配電網故障圖形顯示軟件程序設計

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目前國內中壓配電網一般采用35，20，10，6kV等電壓等級，中壓配電網一般采用中性點非直接接地方式，即小電流接地系統［1－4］，而農村配電網主要指10kV電壓等級，10kV線路由于數量多、分布面廣、運行環境復雜，尤其是架空裸導線受氣候等因素影響較大，經常發生單相接地故障或短路以及斷線故障［5－6］，中斷對電力用戶的供電．隨著經濟發展以及人民生活水平的提高，電力用戶對供電可靠性的要求越來越高，10kV中壓電網的可靠運行是電網可靠性考核的重要指標．據統計，因電網故障而導致的停電占整個停電時間的80%以上，其中由于線路故障而導致的停電達到60%以上，由于配電網分布面廣，情況復雜，配電網故障占有較大比重，配電網故障處理中，查找故障的時間占整個故障處理時間的70%～90%，由于線路的互聯以及電源布點較多，配電線路呈現網狀結構，而不是原來的單輻射拓撲結構，故障查找更加困難，因此如何實現配電網故障的準確定位、快速查找對提高配電網供電可靠性具有重要意義．

1配電網故障查找的一般方式

當某條10kV線路發生故障時，運行人員一般會從變電站出發沿著線路一個桿塔一個桿塔找下去，憑借經驗進行判斷，甚至需要登上桿塔進行查看，或者利用線路的分段開關一段一段進行隔離，既要多次停電，又會對設備造成多次沖擊，減少設備壽命，由于運行及成本等原因，只能將線路分成有限的幾段，查找故障的工作量依然很大．由于10kV線路分段多，線路型號不一，一般難以準確進行故障測距或定位，故障查找起來非常困難，例如河南某鄉鎮供電所10kV配電網故障，查找了近50h才確定故障的位置．

2系統結構圖

筆者利用10kV架空線路連接點(節點)上安裝的故障無線分機、載波分機、GSM分機等設備檢測10kV線路各種故障信息，故障檢測分機檢測到的信息通過無線、通用分組無線業務(GPRS)無線通信網絡或載波有線網絡送至相應的主機(載波、無線、GPRS)，主機再將其接收到的故障信息送至鄉所的故障定位工控機，通過工控機的處理分析，就可以實現線路故障的快速自動定位，確定故障點的具體位置，為故障查找處理提供便利．整個系統由故障分機檢測節點、接收故障信息主機、通信系統網絡(無線和有線)和故障自動定位系統工控微機組成，如圖1所示．圖1系統工作原理圖Fig．1Workingprincipleofsystem在圖1中，雖然列出了多種分機和主機，但是可以在一個鄉級變電所中靈活組合使用，像堆積木一樣．根據實際情況，選擇相應的分機和主機，例如，一個鄉級變電所很大，有些節點比較遠且分布復雜，用載波通信就不容易實現，因為載波機通信距離相對比較近，且不適合分支比較多的線路．這種情況下用GPRS分機和主機比較合適．有關各節點故障信息的檢測原理，由于篇幅限制不再贅述，可參見文獻［7］．

3軟件實現故障自動定位的方法

根據各檢測節點上報的故障信息，利用故障定位矩陣算法可以定位出故障區段［8－9］．采用筆者設計的簡單方法可以判斷故障最可能發生在哪一段線路上，并且在鄉所的電網線路電子地圖上用紅色線條顯示出來．這種簡單故障定位方法的軟件實現，首先要對監控點進行命名，并要遵守一定的規則，其次要對監控點信息進行正確設置．

3．1監控點命名規則

將整個10kV配電網系統抽象成一個樹狀結構，樹狀結構的根節點為“鄉變電所”，10kV電網系統中的所有配電變壓器和線路網中的交叉點稱為節點．把整個樹形結構從上到下進行搜索，可以采用多種樹形結構搜索方法，按搜索順序對搜索的節點依次從1到N進行編號，搜索的結果要保證對于任意一個節點來說，從“變電所”根節點到該節點的路徑只有一條(可以看作一個矢量，在這個矢量上的節點稱為矢量點)，在該矢量上的所有節點的編號都比該節點的編號小，或者說該節點編號比從“變電所”根節點到達該節點矢量上的任意一個節點的編號大，這樣可得一個簡單配電網的節點編號示意圖，如圖2所示．圖2配電網絡的節點編號圖Fig．2Thegraphofnumeralnodesfordistributionnetwork其中，圖2中帶Q01(或編號為(1)、(2)、…)的節點為配電變壓器節點，并假定全部安裝有故障檢測裝置［10－11］，其它節點(編號為①、②、…)則沒有安裝故障檢測裝置．節點的命名還可有其它形式，但必須遵循以下原則．(1)層次不重復，所有節點(包括葉點和終點)都可以找回去，即倒推到根節點．如圖2中的A01B02C02D01Q01終點(編號為⑾)，有4個層次(A，B，C，D)，Q不代表層次，只是終點標志而已，Q01不參加運算，D后面的序號01－1=0，倒推到節點A01B02C02(編號為⑩)，該節點的C后面的序號02－1=01，倒推到節點A01B02C01(編號為⑨)，依次類推，可以倒推到節點A01(編號為①)，即根節點．(2)故障檢測裝置如果報出故障信息，則其所在的終點不參加矢量“或”運算，或者將其所在的矢量終點處的“信息位”置為0參加“或”運算，“或”運算完成后，此終點處的值將為0．(3)主干線以A01，A02，…，An代表，其中，前面的字母A可以用其它字符代替，如zhu01等，n代表主干線的序號，只能是數字編號．(4)次級干線以A01B01，A01B02，A02B01，A02B02，…，AnBn代表．(5)第三級干線(或稱為支線)以A01B01C01，A01B01C02，…，A02B01C01，A02B02C01，…，代表．(6)依此類推可以繼續分為4級干線甚至5級干線等等．(7)在最后一級，即終點，本系統編號后面加上Q01作為標志(或其它標志)，如:A03Q01，A02B01C01D01Q01，A02B06C07D08E05Q01等，代表配電變壓器所在的位置．(8)每條線路通常選擇節點最多的路徑作為此線路的主干線，每條干線以其開頭字母區分，例如:主干線路以A01，A02，A03等命名，次級干線則以B01，B02等命名，以此類推，每條干線的命名的開頭字母應有所區別．(9)一個節點只允許連接一個父節點(頂點)，即如果實際節點有M個子節點(下級頂點)分支，則該節點應該有M－1個節點編號，例如圖2中A01B04節點即⑤號下有2個子節點，如果它下面再有一個子節點，則⑤號節點的編號要有兩個．

