摘要：本文提出一种低压配网故障预判方案，该方案通过整合配电网现有资源，利用电网拓扑分析技术，以低压线路漏电保护器的运行状态信息作为依据，结合GIS系统提供的位置信息，准确定位低压配网故障位置，获取故障线路所处的台区、支路位置信息。该系统的应用能够节省配网故障排查成本，提高低压故障处理效率，提升低压配网供电可靠性。
关键词：低压电网；故障预判；智能漏电保护器
Abstract: In this paper, a scheme for predicting the fault of low voltage distribution network is proposed. By integrating the existing resources of the distribution network and using the topology analysis technology of the power distribution network, taking the operating status information of the low voltage line leakage protector as a basis and combining with the location information provided by the GIS system, Accurately locate the location of low-voltage distribution network fault, Obtain the station area and branch location where the faulty line is located. The application of the system can save the trouble of distribution network troubleshooting, improve the efficiency of low-voltage fault handling, and improve the reliability of low-voltage distribution network.
Key words： Low voltage power grid; Fault prediction; Intelligent leakage protector
0 引言
近年来，国内经济发展迅速，工业用电以及居民用电需求的对现代电网建设工作提出了更高的要求。随着国家电网公司建设“坚强智能电网”战略的提出，当前已完成了智能电网全面基础建设任务，通过各个阶段关键设备研制与应用已基本具备了区域性质的智能电网基础。对于坚强智能电网的概念，第一项要求就是要求电网要坚强可靠，由于各种原因配电线路中仍然会发生故障，这就要求智能电网要在故障时能够开始完成故障诊断、定位、隔离、修复等任务。对于10KV配电网线路而言，已经形成了以故障指示器为核心的配电网线路故障检测预警机制，能够完成配电网主干线、分支线故障精确定位、快速处理；然而直接关系到用户用电的低压配电路线部分，由于技术及经济原因，故障排查工作依然采用人工报修、定位、排除的处理过程，严重影响用户用电体验，建立低压电网故障预判机制对于建设坚强智能电网、提高供电可靠性具有重要作用。
1 低压配网网络系统概述
低压配电系统主要按照台区的模式来进行划分，包含10KV或者6KV线路配电所380/220V配电线路、用户用电线路。
（1）10KV或者6KV综合配电所，内部一般包含有变压器、配电监测终端、一级剩余电流动作保护器。把10KV或者6KV高压电经过变压器转换成220V的居民标准用电，剩余电流动作保护器提供低压侧漏电保护功能，由智能配电监测终端把变压器状态环境信息、剩余电流动作信息以及低压侧用电状况信息通过GPRS网络通信方式上传主站，由于主站完成该台区用电状态监测管理功能。
（2）配电线路，由变压器出线到用户之间的配电线路，在线路分支前段设置二级剩余电流动作保护器。
（3） 用户用电线路指低压配电线路分支二级漏电保护器之后到用户的用电线路以及用户家里的用电线路，该部分主要包含有用户电表设备、空气开关、漏电保护器以及用户的各种用电设备。
2 低压配网故障处理现状
