［摘 要］文章以配電網(wǎng)為研究中心，分析其故障隔離與自愈技術(shù)。從故障診斷、故障定位及隔離方式3 個角度探討配電網(wǎng)故障隔離方法，在此基礎(chǔ)上以故障自愈場景分析、系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)等為重點，研究配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)。最后結(jié)合計算機模擬實驗，探討上述技術(shù)和方法的應(yīng)用優(yōu)勢，以系統(tǒng)呈現(xiàn)現(xiàn)代技術(shù)在配電網(wǎng)故障隔離與自愈管理中的價值，服務(wù)未來配電網(wǎng)管理。

［關(guān)鍵詞］配電網(wǎng)；故障隔離；自愈技術(shù)；故障診斷

［中圖分類號］TP18 ；TM73 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）07–0113–03

配電網(wǎng)是指從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠等接受電能，通過配電設(shè)施就地分配或按電壓逐級分配給各類用戶的電力網(wǎng)，一般由架空線路、電纜、桿塔、配電變壓器及一些附屬設(shè)施等組成。配電網(wǎng)在電能運用、配送工作中發(fā)揮重要作用，一旦出現(xiàn)故障可能導(dǎo)致供電穩(wěn)定性下降，甚至造成大面積停電、電力火災(zāi)等嚴重問題，這也客觀要求加強配電網(wǎng)故障、自愈技術(shù)的研究。

1 配電網(wǎng)故障隔離與自愈技術(shù)概述

1.1 配電網(wǎng)故障隔離

故障隔離是指在檢測并定位到某一電路存在故障后，將該故障電路與系統(tǒng)的其他邏輯電路隔離，切斷其所有的輸入輸出接口，以消除對其他電路和系統(tǒng)的影響。配電網(wǎng)內(nèi)可能出現(xiàn)的故障比較多樣，一些惡性故障的破壞、影響范圍較大，需要通過必要的隔離處理將其負面影響控制在較低水平。目前故障隔離的工作方式包括人工隔離、自動隔離兩大類，自動隔離是未來配電網(wǎng)故障隔離的主要方式，也是電力系統(tǒng)工作的主要發(fā)展趨勢之一。

1.2 配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)

配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)是指在發(fā)現(xiàn)、確定配電網(wǎng)故障后，利用現(xiàn)代化技術(shù)方法主動完成故障處理，這一過程可以是半無人化的，也可以是全無人化的。配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)能夠顯著提升電網(wǎng)的智能化水平，改善故障處理能力和工作效率。

2 配電網(wǎng)故障隔離方法

2.1 故障診斷和定位

配電網(wǎng)故障隔離是一項綜合性工作，其前置性工作的核心為故障診斷和定位。其中故障診斷是指根據(jù)故障一般表現(xiàn)進行其成因分析，并做故障歸類，主要流程為信息采集→信息分析→故障診斷→診斷后分析→二次診斷。

以斷路故障為例，該故障的直接表現(xiàn)為供電突然中斷，可在配電網(wǎng)供電中斷后組織常規(guī)巡線，以出現(xiàn)電能供應(yīng)中斷的區(qū)域為重點，沿途檢視各電纜和架空線路是否損壞，分析是否存在元器件燒融、擊穿等問題，根據(jù)分析結(jié)果確定故障情況，完成處理后再做二次檢驗，以確定故障分析精準、無其他異常問題。此模式的優(yōu)勢在于技術(shù)方式成熟、應(yīng)用難度低、建設(shè)成本低。但可能存在巡線時人員觸電的風險，其工作耗時較多，效率較低。

在現(xiàn)代技術(shù)的支持下，也可以采用智能診斷的方式進行配電網(wǎng)線路故障分析。如采用神經(jīng)元感知技術(shù)，該技術(shù)強調(diào)建立覆蓋性較強的感知系統(tǒng)，對各類可能出現(xiàn)故障的區(qū)域和電力系統(tǒng)元器件進行信息采集，以具有實時性的信息精準完成故障定位和行為分析。其工作框架如圖1 所示。

由圖1 可知，配電網(wǎng)內(nèi)各類元器件、各工作區(qū)域均一體納入智能管理范圍內(nèi)，由空間距離最近的工作節(jié)點對其信息進行采集，并以實時通信的方式將各類信息提供給配電網(wǎng)智能分析模塊，分析模塊對各類實時信息進行評估，并做故障的診斷和定位（如果存在）?？紤]到配電網(wǎng)可能需要同步處理海量信息，其智能模塊應(yīng)建立小型計算機群提供信息處理的輔助，以精準判斷故障類別。計算機群內(nèi)的主、分機建設(shè)標準見表1。

