配电网故障图形显示软件程序设计

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目前国内中压配电网一般采用35，20，10，6kV等电压等级，中压配电网一般采用中性点非直接接地方式，即小电流接地系统［1－4］，而农村配电网主要指10kV电压等级，10kV线路由于数量多、分布面广、运行环境复杂，尤其是架空裸导线受气候等因素影响较大，经常发生单相接地故障或短路以及断线故障［5－6］，中断对电力用户的供电．随着经济发展以及人民生活水平的提高，电力用户对供电可靠性的要求越来越高，10kV中压电网的可靠运行是电网可靠性考核的重要指标．据统计，因电网故障而导致的停电占整个停电时间的80%以上，其中由于线路故障而导致的停电达到60%以上，由于配电网分布面广，情况复杂，配电网故障占有较大比重，配电网故障处理中，查找故障的时间占整个故障处理时间的70%～90%，由于线路的互联以及电源布点较多，配电线路呈现网状结构，而不是原来的单辐射拓扑结构，故障查找更加困难，因此如何实现配电网故障的准确定位、快速查找对提高配电网供电可靠性具有重要意义．

1配电网故障查找的一般方式

当某条10kV线路发生故障时，运行人员一般会从变电站出发沿着线路一个杆塔一个杆塔找下去，凭借经验进行判断，甚至需要登上杆塔进行查看，或者利用线路的分段开关一段一段进行隔离，既要多次停电，又会对设备造成多次冲击，减少设备寿命，由于运行及成本等原因，只能将线路分成有限的几段，查找故障的工作量依然很大．由于10kV线路分段多，线路型号不一，一般难以准确进行故障测距或定位，故障查找起来非常困难，例如河南某乡镇供电所10kV配电网故障，查找了近50h才确定故障的位置．

2系统结构图

笔者利用10kV架空线路连接点(节点)上安装的故障无线分机、载波分机、GSM分机等设备检测10kV线路各种故障信息，故障检测分机检测到的信息通过无线、通用分组无线业务(GPRS)无线通信网络或载波有线网络送至相应的主机(载波、无线、GPRS)，主机再将其接收到的故障信息送至乡所的故障定位工控机，通过工控机的处理分析，就可以实现线路故障的快速自动定位，确定故障点的具体位置，为故障查找处理提供便利．整个系统由故障分机检测节点、接收故障信息主机、通信系统网络(无线和有线)和故障自动定位系统工控微机组成，如图1所示．图1系统工作原理图Fig．1Workingprincipleofsystem在图1中，虽然列出了多种分机和主机，但是可以在一个乡级变电所中灵活组合使用，像堆积木一样．根据实际情况，选择相应的分机和主机，例如，一个乡级变电所很大，有些节点比较远且分布复杂，用载波通信就不容易实现，因为载波机通信距离相对比较近，且不适合分支比较多的线路．这种情况下用GPRS分机和主机比较合适．有关各节点故障信息的检测原理，由于篇幅限制不再赘述，可参见文献［7］．

3软件实现故障自动定位的方法

根据各检测节点上报的故障信息，利用故障定位矩阵算法可以定位出故障区段［8－9］．采用笔者设计的简单方法可以判断故障最可能发生在哪一段线路上，并且在乡所的电网线路电子地图上用红色线条显示出来．这种简单故障定位方法的软件实现，首先要对监控点进行命名，并要遵守一定的规则，其次要对监控点信息进行正确设置．

3．1监控点命名规则

将整个10kV配电网系统抽象成一个树状结构，树状结构的根节点为“乡变电所”，10kV电网系统中的所有配电变压器和线路网中的交叉点称为节点．把整个树形结构从上到下进行搜索，可以采用多种树形结构搜索方法，按搜索顺序对搜索的节点依次从1到N进行编号，搜索的结果要保证对于任意一个节点来说，从“变电所”根节点到该节点的路径只有一条(可以看作一个矢量，在这个矢量上的节点称为矢量点)，在该矢量上的所有节点的编号都比该节点的编号小，或者说该节点编号比从“变电所”根节点到达该节点矢量上的任意一个节点的编号大，这样可得一个简单配电网的节点编号示意图，如图2所示．图2配电网络的节点编号图Fig．2Thegraphofnumeralnodesfordistributionnetwork其中，图2中带Q01(或编号为(1)、(2)、…)的节点为配电变压器节点，并假定全部安装有故障检测装置［10－11］，其它节点(编号为①、②、…)则没有安装故障检测装置．节点的命名还可有其它形式，但必须遵循以下原则．(1)层次不重复，所有节点(包括叶点和终点)都可以找回去，即倒推到根节点．如图2中的A01B02C02D01Q01终点(编号为⑾)，有4个层次(A，B，C，D)，Q不代表层次，只是终点标志而已，Q01不参加运算，D后面的序号01－1=0，倒推到节点A01B02C02(编号为⑩)，该节点的C后面的序号02－1=01，倒推到节点A01B02C01(编号为⑨)，依次类推，可以倒推到节点A01(编号为①)，即根节点．(2)故障检测装置如果报出故障信息，则其所在的终点不参加矢量“或”运算，或者将其所在的矢量终点处的“信息位”置为0参加“或”运算，“或”运算完成后，此终点处的值将为0．(3)主干线以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代表主干线的序号，只能是数字编号．(4)次级干线以A01B01，A01B02，A02B01，A02B02，…，AnBn代表．(5)第三级干线(或称为支线)以A01B01C01，A01B01C02，…，A02B01C01，A02B02C01，…，代表．(6)依此类推可以继续分为4级干线甚至5级干线等等．(7)在最后一级，即终点，本系统编号后面加上Q01作为标志(或其它标志)，如:A03Q01，A02B01C01D01Q01，A02B06C07D08E05Q01等，代表配电变压器所在的位置．(8)每条线路通常选择节点最多的路径作为此线路的主干线，每条干线以其开头字母区分，例如:主干线路以A01，A02，A03等命名，次级干线则以B01，B02等命名，以此类推，每条干线的命名的开头字母应有所区别．(9)一个节点只允许连接一个父节点(顶点)，即如果实际节点有M个子节点(下级顶点)分支，则该节点应该有M－1个节点编号，例如图2中A01B04节点即⑤号下有2个子节点，如果它下面再有一个子节点，则⑤号节点的编号要有两个．