根据国网运检部去年统计情况显示，在电力系统所出现的故障中，将近一半的故障出现在低压0.4kV故障中。当前我们国家对于0.4kV低压配电网的故障抢修业务是通过用户拨打95598客服电话报修，由电力供电管理部门生成配抢工单之后发布任务给抢修人员，最终再由抢修人员到达故障现场进行勘查后，根据用户报修情况开展故障的定位、分析、处理等抢修工作。随着社会的不断发展，低压配电网采取“被动式”配网抢修业务不能够满足当前用户客户的实际用电需求，另一方面随着坚强智能电网的提出，具有通信功能的各种低压用电基础设备得到了低压配电网的广泛应用，例如台区分支智能开关监测终端、智能剩余电流动作保护器、智能电表等；随着智能电网设备的广泛应用，利用配网通信管理平台对各种设备运行状态的监测，实现配网运行状况的实时在线故障分析系统，及时发现低压配用电网络中发生的故障信息，合理制定故障处理方案，实现主动抢修。
依托于当前低压配电网络中的漏电保护器的全覆盖的试点工程，制定一种完全基于漏电保护器的低压配网用户供电中故障快速预测系统。
3 方案设计
3.1 智能漏电保护器功能扩展
漏电保护器，又称为漏电断路器，主要用于实现用电设备故障或者存在致命危险的人身触电保护，同时可以提供过载保护和短路保护功能，也可以用来作为线路中的不频繁的转启开关使用。
漏电保护器动作的主要原因分为以下几种：
（1）漏电保护器配电线路中存在人体触电事故。
（2）漏电保护器配电线路存在接地故障。
（3）漏电保护器配电线路存在短路故障。
除了以上几种故障事故动作保护机制之外，漏电动作保护器还具备基本的欠压和过压保护，同时智能型漏电保护器基于微处理器和网络通信技术的应用，具备故障信息的记录和远传的功能，数据传输主要采用485、载波、无线通信等技术。
当前低压台区配电网建设中的漏电保护模式，一直采用在JP柜分支路出线侧加装一级漏电断路器、在用户联户表箱前端加装二级漏电断路器、居民家中则安装三级漏电断路器。
根据应用位置的不同，智能漏电保护器分为不同的类型：
（1）一级智能漏电保护器300mA-0.3s，一级智能漏电保护器应用综合配电所中变压器出线端，用于对A、B、C三相提供保护功能，具备485通信功能。
（2）二级智能漏电保护器150mA-0.2s，二级保护系统部署在支路开关柜中，实现对单独支路的漏电保护功能，具备485、载波以及无线通信功能可选。
（3）三级智能漏电保护器30mA-0.1s，三级漏电保护主要应用在用户家中，实现对居民家中的用电线路、用电设备的保护功能。
3.2 整体方案设计
本论文所提出的一种用于低压配电网故障预判的方法，通过整合当前电力系统中各个自动化信息平台中的数据，采集当前低压配电网中漏电保护器的具体状态，为低压配网故障定位提供基本依据，实现低压配网故障的开始定位与处理。
图1：系统架构图
如上图1所示，用于低压配电网故障预判故障信息主要包含为设备信息和运行信息。设备信息主要指通过现有PMS（生产管理系统）中得到的配用电设备网络节点信息，从GIS（地理信息系统）得到配电设备地理位置信息，之后利用用户用电档案管理系统中获取漏电保护器用户信息。实时数据采集，实时数据主要是指各级漏电保护装置的工作状态信息，同时获取漏电保护器装置发送保护动作的具体时间以及位置信息。
本论文中所要进行低压故障预判系统就是利用低压供电漏电保护设备的地理位置信息以及运行状态信息，利用电网拓扑结构对故障位置进行综合分析，最终得到故障类型以及故障位置初步判断结果，最后将故障的基本预测相关信息推送给TCM（Trouble Call Management：故障抢修管理系统）执行故障抢修处理业务分配工作。
4 系统建模
4.1 故障监测系统部署
智能台区漏电保护装置设备总体结构如图2所示，智能漏电保护系统在采用三级漏电保护器进行并行运行，图中1LN、2LN、3LN分别为一、二、三级漏电断路器。完整的智能漏电保护系统由台区监测终端，带485通讯的一级智能漏电断路器，具有485、无线或宽带载波通讯的二级漏电断路器，漏电流集中监测器；具有485或宽带载波通讯的三级家用漏电断路器，及单元漏电流集中采集器，或单元漏电流集中监测器等组成，最终实现对台区配电网中的各级漏电断路器的漏电流等信息联网采集，实施全覆盖实时监控，通过智能配电终端把各级漏电断路器的运行状态信息通过GPRS通信方式传输到电网运行数据主站平台，通过主站平台同GIS管理系统结合直接监测各个低压配电区域用电情况，第一时间获取故障发生，并主动上报抢修管理系统，提高低压供电故障抢修工作效率。
图2 系统设备部署结构
如图2所示，系统各级漏电保护器的工作状态信息，主要通过485通信方式汇总到漏电流保护器采集器上，各级采集器通过433通信模块的组网中继方式实现对漏电保护器的工作状态数据的无线传输，上送到台区智能配电终端，由智能配电终端利用GPRS通信的方式把漏电保护器状态主动上报主站。