計算機配置完成后，需要為智能模塊建立清晰的分析邏輯，因為計算機群能夠提供較強的運算能力、足夠的作業(yè)空間（虛擬空間），可以滿足故障診斷需要。

2.2 隔離方式

配電網(wǎng)故障診斷和定位完成后，可以根據(jù)其工作方式確定隔離方法，即人工隔離與自動隔離。借助人工方式完成配電網(wǎng)故障分析、處理，可以在確定故障的同時進行隔離。如果采用的是智能診斷方式，則應(yīng)用智能技術(shù)進行隔離。以變壓器故障為例，可以建立備用工作系統(tǒng)，并借助智能斷路器等設(shè)施提供輔助，實現(xiàn)智能隔離。智能隔離工作方法如圖2 所示。

由圖2 可知，當智能分析模塊完成故障分析，并認定變壓器存在異常時，可通過斷路器終端常規(guī)變壓器作業(yè)，并啟動備用變壓器；反之亦然。備用變壓器和常規(guī)變壓器均建設(shè)獨立的斷路器管理模式，獨立進行管理，并以遠程工作的方式為系統(tǒng)提供清晰的邏輯支持，保證智能分析、斷路器作業(yè)精準有效，也為其他關(guān)鍵信息的記錄提供支持。

3 配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)

3.1 故障自愈場景分析和系統(tǒng)設(shè)計

配電網(wǎng)故障的自愈具有一定局限性，一些嚴重的電力災(zāi)害事故難以通過自愈方式處理，要求在組織配電網(wǎng)自愈系統(tǒng)建設(shè)前進行場景分析，了解可應(yīng)用該技術(shù)的場景?？梢越柚髷?shù)據(jù)分析法，將配電網(wǎng)故障分為兩大類，第一類是小型故障、普通故障、無需人員處理或不嚴重依賴人員處理的故障，包括電壓失穩(wěn)、供電不足等。第二類是大型故障、嚴重故障、需要人員處理的故障，包括元器件損壞、電力火災(zāi)等。以第一類故障的自愈處理為中心，建設(shè)自愈工作系統(tǒng)，第二類故障也可以根據(jù)其處理難度納入自愈管理范圍內(nèi)，以一些具有臨時性、過渡性價值的方式提供服務(wù)，降低其破壞性。

故障自愈系統(tǒng)設(shè)計方面，主要借助上文所述的配電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)提供前端工作支持，即故障歸類診斷、定位分析，之后借助智能技術(shù)、執(zhí)行單元提供管理支持。系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵邏輯須清晰，以保證通信高質(zhì)量。建議應(yīng)用PLC 邏輯控制器對自愈系統(tǒng)各部分提供處理服務(wù)，各部分一律使用有線技術(shù)組織通信。默認當配電網(wǎng)故障出現(xiàn)時，首先對其故障信息進行分析，根據(jù)分析結(jié)果，以遠程指令或智能處理的方式組織自愈。以變壓器故障為例，按圖2 所示的工作模式，在變壓器出現(xiàn)故障的情況下，由智能模塊完成分析，并利用智能斷路器切斷故障變壓器與配電網(wǎng)內(nèi)各類結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，同時啟動備用變壓器，使配電網(wǎng)的工作可在短暫異常后恢復(fù)正常，完成一輪故障處理及系統(tǒng)自愈。

3.2 故障自愈系統(tǒng)功能實現(xiàn)方式

故障自愈系統(tǒng)功能實現(xiàn)方面，主張采用隨機森林法及降維訓(xùn)練的方式，提升智能診斷能力。以變壓器故障為例，默認變壓器工作狀態(tài)下的溫度、電流、電壓、震動幅值等關(guān)鍵參數(shù)如下：[QW ；–9 ；Y- ；Q3 ；GH ；8]（變壓器工作參數(shù)標準集）。

為保證變壓器工作參數(shù)標準集數(shù)據(jù)精準，應(yīng)借助大數(shù)據(jù)及配電網(wǎng)管理部門的工作經(jīng)驗，收集各類原始數(shù)據(jù)，結(jié)合降維訓(xùn)練的要求，深入完成數(shù)據(jù)挖掘，形成數(shù)據(jù)結(jié)果后，將其代入計算機，由智能模塊的數(shù)據(jù)庫進行記憶。實際工作中，變壓器可能因多種因素出現(xiàn)工作參數(shù)波動，如持續(xù)運行、高負荷運行，導(dǎo)致其溫度波動，供電能力變化導(dǎo)致的電壓波動等。這些波動可能與故障有關(guān)，也可能是系統(tǒng)允許的參數(shù)變化。通過圖1 所示的工作模式，由各感知節(jié)點對有關(guān)信息進行采集，提供給智能模塊進行分析。默認某次采集所獲的變壓器工作參數(shù)如下：[QW ；–7 ；Y- ；Q2 ；GH ；8]（變壓器工作參數(shù)實時信息集）。

