论文部分内容阅读
摘 要：随着配电系统设备的日益增多，设备种类的日趋繁杂，要在最短时间内找出停电故障设备，及早恢复供电是很困难的。本文根据配电网的拓扑结构特点，利用馈线的电气连通性，对配电网的停电定位进行了深入分析，提出利用启示性搜索规则迅速准确地找出故障设备。从而使维修人员能及时准确到达现场维修，以缩短停电时间，提高供电可靠性。
关键词：配电网；电气连通性；停电定位
中图分类号：TM73 文献标识码：A
1 引言
随着社会的进步，用户对用电质量和可靠性的要求越来越高，当发生故障时，如何根据故障呼叫快速找出故障点，抢修故障设备，以恢复电力供应是电力公司所面临的重大课题。本文根据配电网的拓扑结构特点，利用馈线的电气连通性，对配电网的停电定位进行了深入分析，提出利用启示性搜索规则找出故障设备的停电搜索程序。
2 配电网的拓扑分析
配电网拓扑分析的主要功能是根据配电自动化资料库、所得电气连接性及动态开关状态建立网路模型，以达到显示及分析配电网路系统等目的。此外，拓扑分析亦可配合AM／FM／GIS系统显示配电网路中配电设备的属性资料以及实际地理位置。
常使用开关操作进行连通性的判别，开关操作可改变系统的开关状态并维持系统的一致性。一个开关操作可按下面的步骤进行：首先，用户选择要进行的操作(断开或闭合)，其次，选择要操作的开关，若操作是有效的且是一个断开操作，则执行从开关位置到负荷侧的追踪操作就可以确定此操作所影响的馈线段，若该弧段追踪方向项值为-2，则表明它们是失电的。最后，选择的开关通过指定值-1给它的节点类型项，作为断开的标签。闭合操作按类似方法处理。
对电源的确定而言，使用馈线连通性能寻找供给负荷的电源和供电路径，确定用户位置后，通过使用建筑物-配电箱-ID这一关键项，供电建筑物的配电箱就可以找到。该项是馈线的一个端点，从这一点，根据追踪方向项，循着所连接的馈线段就可以选择电源的路径，从而找到电源。
对负荷的确定而言，使用该模型能确定设备(比如变压器、母线、开关或馈线)所供电的负荷。因此它能有效地寻找开关断开后受影响的客户。
4 停电定位搜索程序
停电定位搜索程序是根据停电管理准则所制定，停电定位搜索程序包含两个程序：电气连接追溯程序和变动负荷比较程序；由于任何上游保护设备跳脱，都会导致与其关联的供电区域的所有客户停电，因此电气连接追溯程序的目的，就是找出故障呼叫客户的所有上游保护设备；变动负荷比较程序的功能是比较相同馈线的负荷变化量和停电区域的负荷预测量，并比较其误差量，能更精确地确定导致故障的配电设备。下面是停电定位搜索程序的步骤。
4．1 电气连接追溯程序
步骤1：建立配电系统网路构架
利用拓扑分析中提出的方法，追溯电气连接关系，建立配电系统网路模型，并将此结果存放在电气连接性资料表中，在配电自动化资料库中也有记录电气连接性的资料表。
步骤2：建立负荷关系(LR)矩阵
根据步骤1拓扑分析所得到的网路构架，建立一个二元矩阵LR，此LR矩阵表示保护设备和供电区域的拓扑相对关系。以图2的配电系统为例来说明决定LR矩阵元素的程序和矩阵元素所代表的意义，根据图中客户与保护设备的相对位置，可知LR矩阵的元素如式(1)所示：SZ及P分别代表供电区及保护设备，若供电区Szi的客户供电状况和保护设备Pj是否故障有关，则代表此供电区受到保护设备Pj的保护，如果Pj故障则将使供电区SZi停电，因此LRij为1，相对地，若供电区SZi的客户供电状况与保护设备Pj无关，则保护设备Pj故障与否将不影响其供电，因此LRij为0，所以LR矩阵反映出保护设备与供电区的拓扑关系。
以(1)式中的第三行为例，保护设备P1、P2或P3跳脱与否将影响供电区域SZ3的供电正常与否，而保护设备P4、P5、P6及P7的跳脱与否则不影响SZ3的供电。
步骤3：确定停电客户共同的保护设备
根据停电客户的故障呼叫，寻找地理位置及追溯网路连接性，找出所有客户上游路径的共同保护设备，判断可能的故障点，从而减少工作人员检查及维修的时间。
对应(1)式及图2中SZ5和SZ7的客户故障呼叫，利用上溯法找寻上游保护设备，其LR矩阵如(1)式所示，并由(1)式可得知SZ5和SZ7的所有上游保护设备，如下所示：
SZ5的保护设备集1={SZ5→P5→P3→P2→P1}
SZ7的保护设备集2={SZ7→P7→P4→ P3→P2→P1}
从上面所列的上溯路程交叉对比集1和集2，找出共同的上游保护设备，结果如下所示：
P3→P2→P1
因此故障设备可能为P1、P2或P3。
步骤4：考虑多重故障点的情况
