[關鍵詞]配電網(wǎng)；故障定位；自動化技術；饋線自動化；智能算法

引言

在現(xiàn)代社會中，配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，承擔著保障電力供應安全穩(wěn)定的重要使命。然而，由于各種不可預知因素的存在，配電網(wǎng)故障時有發(fā)生，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來了一定的挑戰(zhàn)。為了提高配電網(wǎng)的故障處理效率和準確性，自動化技術在故障定位中得到了廣泛應用。通過自動化技術的集成和優(yōu)化，配電網(wǎng)可以實現(xiàn)故障快速定位、智能隔離和快速恢復供電，從而有效保障供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，確保配電網(wǎng)運行的安全與順暢。

一、配電網(wǎng)故障定位方法

（一）傳統(tǒng)矩陣法

傳統(tǒng)矩陣法是利用圖論中的節(jié)點和邊的關系來描述配電網(wǎng)的拓撲結構，進而形成一個網(wǎng)絡描述矩陣，其優(yōu)點在于其原理簡單易懂，計算速度快，能夠快速地確定故障位置，從而縮短停電時間，提高配電網(wǎng)的供電可靠性。

傳統(tǒng)矩陣能夠清晰地展示配電網(wǎng)中各個節(jié)點和饋線之間的連接關系。當配電網(wǎng)發(fā)生故障時，饋線終端單元（FeederTerminal Unit，F(xiàn)TU）會檢測到故障產(chǎn)生的異常電流或電壓信號，并將這些信息上傳至中央控制系統(tǒng)。根據(jù)這些故障信息，可以生成一個故障信息矩陣。不僅如此，這個矩陣能夠反映故障發(fā)生時配電網(wǎng)各節(jié)點的狀態(tài)，通過將網(wǎng)絡描述矩陣與故障信息矩陣進行數(shù)學運算（如矩陣乘法、異或運算等），可以識別出與故障狀態(tài)相關的節(jié)點或饋線。這樣就可以快速定位到故障發(fā)生的位置。

（二）智能算法

智能算法是一類用于模擬人類智能行為或解決復雜問題的計算模型和方法。它們可以應用于各種領域，包括機器學習、優(yōu)化、決策制定等。

1．專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)是一種基于規(guī)則的人工智能系統(tǒng)，它可以利用專家的知識和經(jīng)驗來解決特定領域的問題。專家系統(tǒng)通常由知識庫和推理機組成，知識庫包含了專家提供的規(guī)則和事實，而推理機則負責根據(jù)這些規(guī)則和事實來推理并解決問題。專家系統(tǒng)能夠模擬專家的決策過程，為用戶提供專業(yè)的建議或解決方案。它們在醫(yī)療診斷、金融咨詢、工程設計等領域都有廣泛應用。

2．人工神經(jīng)網(wǎng)絡．人工神經(jīng)網(wǎng)絡是一種模擬人腦神經(jīng)元結構和功能的計算模型。它由大量神經(jīng)元相互連接而成，能夠通過調(diào)整神經(jīng)元之間的連接權重來學習和識別模式。人工神經(jīng)網(wǎng)絡可以處理復雜的非線性問題并具有強大的泛化能力，它被廣泛用以完成圖像識別、語音識別、自然語言處理和推薦系統(tǒng)等任務。人工神經(jīng)網(wǎng)絡的基本構成包括輸入層、隱藏層和輸出層，通過訓練過程不斷調(diào)整權重，從而優(yōu)化模型的性能。

3．遺傳算法。遺傳算法是一種基于自然選擇和遺傳學原理的優(yōu)化搜索算法。它能夠通過模擬生物進化過程中的選擇、交叉和變異等機制，在解空間中尋找最優(yōu)解。遺傳算法適用于處理復雜的優(yōu)化問題，特別是那些難以用傳統(tǒng)方法解決的非線性、多峰值等問題。它在函數(shù)優(yōu)化、機器學習、組合優(yōu)化等領域都有廣泛應用。遺傳算法能夠通過編碼問題解為“染色體”，然后通過選擇、交叉和變異等操作來不斷優(yōu)化種群，最終得到最優(yōu)解。

二、配電網(wǎng)故障定位中的自動化技術應用

（一）饋線終端選點原則

饋線終端單元在故障定位技術中扮演著關鍵的角色。FTU是一種用于配電系統(tǒng)的智能終端設備，它具備遙測、遙控、遙信等功能，能夠?qū)崟r采集線路的電壓、電流、功率、開關位置等電網(wǎng)運行信息。在配電網(wǎng)出現(xiàn)故障的情況下，F(xiàn)TU可以快速地獲取故障時刻的電壓、電流等重要數(shù)據(jù)，并將其上傳到配電自動化主站。配電自動化主站在收到FTU上傳的故障信息后，可以利用故障定位算法，綜合其他有關數(shù)據(jù)及信息進行分析、處理，精確定位故障點。饋線終端的選點對于配網(wǎng)系統(tǒng)的運行控制和故障定位至關重要，主要分為線路主干線、線路分支和用戶支線三種類型。