3．2監控點的信息設置方法

把監控點的路徑(矢量)信息設置到一個初始(INI)文件里，設置的方法舉例說明如下:假設在配電網中有A，B，C三臺配電變壓器，并裝有故障信息檢測裝置，該電網中一共有10個節點，編號為1到10，這里不采用圖2中分層的標準編號，前述分層的標準編號(物理編號)，可以轉變為普通編號(即1，2，3，…或叫邏輯編號)．這里采用普通編號(邏輯編號)，“鄉變電所”為1號節點，A，B，C三臺變壓器的編號分別為7，9和10號，從“鄉變電所”到A，B，C變壓器的三條路徑(或三個矢量)分別為1→2→3→4→5→6→7，1→2→3→4→5→6→8→9，1→2→3→4→5→6→8→10，把所有到達變壓器的路徑節點(或矢量點)信息記錄到INI文件中，在該文件中矢量點信息記錄的格式如下:7=1，1，1，1，1，1，1，0，0，0;9=1，1，1，1，1，1，0，1，1，0;10=1，1，1，1，1，1，0，1，0，1．變壓器A，其編號為7號，從1號到7號經過1，2，3，4，5，6，7號節點，把經過的節點全部設置為1，沒有經過的節點全部設置為0，對于其它的變壓器依次進行同樣的操作．假設在某一時刻，變壓器B上的監控裝置報出故障信息，導致變壓器B上的監控裝置發出故障信息所在的地方(點)可能是從“鄉變電所”到達該變壓器路徑上的任意一點，這時把INI配置文件中的9號結點的信息改為9=0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，更改后配置文件的內容變成如下:7=1，1，1，1，1，1，1，0，0，0;9=0，0，0，0，0，0，0，0，0，0;10=1，1，1，1，1，1，0，1，0，1．把INI文件中所有記錄的各個節點(終點或矢量點)信息進行“或”運算(所有的1號節點狀態信息進行“或”運算，所有的2號節點狀態信息進行“或”運算，依次類推)，其運算結果為9=1，1，1，1，1，1，1，1，0，1．按照從“鄉變電所”到該變壓器的路徑反向遞推，如果當前的節點為0，前一個節點也為0，則兩個節點之間沒有故障;如果當前的節點為0，前一個節點為1，則兩個節點之間有故障;如果當前節點為1，前一個節點也為1，則正常;如果當前節點為1，前一個節點為0，則兩個節點之間有故障．

4故障點的圖形顯示

根據3．2節的分析，可以知道哪一段線路發生故障．根據編號，可以用文字描述出來并顯示相應的故障信息，并打印輸出，但是很不直觀，難以引起運行檢修人員的注意．使用Mapobject組件+Delphi軟件開發并實現了故障點所在線路的圖形自動顯示等功能，可以用圖形形象地顯示出來．如果采用了配電網地理信息系統(GIS)，則可更好的結合進行故障定位．由于篇幅限制，這里僅討論軟件開發中的幾個關鍵問題．(1)監控點信息的錄入．新建監控網主要是在新建圖形和增加圖形節點時，對CAD圖形監控點進行命名，命名規則按3．1小節的規定．對新增監控點，為保證在圖形上準確顯示報警信息，應盡量在節點或頂點的中心位置雙擊鼠標，即為了保證信息顯示的位置準確．如果配電網CAD線路圖有變更，需要使用AUTOCAD或其它CAD制圖軟件來更改．(2)故障點及線路在CAD線路圖上顯示．由于本管理軟件具有智能化的推理引擎，可以自動識別停電、斷線等故障，并根據故障信息自動判斷出哪些線路處于“故障”狀態．其中，故障點，在圖形上用紅色圓點標出;故障線路，在圖形上用紅色直線標出．運行管理人員只要一看圖形，就知道故障最可能發生在哪一條線路，這樣就有依據快速準確找到實際的故障桿位．

5結論

筆者采用的故障判別方法，可以對線路故障位置準確、快速判斷并定位，并以圖形的方式直觀顯示，便于運行人員快速查找和處理故障，最大限度減少故障停電時間，可以顯著提高配電網供電可靠性．對樹形結構數據的處理方法具有簡單、快速且容易用軟件實現的優點．系統的運行實踐證明，筆者開發的配電網故障自動定位系統對10kV線路故障查找定位具有顯著優勢．可以推廣用于縣級電網的配網自動監控．