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(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041)

0 引 言

隨著配電自動(dòng)化工程的不斷建設(shè)以及在線監(jiān)視設(shè)備的不斷升級(jí)，大量應(yīng)用于配電自動(dòng)化的故障指示器也涌現(xiàn)出各種新的技術(shù)和產(chǎn)品。根據(jù)故障識(shí)別的原理，目前故障指示器型號(hào)有：暫態(tài)錄波遠(yuǎn)傳型、外施型號(hào)遠(yuǎn)傳型、暫態(tài)特征遠(yuǎn)傳型等等。故障指示器不僅能識(shí)別不同類型的故障進(jìn)行就地指示，還能將故障時(shí)的信息發(fā)給配電運(yùn)維主站，主站再通過上送的故障信息進(jìn)行故障定位。

目前，基于故障指示器的配電自動(dòng)化主站故障定位方法有：矩陣法、概率估計(jì)法、人工智能法。文獻(xiàn)[1]提出了利用配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成的網(wǎng)絡(luò)描述矩陣和上報(bào)故障信息形成的故障信息矩陣進(jìn)行矩陣計(jì)算，按照判定規(guī)則得到故障定位區(qū)段，但當(dāng)上報(bào)故障信息不健全時(shí)，故障定位效果不佳。文獻(xiàn)[2]利用最小故障判定模型和故障指示器組合信號(hào)，以故障指示器之間的相互依賴關(guān)系為依托，提出了一種基于最大概率的故障指示器故障判定方法，在處理不健全信息方面有一定效果，但是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定的故障信息完全正確的概率和故障信息完全錯(cuò)誤的概率并不一定正確反映實(shí)際的故障情況，且結(jié)果受概率取值影響。文獻(xiàn)[3-4]提出了基于人工智能的遺傳算法和蟻群算法，該類方法在健全信息下皆能取得較好的結(jié)果，但在非健全信息的情況下定位結(jié)果的可信度低。此外上述的定位方法僅僅利用故障指示器上送的單一故障信息進(jìn)行故障定位分析，如果單一信息出現(xiàn)漏報(bào)和誤報(bào)時(shí)，上述方法可信度將更低[5]。因此研究故障指示器多種信息的容錯(cuò)定位方法更有現(xiàn)實(shí)的意義。

下面首先將故障指示器短路故障時(shí)上送的遙信、遙測(cè)等多種信號(hào)進(jìn)行分析形成對(duì)應(yīng)的故障決策表，再根據(jù)不同的決策表得到初始的故障定位結(jié)果，然后對(duì)初始的定位結(jié)果利用加性策略進(jìn)行結(jié)果的融合，得到最終的故障定位結(jié)果。最后通過算例對(duì)所提方法進(jìn)行了分析計(jì)算，該方法適用于信息漏報(bào)和誤報(bào)的情況，且能獲得更加可信的定位結(jié)果。

1 故障區(qū)段的定義

按照文獻(xiàn)[6]定義，如果一個(gè)故障判定區(qū)段的所有端點(diǎn)都是故障指示器，并且沒有內(nèi)點(diǎn)或者所有內(nèi)點(diǎn)都是T接點(diǎn)，則稱該故障判定區(qū)段為最小故障判定區(qū)段。

圖1 一個(gè)簡(jiǎn)單的配電網(wǎng)絡(luò)

圖1為某一簡(jiǎn)單的配電網(wǎng)絡(luò)，由一條饋線組成，圖中：STA為變電站；HW1、HW2為環(huán)網(wǎng)柜；S1為變電站出線斷路器，S9為用戶分界開關(guān)；S2至S8為負(fù)荷開關(guān)；T1至T6為配電變壓器；FI1至FI5為故障指示器。按照定義，該配電網(wǎng)絡(luò)故障判定區(qū)段劃分如表1所示。

表1 最小故障判定區(qū)段

由表1可知，最小故障判定區(qū)段W5只有一個(gè)故障指示器，表示其處于配電饋線的末梢區(qū)域，如果其上送故障信息，可判定其下游發(fā)生故障。

2 故障決策表

配電網(wǎng)單電源輻射狀運(yùn)行，當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，處在故障上游的故障指示器會(huì)有過流，而處在故障下游的故障指示器沒有過流，故障指示器監(jiān)測(cè)到有過流信號(hào)，會(huì)閃光(翻牌)就地指示同時(shí)上送故障動(dòng)作信息。根據(jù)圖1中故障指示器的安裝位置，則原始故障決策表如表2所示。