停电事故并非完全由共同的保护设备所导致，亦可能由多个非共同保护设备所导致。尤其是当水灾、地震或其他大规模灾害发生时，此时不是因单一保护设备故障而造成停电事故，而是由多个保护设备同时故障所造成，因此为了使停电管理系统能处理多重故障点的状况，可利用上溯法，从每个呼叫客户搜寻与客户相关的保护设备，直到找到第一个共同保护设备为止，并根据保护设备和客户的拓扑关系(LR矩阵)，推算出合理的组合，这些保护设备组合和步骤3所得的共同保护设备就是导致事故发生的所有可能的原因。
就前述范例而言，重复追溯程序，其结果如下：
SZ5的非共同保护设备集3={SZ5→P5→P3}
SZ7的非共同保护设备集4={SZ7→P7→P4→P3}
由此可得出可能的故障设备组合：
根据集3和集4，造成意外事件的故障设备组合可能是(P5，P7)，(P5，P4)。第一个共同保护的设备为P3。
步骤5：增加系统准确度及计算供电区域负载电流
当掌握的信息越多时，可以使停电管理系统更为可靠，当有新的故障呼叫时，根据新的信息重复步骤3和步骤4，以便得到新的推论结果，这样不仅能增加推论结果的可靠度，亦可缩小预测范围，以便工作人员发现错误和抢修，所以客户故障呼叫数目的多寡与系统估测的准确度有相当大的关系。
为了精确地找出故障设备组合，必须估测所有连接到保护设备的供电区域负载电流总和，由于在配电系统中保护设备连接到许多不同的供电区域，所以利用传统式的负载潮流分析，估算负载电流是相当复杂且不切实际的，因此我们就可利用(2)式对供电区域SZi做快速负载预测，先计算馈线上线路变压器的各相额定容量和，然后算出此额定容量和整个馈线容量总和的百分比，并将由SCADA系统所得的馈线故障前电流乘上百分比，即为供电区SZi的负载电流推估值。
步骤9：选误差量最小者作为停电事故的原因
由公式(4)，(5)可知△IF值越大，则△IDK值就越小，而△IF越大说明馈线在故障前后的电流变化越显著。因此可得知误差量△JDK最小的共同保护设备或非共同保护设备组合即为可能造成停电事故的原因。
5 结论
由于配电系统设备种类繁多，结构复杂，要在最短时间内找出故障设备，及早恢复供电是很困难的。对配电系统来说，不管是对的单处停电，还是多处停电，利用本文提出的馈线电气连通性停电定搜索程序就能准确地定位故障设备，从而可迅速派遣维修人员及时到达故障现场，及早恢复供电，减少停电带来巨大损失，提高用户的满意度。LR矩阵反映出保护设备与供电区的拓扑关系。
关键词：配电网；电气连通性；停电定位
中图分类号：TM73 文献标识码：A
1 引言
随着社会的进步，用户对用电质量和可靠性的要求越来越高，当发生故障时，如何根据故障呼叫快速找出故障点，抢修故障设备，以恢复电力供应是电力公司所面临的重大课题。本文根据配电网的拓扑结构特点，利用馈线的电气连通性，对配电网的停电定位进行了深入分析，提出利用启示性搜索规则找出故障设备的停电搜索程序。
2 配电网的拓扑分析
配电网拓扑分析的主要功能是根据配电自动化资料库、所得电气连接性及动态开关状态建立网路模型，以达到显示及分析配电网路系统等目的。此外，拓扑分析亦可配合AM／FM／GIS系统显示配电网路中配电设备的属性资料以及实际地理位置。
常使用开关操作进行连通性的判别，开关操作可改变系统的开关状态并维持系统的一致性。一个开关操作可按下面的步骤进行：首先，用户选择要进行的操作(断开或闭合)，其次，选择要操作的开关，若操作是有效的且是一个断开操作，则执行从开关位置到负荷侧的追踪操作就可以确定此操作所影响的馈线段，若该弧段追踪方向项值为-2，则表明它们是失电的。最后，选择的开关通过指定值-1给它的节点类型项，作为断开的标签。闭合操作按类似方法处理。
对电源的确定而言，使用馈线连通性能寻找供给负荷的电源和供电路径，确定用户位置后，通过使用建筑物-配电箱-ID这一关键项，供电建筑物的配电箱就可以找到。该项是馈线的一个端点，从这一点，根据追踪方向项，循着所连接的馈线段就可以选择电源的路径，从而找到电源。
对负荷的确定而言，使用该模型能确定设备(比如变压器、母线、开关或馈线)所供电的负荷。因此它能有效地寻找开关断开后受影响的客户。
4 停电定位搜索程序
停电定位搜索程序是根据停电管理准则所制定，停电定位搜索程序包含两个程序：电气连接追溯程序和变动负荷比较程序；由于任何上游保护设备跳脱，都会导致与其关联的供电区域的所有客户停电，因此电气连接追溯程序的目的，就是找出故障呼叫客户的所有上游保护设备；变动负荷比较程序的功能是比较相同馈线的负荷变化量和停电区域的负荷预测量，并比较其误差量，能更精确地确定导致故障的配电设备。下面是停电定位搜索程序的步骤。