4.2 系统模型
本系统建模网拓扑分析是根据电气元件的连接关系，把电力网络看成点与线结合的拓扑图，根据电源节点、开关节点状态进行网络的拓扑连线分析，是电力运行分析网络故障定位的基础。本文基于CIM（公共信息模型）进行拓扑分析。CIM描述了电力系统生产过程涉及到的所有对象的抽象数据模型，用这些对象的共有类、属性及其之间的关系描述电力资源。
基于漏电保护器的低压故障监测系统，建立公共信息模型过程中，其主要对象是台区智能配变终端、一级漏电保护器、二级漏电保护器、三级漏电保护器以及漏电保护器状态信息采集器。
各个对象所应当具备的属性规划如下：
（1）台区智能配变终端属性包含有，自身编号、下属一级漏电保护器编号、GIS位置信息、所属台区编号等。
（2）一级漏电保护器，包含漏电保护器编号、自身工作状态信息、GIS位置信息、下属的二阶漏电保护器编号信息、上级台区智能配变终端编号。
（3）二级漏电保护器，包含漏电保护器编号信息、自身工作状态信息、GIS位置信息、下属用户级漏电保护器信息，所属支路信息。
（4）三级漏电保护器，包含漏电保护器编号信息、自身工作状态信息、GIS位置信息、用户信息。
（5）漏电保护器采集器，包含有采集器编号、通信终端信息，工作范围内的漏电保护器编号。
对象之间相互关系模型如图3所示。
图3 系统基本实体关系模型图
4.3 故障处理逻辑
如图4为低压配网典型应用节点模型，图中节点6、40、67、95为一级漏电保护器的部署位置，节点7、8、9等为二级保护器部署位置，三级漏电保护器可以部署在用户家中，也可以直接部署在用户单元配电箱中。
图4 低压节点建模图
如图4中，当短路、漏电等故障发生时触发上一级漏电保护器开闸动作。而当某个故障发生时，同一支路中会出现多个漏电保护器动作，为了更加高效的进行事故抢修，首先就要对各个故障点进行溯源处理，分析故障可能发生的位置，并最终将预判结果推送给负责故障抢修的管理部门进行进一步的处理。
故障处理预判逻辑处理过程如下：
（1）当监测到整个台区范围内只有一级漏电保护器动作，那么由于正常工作状态下，二级和三级漏电保护器动作时间较短，同时故障发生条件更加严格，考虑故障点发生在分支路二级漏电保护器到一级漏电保护器之间，如图4中，配变T1台区范围内，如果6节点的漏电保护器动作，而且整个支路中只收到了该节点的保护动作告警，那么考虑故障点位于7、8、9节点到6节点之间。
（2）当监测到整个台区范围内存在多个漏电保护器执行了保护动作，那么要最高级的漏电保护器向下检索，查看当前动作的漏电保护器下级漏电保护器是否存在漏电保护动作，如果存在下级的故障动作，如图4中T2台区中，41节点和43节点故障，考虑43节点为三级漏电保护器，确认用户家中存在相关用电故障事故，同时在41节点到43节点间配电线路可能存在故障点。
4.4 应用案例分析
应用本系统对某城市小区供电情况进行实际应用效果检验。
图6 智能电表十点后报警信息实例
5 系统优势
本论文中介绍的低压故障预判系统利用智能漏电保护器的保护动作上报实现配网低压故障定位，提高故障抢修处理效率，为我国低压故障主动性处理提供了可行的解决方案。
A、提高低压供电安全性：我国低压供电网的直接接触用户，直接关系到了用户的用电质量，通过利用该低压故障预判系统能够快速准确的实现故障点的判断，降低故障对人身和设备造成的安全隐患；
B、提高供电可靠性：低压故障预判系统，能够快速精确故障定位，将减少系统平均停电时间，减少停电时间。
C、提升故障抢修工作质量：通过实现信息化的故障定位，通过能够为各个故障判断事故的严重程度，并可以根据故障带来的影响大小来设定故障处理优先级，合理安排故障抢修顺序，把故障带来的损失降到最低。
结束语
低压故障预判系统通过利用智能漏电保护器提供的包含动作信息，掌握低压供电网中的各个节点用电情况，实现低压配网故障的快速预判、精确定位，同时把故障位置以及类型等信息共享给故障抢修管理系统，最终由故障抢修管理系统实现故障抢修工作的分配，通过主动故障处理的形式减少故障停复电时间，对于提高故障抢修效率，提升低压配电网供电质量，提高配电网供电可靠性具有重要意义。
论文作者:原利敏,程昆仑,边伟,朱国栋,黄蓉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/4/22
标签：故障论文; 保护器论文; 低压论文; 信息论文; 智能论文; 节点论文; 电网论文; 《电力设备》2018年第31期论文;