表2 原始故障決策

注：“1”表示有故障動(dòng)作信息，“0”表示無(wú)故障動(dòng)作信息。

從表2可以看出，樣本3中的FI3為動(dòng)作狀態(tài)、FI4為不動(dòng)作狀態(tài)是唯一的一種組合且其他樣本都沒有的組合，也就是說(shuō)只要出現(xiàn)FI3為動(dòng)作狀態(tài)、FI4為不動(dòng)作狀態(tài)就可以斷定W3區(qū)段發(fā)生了故障。利用基于可辨識(shí)矩陣的約簡(jiǎn)算法[8]對(duì)表2進(jìn)行處理，新的故障決策表如表3所示。

表3 基于故障動(dòng)作信息的約簡(jiǎn)決策

注：“1”表示有故障動(dòng)作信息，“0”表示無(wú)故障動(dòng)作信息，“～”表示不關(guān)心。

由表3可得基于故障動(dòng)作信息約簡(jiǎn)決策表的故障判定規(guī)則：處于某區(qū)段上游最近的故障指示器有動(dòng)作信息，其下游最近的故障指示器無(wú)動(dòng)作信息時(shí)，則認(rèn)為該區(qū)段發(fā)生故障。

隨著故障指示器技術(shù)的不斷升級(jí)，故障指示器在發(fā)生故障時(shí)，不單單只上送故障動(dòng)作信息，還會(huì)將短路故障電流和故障錄波文件等信息上送給配電運(yùn)維主站。

當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，處在故障上游的故障指示器才有短路電流流過，處在故障下游的故障指示器沒有短路電流流過，因此故障上游的故障指示器才會(huì)向配電主站上送故障電流信息。同理可得基于故障電流信息的約簡(jiǎn)故障決策表，見表4。

表4 基于故障電流信息的約簡(jiǎn)決策

注：“1”表示有故障電流信息，“0”表示無(wú)故障電流信息，“～”表示不關(guān)心。

由表4可得基于故障電流信息約簡(jiǎn)決策的故障判定規(guī)則：處于某區(qū)段上游最近的故障指示器有故障電流信息，且其下游最近的故障指示器無(wú)故障電流信息時(shí)，則認(rèn)為該區(qū)段發(fā)生故障。

目前，新型的故障指示器已具備線路發(fā)生故障時(shí)錄波的功能，其錄波的啟動(dòng)條件包括電流突變、相電場(chǎng)強(qiáng)度突變等，可實(shí)現(xiàn)同組觸發(fā)，閾值可設(shè)。線路發(fā)生短路故障或單相接地故障時(shí)均能使故障指示器啟動(dòng)錄波。其中發(fā)生短路故障時(shí)故障啟動(dòng)條件為電流突然上升超過設(shè)定的閾值，因此處在短路故障點(diǎn)上游的故障指示器才會(huì)啟動(dòng)錄波；處在短路故障點(diǎn)下游則不會(huì)啟動(dòng)錄波，而單相接地故障時(shí)，線路上所有故障指示器因相電場(chǎng)強(qiáng)度的突降超過閾值均會(huì)啟動(dòng)錄波。由此當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，基于故障錄波文件上送信息的約簡(jiǎn)決策如表5所示。

表5 基于故障錄波文件上送信息的約簡(jiǎn)決策

注：“1”表示有故障錄波文件上送信息，“0”表示無(wú)故障錄波文件上送信息，“～”表示不關(guān)心。

為了區(qū)別出不是線路發(fā)生單相接地故障啟動(dòng)的錄波，結(jié)合表5，基于故障錄波文件上送信息約簡(jiǎn)表的故障判定規(guī)則為：當(dāng)整條線路有故障指示器上送故障動(dòng)作信息或故障電流信息時(shí)，處于某區(qū)段上游最近的故障指示器有故障錄波文件上送信息，且其下游最近的故障指示器無(wú)故障錄波文件上送信息時(shí)，則認(rèn)為該區(qū)段發(fā)生故障。

高速公路在施工中會(huì)遇到多種復(fù)雜地形條件，所以應(yīng)該考慮各項(xiàng)影響因素。在實(shí)踐中，要從工程施工地點(diǎn)的實(shí)際情況出發(fā)，選擇最佳的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)方案，以提升安全性和穩(wěn)定性，有效控制工程造價(jià)。

3 定位結(jié)果的處理

當(dāng)上送信息沒有漏報(bào)或誤報(bào)時(shí)，利用不同信息的故障約簡(jiǎn)決策表可得到一致的故障定位結(jié)果。當(dāng)上送信息有漏報(bào)或誤報(bào)時(shí)，按照故障約簡(jiǎn)決策表進(jìn)行故障區(qū)段判定可能得到多個(gè)結(jié)論。因此，直接利用約簡(jiǎn)決策表進(jìn)行故障定位很難在工程實(shí)際中得到應(yīng)用。這里，將故障時(shí)某區(qū)段發(fā)生故障的可信度定義為故障指示器上報(bào)信息的實(shí)際狀態(tài)與故障時(shí)的匹配程度[9]，即有

qj=s/n

(1)