4．1 电气连接追溯程序
步骤1：建立配电系统网路构架
利用拓扑分析中提出的方法，追溯电气连接关系，建立配电系统网路模型，并将此结果存放在电气连接性资料表中，在配电自动化资料库中也有记录电气连接性的资料表。
步骤2：建立负荷关系(LR)矩阵
根据步骤1拓扑分析所得到的网路构架，建立一个二元矩阵LR，此LR矩阵表示保护设备和供电区域的拓扑相对关系。以图2的配电系统为例来说明决定LR矩阵元素的程序和矩阵元素所代表的意义，根据图中客户与保护设备的相对位置，可知LR矩阵的元素如式(1)所示：SZ及P分别代表供电区及保护设备，若供电区Szi的客户供电状况和保护设备Pj是否故障有关，则代表此供电区受到保护设备Pj的保护，如果Pj故障则将使供电区SZi停电，因此LRij为1，相对地，若供电区SZi的客户供电状况与保护设备Pj无关，则保护设备Pj故障与否将不影响其供电，因此LRij为0，所以LR矩阵反映出保护设备与供电区的拓扑关系。
以(1)式中的第三行为例，保护设备P1、P2或P3跳脱与否将影响供电区域SZ3的供电正常与否，而保护设备P4、P5、P6及P7的跳脱与否则不影响SZ3的供电。
步骤3：确定停电客户共同的保护设备
根据停电客户的故障呼叫，寻找地理位置及追溯网路连接性，找出所有客户上游路径的共同保护设备，判断可能的故障点，从而减少工作人员检查及维修的时间。
对应(1)式及图2中SZ5和SZ7的客户故障呼叫，利用上溯法找寻上游保护设备，其LR矩阵如(1)式所示，并由(1)式可得知SZ5和SZ7的所有上游保护设备，如下所示：
SZ5的保护设备集1={SZ5→P5→P3→P2→P1}
SZ7的保护设备集2={SZ7→P7→P4→ P3→P2→P1}
从上面所列的上溯路程交叉对比集1和集2，找出共同的上游保护设备，结果如下所示：
P3→P2→P1
因此故障设备可能为P1、P2或P3。
步骤4：考虑多重故障点的情况
停电事故并非完全由共同的保护设备所导致，亦可能由多个非共同保护设备所导致。尤其是当水灾、地震或其他大规模灾害发生时，此时不是因单一保护设备故障而造成停电事故，而是由多个保护设备同时故障所造成，因此为了使停电管理系统能处理多重故障点的状况，可利用上溯法，从每个呼叫客户搜寻与客户相关的保护设备，直到找到第一个共同保护设备为止，并根据保护设备和客户的拓扑关系(LR矩阵)，推算出合理的组合，这些保护设备组合和步骤3所得的共同保护设备就是导致事故发生的所有可能的原因。
就前述范例而言，重复追溯程序，其结果如下：
SZ5的非共同保护设备集3={SZ5→P5→P3}
SZ7的非共同保护设备集4={SZ7→P7→P4→P3}
由此可得出可能的故障设备组合：
根据集3和集4，造成意外事件的故障设备组合可能是(P5，P7)，(P5，P4)。第一个共同保护的设备为P3。
步骤5：增加系统准确度及计算供电区域负载电流
当掌握的信息越多时，可以使停电管理系统更为可靠，当有新的故障呼叫时，根据新的信息重复步骤3和步骤4，以便得到新的推论结果，这样不仅能增加推论结果的可靠度，亦可缩小预测范围，以便工作人员发现错误和抢修，所以客户故障呼叫数目的多寡与系统估测的准确度有相当大的关系。
为了精确地找出故障设备组合，必须估测所有连接到保护设备的供电区域负载电流总和，由于在配电系统中保护设备连接到许多不同的供电区域，所以利用传统式的负载潮流分析，估算负载电流是相当复杂且不切实际的，因此我们就可利用(2)式对供电区域SZi做快速负载预测，先计算馈线上线路变压器的各相额定容量和，然后算出此额定容量和整个馈线容量总和的百分比，并将由SCADA系统所得的馈线故障前电流乘上百分比，即为供电区SZi的负载电流推估值。
步骤9：选误差量最小者作为停电事故的原因
由公式(4)，(5)可知△IF值越大，则△IDK值就越小，而△IF越大说明馈线在故障前后的电流变化越显著。因此可得知误差量△JDK最小的共同保护设备或非共同保护设备组合即为可能造成停电事故的原因。
5 结论
由于配电系统设备种类繁多，结构复杂，要在最短时间内找出故障设备，及早恢复供电是很困难的。对配电系统来说，不管是对的单处停电，还是多处停电，利用本文提出的馈线电气连通性停电定搜索程序就能准确地定位故障设备，从而可迅速派遣维修人员及时到达故障现场，及早恢复供电，减少停电带来巨大损失，提高用户的满意度。LR矩阵反映出保护设备与供电区的拓扑关系。