3．2监控点的信息设置方法

把监控点的路径(矢量)信息设置到一个初始(INI)文件里，设置的方法举例说明如下:假设在配电网中有A，B，C三台配电变压器，并装有故障信息检测装置，该电网中一共有10个节点，编号为1到10，这里不采用图2中分层的标准编号，前述分层的标准编号(物理编号)，可以转变为普通编号(即1，2，3，…或叫逻辑编号)．这里采用普通编号(逻辑编号)，“乡变电所”为1号节点，A，B，C三台变压器的编号分别为7，9和10号，从“乡变电所”到A，B，C变压器的三条路径(或三个矢量)分别为1→2→3→4→5→6→7，1→2→3→4→5→6→8→9，1→2→3→4→5→6→8→10，把所有到达变压器的路径节点(或矢量点)信息记录到INI文件中，在该文件中矢量点信息记录的格式如下: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．变压器A，其编号为7号，从1号到7号经过1，2，3，4，5，6，7号节点，把经过的节点全部设置为1，没有经过的节点全部设置为0，对于其它的变压器依次进行同样的操作．假设在某一时刻，变压器B上的监控装置报出故障信息，导致变压器B上的监控装置发出故障信息所在的地方(点)可能是从“乡变电所”到达该变压器路径上的任意一点，这时把INI配置文件中的9号结点的信息改为9=0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，更改后配置文件的内容变成如下: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文件中所有记录的各个节点(终点或矢量点)信息进行“或”运算(所有的1号节点状态信息进行“或”运算，所有的2号节点状态信息进行“或”运算，依次类推)，其运算结果为9=1，1，1，1，1，1，1，1，0，1．按照从“乡变电所”到该变压器的路径反向递推，如果当前的节点为0，前一个节点也为0，则两个节点之间没有故障;如果当前的节点为0，前一个节点为1，则两个节点之间有故障;如果当前节点为1，前一个节点也为1，则正常;如果当前节点为1，前一个节点为0，则两个节点之间有故障．

4故障点的图形显示

根据3．2节的分析，可以知道哪一段线路发生故障．根据编号，可以用文字描述出来并显示相应的故障信息，并打印输出，但是很不直观，难以引起运行检修人员的注意．使用Mapobject组件+Delphi软件开发并实现了故障点所在线路的图形自动显示等功能，可以用图形形象地显示出来．如果采用了配电网地理信息系统(GIS)，则可更好的结合进行故障定位．由于篇幅限制，这里仅讨论软件开发中的几个关键问题．(1)监控点信息的录入．新建监控网主要是在新建图形和增加图形节点时，对CAD图形监控点进行命名，命名规则按3．1小节的规定．对新增监控点，为保证在图形上准确显示报警信息，应尽量在节点或顶点的中心位置双击鼠标，即为了保证信息显示的位置准确．如果配电网CAD线路图有变更，需要使用AUTOCAD或其它CAD制图软件来更改．(2)故障点及线路在CAD线路图上显示．由于本管理软件具有智能化的推理引擎，可以自动识别停电、断线等故障，并根据故障信息自动判断出哪些线路处于“故障”状态．其中，故障点，在图形上用红色圆点标出;故障线路，在图形上用红色直线标出．运行管理人员只要一看图形，就知道故障最可能发生在哪一条线路，这样就有依据快速准确找到实际的故障杆位．

5结论

笔者采用的故障判别方法，可以对线路故障位置准确、快速判断并定位，并以图形的方式直观显示，便于运行人员快速查找和处理故障，最大限度减少故障停电时间，可以显著提高配电网供电可靠性．对树形结构数据的处理方法具有简单、快速且容易用软件实现的优点．系统的运行实践证明，笔者开发的配电网故障自动定位系统对10kV线路故障查找定位具有显著优势．可以推广用于县级电网的配网自动监控．