配电网故障定位中的自动化技术应用

　　谢初旭

　　【摘 要】随着社会经济的发展和电力需求的增加，配电网的安全稳定运行变得愈发重要。故障定位作为配电网运营管理的一个关键环节，直接影响着供电系统的可靠性和效率。自动化技术作为配电网故障定位的重要手段，能够极大地提高故障处理的速度和准确性。基于此，文章对配电网故障定位中的自动化技术应用进行深入探究，以期为相关研究者提供参考。

　　【关键词】配电网；故障定位；自动化技术；馈线自动化；智能算法

　　引言

　　在现代社会中，配电网作为电力系统的重要组成部分，承担着保障电力供应安全稳定的重要使命。然而，由于各种不可预知因素的存在，配电网故障时有发生，给电力系统的稳定运行带来了一定的挑战。为了提高配电网的故障处理效率和准确性，自动化技术在故障定位中得到了广泛应用。通过自动化技术的集成和优化，配电网可以实现故障快速定位、智能隔离和快速恢复供电，从而有效保障供电系统的稳定性和可靠性，确保配电网运行的安全与顺畅。

　　一、配电网故障定位方法

　　（一）传统矩阵法

　　传统矩阵法是利用图论中的节点和边的关系来描述配电网的拓扑结构，进而形成一个网络描述矩阵，其优点在于其原理简单易懂，计算速度快，能够快速地确定故障位置，从而缩短停电时间，提高配电网的供电可靠性[1]。

　　传统矩阵能够清晰地展示配电网中各个节点和馈线之间的连接关系。当配电网发生故障时，馈线终端单元（Feeder Terminal Unit，FTU）会检测到故障产生的异常电流或电压信号，并将这些信息上传至中央控制系统。根据这些故障信息，可以生成一个故障信息矩阵。不仅如此，这个矩阵能够反映故障发生时配电网各节点的状态，通过将网络描述矩阵与故障信息矩阵进行数学运算（如矩阵乘法、异或运算等），可以识别出与故障状态相关的节点或馈线。这样就可以快速定位到故障发生的位置。

　　（二）智能算法

　　智能算法是一类用于模拟人类智能行为或解决复杂问题的计算模型和方法。它们可以应用于各种领域，包括机器学习、优化、决策制定等。

　　1.专家系统。专家系统是一种基于规则的人工智能系统，它可以利用专家的知识和经验来解决特定领域的问题。专家系统通常由知识库和推理机组成，知识库包含了专家提供的规则和事实，而推理机则负责根据这些规则和事实来推理并解决问题。专家系统能够模拟专家的决策过程，为用户提供专业的建议或解决方案。它们在医疗诊断、金融咨询、工程设计等领域都有广泛应用。

　　2.人工神经网络。人工神经网络是一种模拟人脑神经元结构和功能的计算模型。它由大量神经元相互连接而成，能够通过调整神经元之间的连接权重来学习和识别模式。人工神经网络可以处理复杂的非线性问题并具有强大的泛化能力，它被广泛用以完成图像识别、语音识别、自然语言处理和推荐系统等任务。人工神经网络的基本构成包括输入层、隐藏层和输出层，通过训练过程不断调整权重，从而优化模型的性能[2-4]。

　　3.遗传算法。遗传算法是一种基于自然选择和遗传学原理的优化搜索算法。它能够通过模拟生物进化过程中的选择、交叉和变异等机制，在解空间中寻找最优解。遗传算法适用于处理复杂的优化问题，特别是那些难以用传统方法解决的非线性、多峰值等问题。它在函数优化、机器学习、组合优化等领域都有广泛应用。遗传算法能够通过编码问题解为“染色体”，然后通过选择、交叉和变异等操作来不断优化种群，最终得到最优解。

　　二、配电网故障定位中的自动化技术应用

　　（一）馈线终端选点原则

　　馈线终端单元在故障定位技术中扮演着关键的角色。FTU是一种用于配电系统的智能终端设备，它具备遥测、遥控、遥信等功能，能够实时采集线路的电压、电流、功率、开关位置等电网运行信息。在配电网出现故障的情况下，FTU可以快速地获取故障时刻的电压、电流等重要数据，并将其上传到配电自动化主站。配电自动化主站在收到FTU上传的故障信息后，可以利用故障定位算法，综合其他有关数据及信息进行分析、处理，精确定位故障点。馈线终端的选点对于配网系统的运行控制和故障定位至关重要，主要分为线路主干线、线路分支和用户支线三种类型。