1．針對線路主干線，根據(jù)不同的長度制定安裝要求。主干線長度在2 km至5 km之間時，需要至少安裝1臺FTU來監(jiān)控整條主干線的運行情況；當主干線長度達到或超過5km時，應增加至少1臺FTU，以確保主干線能夠?qū)崿F(xiàn)三分段監(jiān)控來保障監(jiān)測的精度和及時性。

2．針對線路分支，首端FTU的安裝要求應按照不同的供電區(qū)域等級制定。在A、B類區(qū)域的分支線路，若配電變壓器的裝接總量超過3，000 kVA，長度超過2 km，或者高壓用戶在五戶以上，則首端需要裝設1臺FTU。而對于C類和D類地區(qū)的分支線路，若配變的總量超過1，500 kVA，長度超過4 km，或者有3戶以上的高壓用戶，同樣要設置1臺FTU，以保證分支線路的正常運行。

3．針對用戶支線，為保證對用戶支線的監(jiān)測與控制，需在配電變壓器總量大于630 kVA的用戶專用變壓器處裝設1臺FTU。選址時注意線路首端也要裝設FTU，并且要盡可能接近變電所的出線開關，最好設在第一根桿或首站室，這樣才能更快地進行故障定位與處理。

通過合理的饋線終端選點，可以提高配網(wǎng)系統(tǒng)的運行控制和故障定位及處置能力，同時滿足新型配電系統(tǒng)的需求，提高供電的可靠性和效率。在配網(wǎng)規(guī)劃和建設過程中，選點的重要性不言而喻，需要根據(jù)實際情況和要求進行合理規(guī)劃和布置，確保配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（二）集中型饋線自動化故障定位方案

集中型饋線自動化故障定位方案首先依賴于智能監(jiān)測與檢測技術。通過安裝在饋線上的智能監(jiān)測設備，如饋線終端單元、故障指示器等，實現(xiàn)對饋線運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。這些設備能夠檢測電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及開關位置、環(huán)境溫度等非電氣參數(shù)，并將數(shù)據(jù)實時上傳至主站系統(tǒng)。為了確保數(shù)據(jù)的實時傳輸和故障處理的及時性，集中型饋線自動化方案采用了遠程通信與控制技術，能夠通過高速、穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡，如光纖、無線通信等，實現(xiàn)主站系統(tǒng)與智能監(jiān)測設備之間的數(shù)據(jù)傳輸和指令下發(fā)。主站系統(tǒng)可以根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，對饋線進行遠程控制和操作，從而實現(xiàn)故障的自動定位和隔離。在主站系統(tǒng)中，通過對智能監(jiān)測設備上傳的數(shù)據(jù)進行分析和處理，能夠?qū)崿F(xiàn)故障信息的準確提取。這包括故障類型識別、故障位置定位、故障嚴重程度評估等。通過算法和模型的應用，系統(tǒng)能夠自動分析故障信息，為后續(xù)的故障處理提供決策支持。一旦檢測到故障，集中型饋線自動化方案能夠迅速隔離故障區(qū)域，以防止故障擴散和影響其他正常運行的區(qū)域。通過遠程操作開關設備，系統(tǒng)能夠自動切斷故障區(qū)域的電源，確保其他區(qū)域的正常供電。集中型饋線自動化方案還具備自動化調(diào)度與控制功能，在主站系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下，各智能監(jiān)測設備、開關設備等能夠協(xié)同工作，實現(xiàn)故障的自動定位、隔離和恢復供電。同時，系統(tǒng)還能夠根據(jù)實時運行情況和供電需求，進行智能調(diào)度和控制，以確保配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和高效運行。

（三）就地型饋線自動化故障定位方案

就地型饋線自動化故障定位方案是基于局部信息和設備間的協(xié)同工作來快速識別并隔離故障，不需要主站的參與。根據(jù)實現(xiàn)方式的不同，可以分為重合器方式和智能分布式方式兩種。

1．重合器方式

重合器方式有電壓時間型、電壓電流時間型、自適應綜合型三類。以電壓時間型為例，它的工作原理是在饋線出現(xiàn)短路故障時，由變電所出線開關感應故障，迅速分閘，切斷故障電流。接著，由于斷電，分段開關斷開，當出線開關出現(xiàn)一段時間延遲后，將試圖再次閉合。若故障為瞬時故障，則分段開關按預先設定的延時逐步合閘，使電網(wǎng)恢復供電。但若為永久故障，分段開關在逐級合閘的過程中遇到故障區(qū)段，出線開關會再次跳閘。此時，由于閉合保持時間不夠，故障點上游的開關將閉鎖正向來電合閘；而在故障點的下游開關，雖然感應到瞬間的來電，但因為沒有達到線路有壓確認時間，將閉鎖反向合閘。這種方法可以準確地定位故障。