式中：qj為區(qū)段j發(fā)生故障的可信度；n為故障指示器總數(shù)；s為實(shí)際上報(bào)信息的故障指示器與區(qū)段j發(fā)生故障時(shí)應(yīng)上報(bào)信息故障指示器一致的個(gè)數(shù)。

利用故障信息約簡(jiǎn)表得到初始定位結(jié)果，定位結(jié)果可能由一個(gè)或多個(gè)可疑故障區(qū)段組成。這里用U來(lái)表示，可設(shè)U={A1,A2,....,Ai}，其中A1～Ai為可疑故障區(qū)段，那么可疑故障區(qū)段之間的相對(duì)概率為

(2)

式中：qk由式(1)計(jì)算得到；m(Ak)為可疑區(qū)段Ak的相對(duì)概率。

4 融合規(guī)則

群體決策經(jīng)常在現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)，當(dāng)多個(gè)專家進(jìn)行決策時(shí)，需要對(duì)每個(gè)專家的意見進(jìn)行折衷考慮，拋棄彼此之間的一些分歧，從而獲得基本一致的觀點(diǎn)[10-11]。多個(gè)故障定位結(jié)果融合的過程類似于群體決策過程，故障指示器某一種信息得出的定位結(jié)果相當(dāng)于一個(gè)專家。為避免定位結(jié)果出現(xiàn)一票否決和彼此沖突的問題，采用加性策略計(jì)算方法對(duì)結(jié)果進(jìn)行融合，其定義如下：

設(shè)識(shí)別框架表示某一信息約簡(jiǎn)表的所有可能結(jié)果的集合為U，則U={A1,A2,....,Ai}，其子集對(duì)應(yīng)的相對(duì)概率為m1、m2、…、mt，則具體合成規(guī)則為

(3)

m′(Ai)反映了不同約簡(jiǎn)表所得結(jié)果對(duì)Ai的支持程度，再對(duì)其進(jìn)行歸一化處理，表示為

(4)

NOR(Ai)綜合地反映了多個(gè)約簡(jiǎn)表所得結(jié)果對(duì)各子集的認(rèn)可程度，將其作為合成結(jié)論中的基本概率分配。即

m(Ai)=NOR(Ai)

(5)

根據(jù)式(5)得到融合后某區(qū)段的基本概率分配，則融合后故障判定規(guī)則為：當(dāng)某區(qū)段基本概率分配值最大時(shí)，則該區(qū)段為最可能發(fā)生故障的區(qū)段。

5 算例分析

圖2顯示了某配電網(wǎng)絡(luò)故障指標(biāo)器狀態(tài)，其中黑色表示有圖例對(duì)應(yīng)的信息。根據(jù)故障區(qū)段定義，該配電網(wǎng)絡(luò)的最小故障判定區(qū)段劃分與表1一致。

圖2 某配電網(wǎng)絡(luò)

在圖2中，F(xiàn)I3與FI4之間發(fā)生短路，即區(qū)段W3發(fā)生故障。此時(shí)FI1、FI2、FI3、FI4均上報(bào)故障動(dòng)作信息，F(xiàn)I1、FI2、FI3均上報(bào)故障電流信息，F(xiàn)I1、FI3上報(bào)了故障錄波上送信息。

根據(jù)故障指示器上送的故障信息情況按照第2章對(duì)應(yīng)的故障約簡(jiǎn)決策表可得表6所示的可疑故障區(qū)段。

表6 不同信息的約簡(jiǎn)決策表得到的可疑故障區(qū)段

根據(jù)式(1)、式(2)可得其相對(duì)概率見表7。

表7 約簡(jiǎn)結(jié)果的相對(duì)概率

按照式(3)、式(4)、式(5)進(jìn)行計(jì)算，得到可疑故障區(qū)段的概率分配值為

m(W1)=0.111

m(W3)=0.556

m(W4)=0.333

由計(jì)算結(jié)果可知，區(qū)段W3概率分配值最大，其為最可能發(fā)生故障的區(qū)段，與實(shí)際情況相符。

6 結(jié) 論

利用新型故障指示器在故障時(shí)上送的大量信息形成對(duì)應(yīng)的故障決策表，從而得到多個(gè)故障定位結(jié)果，然后利用加性策略對(duì)結(jié)果進(jìn)行合成，得到最終的定位結(jié)果。通過仿真分析證明該方法在個(gè)別信息漏報(bào)或誤報(bào)的情況下進(jìn)行故障定位，結(jié)果仍然可信，為配電自動(dòng)化主站的故障定位提供了一種新的思路。