　　1.针对线路主干线，根据不同的长度制定安装要求。主干线长度在2 km至5 km之间时，需要至少安装1台FTU来监控整条主干线的运行情况；当主干线长度达到或超过5 km时，应增加至少1台FTU，以确保主干线能够实现三分段监控来保障监测的精度和及时性。

　　2.针对线路分支，首端FTU的安装要求应按照不同的供电区域等级制定。在A、B类区域的分支线路，若配电变压器的装接总量超过3,000 kVA，长度超过2 km，或者高压用户在五户以上，则首端需要装设1台FTU。而对于C类和D类地区的分支线路，若配变的总量超过1,500 kVA，长度超过4 km，或者有3户以上的高压用户，同样要设置1台FTU，以保证分支线路的正常运行[5-6]。

　　3.针对用户支线，为保证对用户支线的监测与控制，需在配电变压器总量大于630 kVA的用户专用变压器处装设1台FTU。选址时注意线路首端也要装设FTU，并且要尽可能接近变电所的出线开关，最好设在第一根杆或首站室，这样才能更快地进行故障定位与处理。

　　通过合理的馈线终端选点，可以提高配网系统的运行控制和故障定位及处置能力，同时满足新型配电系统的需求，提高供电的可靠性和效率。在配网规划和建设过程中，选点的重要性不言而喻，需要根据实际情况和要求进行合理规划和布置，确保配电系统的稳定运行。

　　（二）集中型馈线自动化故障定位方案

　　集中型馈线自动化故障定位方案首先依赖于智能监测与检测技术。通过安装在馈线上的智能监测设备，如馈线终端单元、故障指示器等，实现对馈线运行状态的实时监控。这些设备能够检测电流、电压、功率等电气参数及开关位置、环境温度等非电气参数，并将数据实时上传至主站系统。为了确保数据的实时传输和故障处理的及时性，集中型馈线自动化方案采用了远程通信与控制技术，能够通过高速、稳定的通信网络，如光纤、无线通信等，实现主站系统与智能监测设备之间的数据传输和指令下发。主站系统可以根据接收到的数据，对馈线进行远程控制和操作，从而实现故障的自动定位和隔离。在主站系统中，通过对智能监测设备上传的数据进行分析和处理，能够实现故障信息的准确提取。这包括故障类型识别、故障位置定位、故障严重程度评估等。通过算法和模型的应用，系统能够自动分析故障信息，为后续的故障处理提供决策支持。一旦检测到故障，集中型馈线自动化方案能够迅速隔离故障区域，以防止故障扩散和影响其他正常运行的区域。通过远程操作开关设备，系统能够自动切断故障区域的电源，确保其他区域的正常供电。集中型馈线自动化方案还具备自动化调度与控制功能，在主站系统的统一调度下，各智能监测设备、开关设备等能够协同工作，实现故障的自动定位、隔离和恢复供电。同时，系统还能够根据实时运行情况和供电需求，进行智能调度和控制，以确保配电网的安全、稳定和高效运行。

　　（三）就地型馈线自动化故障定位方案

　　就地型馈线自动化故障定位方案是基于局部信息和设备间的协同工作来快速识别并隔离故障，不需要主站的参与。根据实现方式的不同，可以分为重合器方式和智能分布式方式两种。

　　1.重合器方式

　　重合器方式有电压时间型、电压电流时间型、自适应综合型三类。以电压时间型为例，它的工作原理是在馈线出现短路故障时，由变电所出线开关感应故障，迅速分闸，切断故障电流。接着，由于断电，分段开关断开，当出线开关出现一段时间延迟后，将试图再次闭合。若故障为瞬时故障，则分段开关按预先设定的延时逐步合闸，使电网恢复供电。但若为永久故障，分段开关在逐级合闸的过程中遇到故障区段，出线开关会再次跳闸。此时，由于闭合保持时间不够，故障点上游的开关将闭锁正向来电合闸；而在故障点的下游开关，虽然感应到瞬间的来电，但因为没有达到线路有压确认时间，将闭锁反向合闸。这种方法可以准确地定位故障。

　　2.智能分布式方式

　　智能分布式方式是不依靠配电自动化系统全局信息进行故障定位的一种方法，其能够通过多台自动化设备的互联、协调工作，完成对故障位置的定位。在这种方式下，每个自动化终端都具备故障检测和通信功能。当检测到故障时，终端会立即将故障信息传递给相邻的终端，通过终端间的信息交换和协同分析，系统可以准确地判断故障的位置，并采取相应的措施进行隔离和恢复供电。无论是重合器方式还是智能分布式方式，它们都通过设备间的相互配合和信息传递来完成故障处理任务，以此确保配电网的安全、稳定和可靠运行。

