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摘要：本文针对架空线路故障定位难，且因故障引起的停电事故严重影响了用电居民的日常生活，从而提出一种基于故障指示器的系统主站，并对其关键性技术进行探讨研究。本文首先介绍了国内配电线路及基于故障指示器的系统主站的发展背景及现状，然后对故障指示器系统主站的关键性技术进行了详细的描述，最后展望了基于故障指示器的系统主站的未来发展前景。
关键字：故障指示器 故障定位 监测系统
引言
配电线路作为电力系统的重要组成部分，其正常运行不仅直接关系到电力系统的安全，也关系到整个国民经济的有序发展和社会的安定和谐[1]。然而，当前我国配电线路传输距离远，支线多、大部分是架空线和电缆线，环境和气候条件恶劣，外部受损、设备故障和雷电等自然灾害常常造成故障率较高。一旦出现故障停电，首先给人民群众生活带来不便，干扰了企业的正常生产经营；其次给供电公司造成较大损失；再者一条线路距离较长，分支又多，呈网状结构，查找故障，非常困难，浪费了大量的人力，物力。因此快速定位配电线路故障区域，及时隔离故障，恢复非故障区域供电，解决居民停电时间长，经济损失大等问题，这无疑至关重要。
1.故障指示器主站在线监测系统发展背景、现状及概述
针对输配电线路故障巡查的现状和存在的主要问题，故障指示器故障在线监测系统融合故障检测技术、无线通讯技术、计算机技术于一体，将实现线路监控及故障巡查的智能化，缩短线路故障排查抢修时间，提高供电可靠性和线路管理的自动化、信息化管理水平[2]。主站系统主要完成对整个系统的监控及管理，当线路发生故障时，分析故障数据，准确判断及显示故障类型，并在人机交互界面上正确提示故障区段，定位故障后监测系统主站界面展现报警弹窗及声音警报，并将定位的故障位置故障时间等信息通过短信形式发送到线路维护人员手机上，减少电力运维人员故障巡查时间，同时大大减少线路维护人员的工作强度，提高供电可靠性和线路管理的自动化、信息化管理水平。
2 故障指示器主站系统整体架构
2.1系统组成
故障指示器主站监控系统的结构图如图1所示，服务器主站与客户端之间通过以太网通讯；服务器与故障指示器监测单元之间通过GPRS进行数据传输通讯；故障指示器监测单元与故障指示器指示单元之间则通过无线传递数据信息[3]。
故障指示器指示单元分布挂装在电力传输网络需要监测的位置上，如线路的各分支处、各故障多发段或按距离均匀布局。其主要工作是作为实时数据采集装置，24小时不间断地监测所在线路段电网的各项实时参数。如：电流、温度、信号强度等，并对采集到的上述数据进行不间断地分析后，判断是否发生接地、短路故障等数据，将各种故障数据传送给故障指示器监测单元，进而上报到监测中心主站，主站界面显示报警信息，并根据相应的短信设置给相关工作人员发短信告知故障。
2.2基本功能
界面编辑
主站界面可根据个人或单位中意的风格进行界面设计，背景关联等操作，常用的设备可建立图形库以便后期调用，多页面之
图1 故障指示器主站监控系统结构
间可设置页面关联跳转或设置页面缩放等功能。界面支持线路拓扑模型建立，采用手动关联的方式与故障指示器进行绑定.可根据实际线路绘制相应的拓扑图，形象直观地监测线路中是否有故障发生。下图2给出了湖南一在用主站在黑色背景下编辑的实际线效果路图，界面上展现了终端设备的在线及运行情况，旁边显示了对应相别指示器采集的线路电流值等。
2）信息查询
系统支持以多种过滤条件和分类方式（如终端类型、参数名称、起止日期、等）对监测数据、报警信息、日志信息等进行查询，并提供查询结果的文件导出和打印功能。数据查询有表格和曲线图两种展现形式，其中历史曲线查询支持多参数对比，趋势明朗，便于分析。下图分3别给出了某终端ABC三相历时三天电流数据曲线图及终端供电电池电压与太阳能板充电电压对比曲线效果图4。
3）故障报警
系统实时监测线路运行情况，采集短路故障、接地故障、过流、停送电等特征数据，结合线路拓扑结构准确判断故障类型和故障位置，并以图形、声音和短信等多种方式实现报警，同时故障线路在项目状态树上会有明确报警提示。现场故障消除后，界面终端设备会回到正常的监测状态，工作人员可记录相应的故障原因及解除措施以供后期防范参考。
4）WEB访问
系统可实现局域网内部访问和外网访问，查看监测项目实时运行状态、历史数据/曲线、实时数据、在线率等结果。
5）功能扩展
系统留出了二次开发接口，通过编辑不同功能的接口函数，并添加配置到系统中，实现对不同登陆上线方式、不同类型通讯规约的终端设备的监测，该系统还可以与其它系统（如馈线自动化系统，配网可视化SCADA系统）配合运用，可以使线路故障的判断更加准确、使故障的查找和排除更加迅速。
图3 某终端ABC三相历时三天电流数据曲线图
图4 终端供电电池电压与太阳能板充电电压对比曲线效果图