在隨機森林法下，決策樹對變壓器工作參數(shù)實時信息集信息進行分析，當50% 以上的決策樹認為，變壓器工作參數(shù)實時信息集信息與變壓器工作參數(shù)標準集信息相近（也有極小可能完全相同），屬于“正常波動”，則不作為故障。當50% 以上的決策樹認為，變壓器工作參數(shù)實時信息集信息與變壓器工作參數(shù)標準集信息差別較大，屬于“工作異常”，則由智能模塊根據(jù)其具體表現(xiàn)進行故障診斷。借助圖2所示模式，啟動備用系統(tǒng)完成變壓作業(yè)、實現(xiàn)系統(tǒng)故障自愈，并通過信息回溯的方式進行故障信息來源分析，以輔助定位，為人員的干預(yù)處理提供支持。

4 模擬實驗

4.1 模擬對象

通過模擬實驗的方式，對配電網(wǎng)故障隔離與自愈技術(shù)的應(yīng)用價值進行論證。以某公司提供的配電網(wǎng)工作數(shù)據(jù)為參考，建立計算機虛擬模型，同時通過該公司提供的原始數(shù)據(jù)，了解其傳統(tǒng)工作模式下配電網(wǎng)故障隔離、處理情況。實驗采用模擬參數(shù)進行，以上文所述的智能技術(shù)為基礎(chǔ)，形成工作參數(shù)進行模擬實驗。共分為3 個小組。

第一組為變壓器故障組，設(shè)計變壓器故障100次，評估系統(tǒng)能否快速完成隔離、是否能夠自愈，以及隔離和自愈的用時。模擬過程中，默認變壓器之外配電網(wǎng)其他工作系統(tǒng)、元器件無異常，均可常規(guī)作業(yè)，為保證模擬效果，采用了時間加速模式，加速參數(shù)為1 ∶ 100 000，即1 min 實驗相當于變壓器工作100 000 min（約70 d，下同）。

第二組為線路故障組，設(shè)計線路故障100 次，評估系統(tǒng)能否快速完成隔離、是否能夠自愈，以及隔離和自愈的用時。模擬過程中，默認線路之外配電網(wǎng)其他工作系統(tǒng)、元器件無異常，均可常規(guī)作業(yè)，為保證模擬效果，該組實驗采用了時間加速模式。

第三組為常規(guī)組，該組不設(shè)計任何故障，但對常規(guī)參數(shù)進行調(diào)整，評估系統(tǒng)是否存在誤操作問題。模擬過程中，配電網(wǎng)工作系統(tǒng)、元器件無異常，均可常規(guī)作業(yè)，該組實驗也采用了時間加速模式。

4.2 模擬過程與結(jié)果

選取該公司提供的工作記錄為參照，并收集實驗結(jié)果，對比見表2。

由表2 可知，借助智能技術(shù)的情況下，配電網(wǎng)故障隔離與自愈態(tài)勢良好，優(yōu)于常規(guī)工作模式。但出現(xiàn)了4 次誤操作，這也為未來相關(guān)技術(shù)的進一步優(yōu)化提供了思路。

5 結(jié)束語

配電網(wǎng)故障隔離與自愈技術(shù)可以改善配電網(wǎng)工作能力，可在具體工作中借助智能控制、神經(jīng)元感知模式等加以實現(xiàn)。配電網(wǎng)故障隔離主要涉及故障診斷、故障定位及隔離方式3 個要素，其自愈則關(guān)注場景分析、系統(tǒng)設(shè)計及功能實現(xiàn)3 個方面，主張根據(jù)配電網(wǎng)實際情況確定具體工作方法。結(jié)合模擬實驗結(jié)果，可知上述理念、技術(shù)及方法的運用，可以提升配電網(wǎng)故障隔離與自愈方面的能力，未來可嘗試應(yīng)用于配電網(wǎng)管理工作中。

參考文獻

[1] 孟樂，李俊剛，宋祺鵬，等. 考慮配電網(wǎng)故障隔離的單相接地保護整定計算[J]. 電氣自動化，2023，45（3）：95-98，102.

[2] 丁俊，毛志宇，劉文許，等. 基于多維信息融合的配電網(wǎng)故障研判系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用[J]. 電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報，2023，38（3）：252-260.

[3] 劉洪朕，馬靜茹. 基于5G 通信的分布式配電網(wǎng)故障隔離方案研究[J]. 電氣技術(shù)與經(jīng)濟，2023（3）：68-71.

[4] 汪嬌嬌，葉睆，魏千鈞. 基于5G 無線通信的分布式配電網(wǎng)快速故障隔離技術(shù)[J]. 信息技術(shù)，2022，46（11）：61-65.

[5] 鄭峰，張錦松，林燕貞，等. 基于新型柔性故障限流器的多端直流配電網(wǎng)故障隔離策略[J]. 電力自動化設(shè)備，2023，43（1）：73-82.