根據(jù)實(shí)際要求對(duì)系統(tǒng)所選擇的拉路集合進(jìn)行修改補(bǔ)充。

3.2.2 序列操作控制

主要功能為根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中序列操作方案，實(shí)現(xiàn)變壓器運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換，滿足不間斷停電操作等順序操作要求，任一步驟失敗則自動(dòng)終止序列操作并告警。系統(tǒng)從EMS中獲取相關(guān)的開關(guān)、刀閘、手車位置，負(fù)荷狀態(tài)以及主變數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)初始狀態(tài)監(jiān)測(cè)、負(fù)荷狀態(tài)監(jiān)測(cè)和過(guò)載情況監(jiān)測(cè)后，如果符合條件，則執(zhí)行序列操作，把操作信息返回EMS，執(zhí)行完畢后再進(jìn)行接線方式確認(rèn)，完成操作。序列操作執(zhí)行部分的結(jié)果如圖3所示。

3.2.3 集中式主站備用電源自投

以“天衢站失電、苗莊站投入”為例。 這里220 kV天衢站為供電電源，220kV苗莊站為備用電源，110 kV北郊站為負(fù)荷。正常情況下2號(hào)苗北線自天衢站供電北郊站2號(hào)主變，苗莊站2號(hào)苗北線開關(guān)熱備用。

圖3 序列操作控制界面

SDFL系統(tǒng)檢測(cè)到天衢站2號(hào)苗北線PT失壓，苗莊站2號(hào)苗北線PT失壓，且天衢站主保護(hù)及后備保護(hù)未啟動(dòng)，系統(tǒng)斷開天衢站 2號(hào)苗北線113開關(guān)切斷供電電源后，閉合苗莊站 2號(hào)苗北線2419開關(guān)，使得備用電源自動(dòng)投運(yùn)，對(duì)北郊站2號(hào)主變實(shí)現(xiàn)正常供電。

操作后的運(yùn)行方式：220 kV天衢站2號(hào)苗北線113開關(guān)在分位；德州苗莊220 kV線路2號(hào)苗北線2419 開關(guān)在合位，2419－2、－3 刀閘同時(shí)在合位或－1、－3刀閘同時(shí)在合位；220 kV北郊站2號(hào)苗北線1216及－1、－3刀閘同時(shí)在合位。

3.2.4 故障診斷結(jié)果和故障定位通報(bào)

系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)開關(guān)信號(hào)，一旦發(fā)現(xiàn)線路保護(hù)跳閘信號(hào)將自動(dòng)啟動(dòng)故障診斷和故障定位計(jì)算模塊。故障信息和故障桿塔在地圖上的展示見圖4和圖5所示。

3.3 應(yīng)用效果

序列操作自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了開關(guān)操作并自動(dòng)檢驗(yàn)相關(guān)設(shè)備負(fù)荷和開關(guān)、刀閘狀態(tài)保證操作安全；自動(dòng)拉路控制自動(dòng)搜索出符合調(diào)度員要求的拉路組合實(shí)現(xiàn)了整個(gè)過(guò)程的準(zhǔn)確、快速、自動(dòng)；主站集中式備用電源自投實(shí)現(xiàn)了變電站之間的備用電源自投；事故決策和故障實(shí)時(shí)定位幫助電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員快速、準(zhǔn)確判斷事故信息迅速作出決策反應(yīng)，并結(jié)合電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)將故障位置自動(dòng)標(biāo)識(shí)于線路桿塔之上，直觀明了、便于快速查找和修復(fù)故障。

圖4 故障信息展示

圖5 故障桿塔展示

4 結(jié)語(yǔ)

SDFL系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用是對(duì)德州電網(wǎng)現(xiàn)有的調(diào)度控制中心功能的重大擴(kuò)展，將有效提高德州地調(diào)運(yùn)行人員駕馭現(xiàn)代化大電網(wǎng)的能力。為保障電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行，提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。此外SDFL系統(tǒng)使用新型故障定位算法及故障定位實(shí)時(shí)展示于Google地圖的新技術(shù)，提高了110 kV及以上電壓等級(jí)輸電線路故障定位精確度，有效縮短故障查找時(shí)間，是調(diào)度、輸電運(yùn)檢人員快速處理事故的有利保障。

［1］姚建國(guó)，嚴(yán)勝，楊勝春，等.中國(guó)特色智能調(diào)度的實(shí)踐與展望［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（17）：16－20.

［2］趙亮.電力調(diào)度事故處理輔助模擬軟件開發(fā)可行性研究［J］.冶金動(dòng)力，2002（6）：1－3.

［3］范新橋，朱永利，尹金良.圖形化輸電線路故障定位系統(tǒng)的研制［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012（10）：127－132.

［4］K.Zimmerman，D.Costello. Impedance －based fault location experience，2005 TexasA＆M AnnualRelayConferencefor Protective Relay Engineers，College Station，TX，April 5－7，2005.

［5］John Vasco，Liancheng Wang.An Automated Fault Location System as a Decision Support Tool for System Operators，Western Protective RelayConference，Spokane，Washington，October21－23，2008.