2.3故障指示器主站监控系统故障定位
故障定位是故障指示器主站监控系统重要组成部分，正常情况下若线路中发生故障，故障点至电源点路径上的所有故障指示器都应动作，其它故障指示器不应动作，但并不能保证故障指示器故障在线监测系统
主站接收到的故障指示器信息都符合这一基本的故障诊断规则，其原因是故障指示器存在着缺陷(拒动或误动)，或者是信息传递过程中信息发生了畸变[4]。因此，故障指示器故障在线监测系统主站接收到的故障指示器故障遥信变位信息后，需要纳入防误报防漏报机制进行故障定位分析。以往基于电网拓扑模型的各种方法不仅算法复杂繁琐，电力拓扑结构的建立也需要耗费大量的时间。故障指示器故障在线监测系统主站采用线路独立分析的思想，对拓扑结构的线路进行分解为多条独立的线路后，一次仅对一条线路建模分析，大大提高了故障定位的速度[5]。
具体实现方式如下：
当线路中有故障指示器上报故障时，有故障遥信变位的故障指示器依次上报故障信号，当故障指示器故障在线监测系统主站接收到第一个故障信号后启动故障定位处理流程，考虑到信号上传需要一定的通信延时，等待10秒（留出配置文件可根据实际线路使用情况灵活配置），以便接收所有的故障信号。
接收完所有故障遥信变位信息后，以最后节点（即其后没有关联故障指示器设备）开始遍历线路拓扑图中的每一条线路，直至每条线路的开始节点（即其前没有关联故障指示器设备），记录下每条线路从末尾向前方向，有故障遥信变位点开始至该条线路开始节点中，有遥信变位上报的故障指示器个数n及故障指示器总个数N（理论上故障点至电源点路径上的所有故障指示器都应动作，即n=N）。
若n/N=1时，即可正常定位故障点在最后一个故障遥信上报的故障指示器之后有故障，若其后为多分支线路则故障只能定位到该故障指示器所在位置后面，若其后仅接一单一故障指示器监测点，则可定位故障在两故障指示器监测点之间。
若0.7<n/N<1时，则线路上存在故障漏报，可忽略漏报故障指示器点进行故障定位，即该条线路上最后一个故障遥信上报的故障指示器之后有故障，具体定位同（3）中所述（其中0.7为经验值，可根据实际使用需要进行合理配置）。否则认为线路中存在误报情况，不上报故障。
3.故障指示器主站系统待改进的地方
目前，该故障指示器主站监控系统已经在全国多处进行了试点，运行效果良好，及时准确地提供了终端在线状态及故障报警通知。但是在使用过程中，应不同局方要求，系统还可以作进一步改进：
当前主站监控系统所支持的终端设备为一拖三式，即一个监测单元下面配置三个故障指示器分别安装在线路某位置处三相，而当前国内还存在大量的一拖六、一拖九式的终端设备，系统在多种形式终端设备兼容性上可以作进一步改进；
当前主站监控系统主要功能为监测和故障报警，通讯主要集中在召唤数据和对时上，对终端的动作控制较少，为了终端设备的维护及升级方便可引入对终端的遥控、升级等功能；
当前主站监控系统故障定位方法简便，在防误报及防漏报能起到一定的作用，但是若在故障定位时引入模糊控制算法，建立专家库调整终端设备故障上报的可信度因子，可进一步提高故障定位精度[6]。
4.结束语
故障指示器主站监控系统在对国内外相关产品分析研究的基础上，综合无线通信、信息网络等现代科学发展的新技术自主研发的一套具有远程传输能力的分布监控、集中管理、即时通知型的智能监测系统。对采集的终端数据进行数据分析、告警显示、告警短信转发、故障统计检索和查询等，为提高工作效率、减轻工作人员劳动强度提供了强有力的手段，能有效提高配电线路故障监测的自动化和现代化水平[7]。结合现场需求反馈，系统在线路运行状态监测及加快故障排除速度上起到了显著的效果，但为了更好地为配电线路安全稳定运行保驾护航，系统可进一步改进完善。
参考文献
[1]杨金年.探究故障指示器在智能电网中的应用[J].2013年05期，《黑龙江科技信息》.
[2]宋扬，配网故障定位系统建设与监控主站软件设计与实现[M].2015，电子科技大学硕士学位论文.
[3]姚伟瑾，侯元文等.基于无线通信故障指示器和GPRS的遥远方监控终端的研制[J].2012年03期，《电气技术》.
[4]王昭杨，戚宇林，配电网交流故障定位法的研究与实现[J].《才智》，2010年01期.
[5]卢欣，基于故障指示器的配电网故障定位[M].2015，天津大学硕士学位论文.
[6]何滨，郭建斌等.10kV配网线路故障自动报警系统研发与应用[J]，2014年09期，《电子世界》.
[7]王晓峰，洪彩凉.一种基于数字无线通信的配电网故障定位系统的应用[J].《农村电工》，2013年03期.
论文作者:徐明
论文发表刊物:《电力设备》2016年第5期
论文发表时间:2016/6/17
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