　　（四）故障信息分析与处理

　　随着科技的进步，自动化技术在配电网故障定位中的应用已成为保障电力系统稳定运行的关键手段。

　　1. GSM/GPRS通信技术

　　GSM/GPRS通信技术能够为配电网故障定位提供快速、稳定的数据传输通道。在配电网发生故障时，故障指示器或其他监测设备能够迅速捕获故障信息。通过GSM/GPRS网络，这些关键信息可以实时传输至中央监控系统，使运维人员能够在第一时间了解故障状况，为后续的故障处理提供决策依据。

　　2. GIS地理信息系统

　　GIS地理信息系统可以通过其强大的地理信息展示功能，为配电网故障定位提供直观、可视化的操作界面。通过GIS系统，运维人员可以清晰地看到配电网的线路走向、设备分布及用户接入点等信息。当故障发生时，GIS系统能够迅速定位故障发生区域，为运维人员提供详细的地理位置信息，从而加速故障的处理速度。

　　3. 故障选线

　　故障选线技术能够通过分析故障电流的特征快速确定故障发生的线路。在配电网中，由于线路众多，快速准确地确定故障线路显得尤为重要。通过自动化技术的应用，系统可以实时监测各线路的运行状态，当检测到异常电流时，能够迅速判断并显示故障线路，为运维人员提供明确的处理方向。

　　4. 区段定位

　　区段定位技术进一步缩小了故障的范围，帮助运维人员快速定位到具体的故障点。通过先进的算法和数据分析技术，系统可以判断故障发生的具体区段，并迅速切断故障区域的电源，同时恢复非故障区域的正常供电，最大程度地减少停电时间和范围，保障供电系统的稳定运行。

　　（五）系统集成与优化

　　在配电网中应用集中型馈线自动化技术是实现故障快速定位、隔离和非故障区域恢复供电的关键手段。在这一方案中，除了自动化调度与控制功能，还涉及系统集成与优化等多个方面。

　　自动化调度与控制功能是实现馈线自动化的核心，通过主站系统收集所有终端设备的信息，并结合网络拓扑分析，迅速确定故障位置。一旦检测到故障，系统能够自动进行故障隔离并恢复非故障区域的正常供电。这种自动化的处理方式能够大大提高故障处理的效率，减少停电时间和范围。

　　系统集成与优化是提高馈线自动化性能的关键。要实现馈线自动化，需要整合监测设备、通信技术等多种资源，构建一个完整的自动化系统，在这个系统中，各种设备能够协同工作，实现信息的共享和协同处理。同时，通过不断优化系统配置和算法，进一步提高系统性能和技术水平，提高故障定位的准确性和效率。

　　此外，提高供电系统的可靠性和稳定性，还可以采用多种技术手段。例如，可以采用冗余配置和备份策略以确保关键设备和系统的可靠性；可以加大设备的维护和检修力度，及时发现和处理潜在故障；可以加强与其他系统的协调和配合，提高整个电力系统的稳定性和可靠性。

　　结语

　　本文详细分析了馈线自动化和智能算法这两种主要的自动化技术在配电网故障定位中的应用。研究结果表明，自动化技术的应用能够显著提高配电网故障定位的准确性和效率，为电力系统的稳定运行提供有力支持。未来，为了进一步加强自动化技术与配电网实际的结合，确保电力系统的安全稳定运行，需要不断完善和优化故障预防及应对措施。

　　参考文献：

　　[1] 徐宗恺.配电自动化技术在智能电网中的应用[J].现代工业经济和信息化,2023,13(02):178-179.

　　[2] 李文昭,王琛.配电网自动化系统设计与故障定位技术分析[J].光源与照明,2023,45(10):210-212.

　　[3] 薛康.配电网故障定位中的自动化技术应用[J].电子技术,2024,53(02):154-155.

　　[4] 蔡欣悦.分布式电源配电网故障定位方法研究[J].技术与市场,2024,31(05):92-94+99.

　　[5] 颜世平.配电网故障定位的隔离技术分析[J].集成电路应用,2023,40(01):240-241.

　　[6] 唐文博.10 kV配电网故障在线检测与定位研究[D].长沙:湖南大学,2013.