2，智能分布式方式

智能分布式方式是不依靠配電自動化系統(tǒng)全局信息進行故障定位的一種方法，其能夠通過多臺自動化設備的互聯(lián)、協(xié)調(diào)工作，完成對故障位置的定位。在這種方式下，每個自動化終端都具備故障檢測和通信功能。當檢測到故障時，終端會立即將故障信息傳遞給相鄰的終端，通過終端間的信息交換和協(xié)同分析，系統(tǒng)可以準確地判斷故障的位置，并采取相應的措施進行隔離和恢復供電。無論是重合器方式還是智能分布式方式，它們都通過設備間的相互配合和信息傳遞來完成故障處理任務，以此確保配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和可靠運行。

（四）故障信息分析與處理

隨著科技的進步，自動化技術在配電網(wǎng)故障定位中的應用已成為保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵手段。

1．GSM/GPRS通信技術

GSM/GPRS通信技術能夠為配電網(wǎng)故障定位提供快速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道。在配電網(wǎng)發(fā)生故障時，故障指示器或其他監(jiān)測設備能夠迅速捕獲故障信息。通過GSM/GPRS網(wǎng)絡，這些關鍵信息可以實時傳輸至中央監(jiān)控系統(tǒng)，使運維人員能夠在第一時間了解故障狀況，為后續(xù)的故障處理提供決策依據(jù)。

2．GIS地理信息系統(tǒng)

GIS地理信息系統(tǒng)可以通過其強大的地理信息展示功能，為配電網(wǎng)故障定位提供直觀、可視化的操作界面。通過GIS系統(tǒng)，運維人員可以清晰地看到配電網(wǎng)的線路走向、設備分布及用戶接入點等信息。當故障發(fā)生時，GIS系統(tǒng)能夠迅速定位故障發(fā)生區(qū)域，為運維人員提供詳細的地理位置信息，從而加速故障的處理速度。

3．故障選線

故障選線技術能夠通過分析故障電流的特征快速確定故障發(fā)生的線路。在配電網(wǎng)中，由于線路眾多，快速準確地確定故障線路顯得尤為重要。通過自動化技術的應用，系統(tǒng)可以實時監(jiān)測各線路的運行狀態(tài)，當檢測到異常電流時，能夠迅速判斷并顯示故障線路，為運維人員提供明確的處理方向。

4．區(qū)段定位

區(qū)段定位技術進一步縮小了故障的范圍，幫助運維人員快速定位到具體的故障點。通過先進的算法和數(shù)據(jù)分析技術，系統(tǒng)可以判斷故障發(fā)生的具體區(qū)段，并迅速切斷故障區(qū)域的電源，同時恢復非故障區(qū)域的正常供電，最大程度地減少停電時間和范圍，保障供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（五）系統(tǒng)集成與優(yōu)化

在配電網(wǎng)中應用集中型饋線自動化技術是實現(xiàn)故障快速定位、隔離和非故障區(qū)域恢復供電的關鍵手段。在這一方案中，除了自動化調(diào)度與控制功能，還涉及系統(tǒng)集成與優(yōu)化等多個方面。

自動化調(diào)度與控制功能是實現(xiàn)饋線自動化的核心，通過主站系統(tǒng)收集所有終端設備的信息，并結合網(wǎng)絡拓撲分析，迅速確定故障位置。一旦檢測到故障，系統(tǒng)能夠自動進行故障隔離并恢復非故障區(qū)域的正常供電。這種自動化的處理方式能夠大大提高故障處理的效率，減少停電時間和范圍。

系統(tǒng)集成與優(yōu)化是提高饋線自動化性能的關鍵。要實現(xiàn)饋線自動化，需要整合監(jiān)測設備、通信技術等多種資源，構建一個完整的自動化系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，各種設備能夠協(xié)同工作，實現(xiàn)信息的共享和協(xié)同處理。同時，通過不斷優(yōu)化系統(tǒng)配置和算法，進一步提高系統(tǒng)性能和技術水平，提高故障定位的準確性和效率。

此外，提高供電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，還可以采用多種技術手段。例如，可以采用冗余配置和備份策略以確保關鍵設備和系統(tǒng)的可靠性；可以加大設備的維護和檢修力度，及時發(fā)現(xiàn)和處理潛在故障；可以加強與其他系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和配合，提高整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

結語

本文詳細分析了饋線自動化和智能算法這兩種主要的自動化技術在配電網(wǎng)故障定位中的應用。研究結果表明，自動化技術的應用能夠顯著提高配電網(wǎng)故障定位的準確性和效率，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供有力支持。未來，為了進一步加強自動化技術與配電網(wǎng)實際的結合，確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，需要不斷完善和優(yōu)化故障預防及應對措施。