配電自動(dòng)化系統(tǒng)饋線自動(dòng)化可靠性提升關(guān)鍵技術(shù)分析與實(shí)現(xiàn)

故障診斷及處理是配電網(wǎng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)手段。因此配電自動(dòng)化系統(tǒng)中饋線自動(dòng)化功能模塊可靠性的提升尤為重要。本文針對(duì)典型實(shí)用化案例分析，提出提高饋線自動(dòng)化一次成功率的可行性關(guān)鍵技術(shù)，從而使饋線自動(dòng)化功能可以滿足智能配電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效的目標(biāo)。國家電網(wǎng)公司投入大批資金對(duì)我國配電網(wǎng)進(jìn)行一、二次設(shè)備改造工作，從而達(dá)到建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的目標(biāo)?，F(xiàn)階段我國大部分一級(jí)城市、部分二級(jí)城市已經(jīng)基本完成配網(wǎng)改造工作。饋線自動(dòng)化（FeederAutomation，F(xiàn)A），作為配電自動(dòng)化的重要模塊之一，其對(duì)提高供電可靠性提供了有效的支持手段。雖然我國在饋線自動(dòng)化方面有一定的經(jīng)驗(yàn)，但是面對(duì)龐大、復(fù)雜的配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)階段饋線自動(dòng)化功能模塊的可靠性與穩(wěn)定性仍處在初級(jí)階段。從銀川、杭州、南京、成都等地的配網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，配網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)頻繁或多次出現(xiàn)FA動(dòng)作，但是總體成功率并不高。因此，針對(duì)FA功能可靠性提升還需要投入更深入的研究。本文就針對(duì)如何提升饋線自動(dòng)化功能可靠性進(jìn)行深入研究，從而使饋線自動(dòng)化功能具備更高的實(shí)用化要求。實(shí)用系統(tǒng)可靠性性能分析針對(duì)饋線自動(dòng)化模塊的可靠性性能，以國家電網(wǎng)公司第一批配電自動(dòng)化試點(diǎn)單位中的一個(gè)為例進(jìn)行分析。該試點(diǎn)單位在工程驗(yàn)收中表現(xiàn)的較為突出，同時(shí)其配電自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入量大，數(shù)據(jù)質(zhì)量好，較有利于整體分析。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2012年8月，該試點(diǎn)單位共發(fā)生配電網(wǎng)故障18起，其中饋線自動(dòng)化9起成功，9起失敗，饋線自動(dòng)化總體成功率為50%。其中，由于子站缺陷引起的處理失敗2起，由于程序缺陷引起的處理失敗2起，由于能量管理系統(tǒng)（EMS）接口問題引起的處理失敗3起，由于終端故障引起的處理失敗2起，各個(gè)缺陷所占比例如圖1所示。據(jù)饋線自動(dòng)化處理流程分析（如圖2所示），造成FA動(dòng)作失敗的主要表象有4個(gè)方面。圖2饋線自動(dòng)化處理流程圖（1）主網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)錯(cuò)誤，導(dǎo)致饋線自動(dòng)化程序未能捕捉到故障。（2）配網(wǎng)終端過流信息上送錯(cuò)誤，導(dǎo)致饋線自動(dòng)化程序故障定位失敗。（3）饋線自動(dòng)化程序不能應(yīng)對(duì)現(xiàn)場發(fā)生的故障類型，導(dǎo)致分析結(jié)果錯(cuò)誤。（4）現(xiàn)場二次設(shè)備或一次設(shè)備硬件出現(xiàn)問題，饋線自動(dòng)化功能模塊提供的方案遙控執(zhí)行失敗。實(shí)際上，配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，影響?zhàn)伨€自動(dòng)化可靠性的因素可以歸納為以下幾種：影響因素1：數(shù)據(jù)正確性。包括EMS轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)質(zhì)量，配網(wǎng)終端數(shù)據(jù)質(zhì)量，數(shù)據(jù)正確性確認(rèn)。影響因素2：饋線自動(dòng)化功能可用率。主要是指對(duì)各種故障類型的處理能力，故障功能監(jiān)聽程序在線情況，饋線自動(dòng)化功能模塊的客戶端在線情況等。影響因素3：模型維護(hù)情況。主要是指圖模導(dǎo)入正確性校驗(yàn)問題。影響因素4：通信質(zhì)量。包括EMS轉(zhuǎn)發(fā)通道通信質(zhì)量，配網(wǎng)終端通道通信質(zhì)量，配網(wǎng)子站通道通信質(zhì)量等。影響因素5：二次設(shè)備工況。主要是指電池充放電情況，電池防盜等問題。影響因素6：一次設(shè)備工況。主要指電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)是否能夠正確動(dòng)作。可靠性理論指標(biāo)分析根據(jù)國家電網(wǎng)公司發(fā)布的《配電自動(dòng)化實(shí)用化驗(yàn)收細(xì)則》，基礎(chǔ)指標(biāo)有以下五點(diǎn)：基礎(chǔ)指標(biāo)1：遙信動(dòng)作正確率>95%?；A(chǔ)指標(biāo)2：饋線自動(dòng)化功能可用率>99%?；A(chǔ)指標(biāo)3：圖模完整率>98%?；A(chǔ)指標(biāo)4：終端月平均在線率>95%。基礎(chǔ)指標(biāo)5：遙控成功率>98%。這里基礎(chǔ)指標(biāo)1對(duì)應(yīng)上文提到的影響因素1，基礎(chǔ)指標(biāo)2對(duì)應(yīng)上文提到的影響因素2，基礎(chǔ)指標(biāo)3對(duì)應(yīng)上文提到的影響因素3，基礎(chǔ)指標(biāo)4對(duì)應(yīng)上文提到的影響因素4，基礎(chǔ)指標(biāo)5對(duì)應(yīng)上文提到的影響因素5與影響因素6，F(xiàn)A工作流如圖3所示。按照FA工作流圖，可以分析出FA功能一次性成功需要同時(shí)滿足遙信正確、饋線自動(dòng)化功能可用、圖模完整、終端在線、遙控成功這五點(diǎn)因素，因此根據(jù)上述五點(diǎn)指標(biāo)綜合計(jì)算可得FA一次成功率指標(biāo)為：FA一次成功率=遙信動(dòng)作正確率×功能可用率×圖模完整率×終端月平均在線率×遙控成功率=95%×99%×98%×95%×98%=85.8%這代表饋線自動(dòng)化一次性成功率最低應(yīng)該達(dá)到85.8%的標(biāo)準(zhǔn)。可靠性提升技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案從現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析可知，實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)FA一次性成功率并不能達(dá)到上述提到的標(biāo)準(zhǔn)要求。究其原因，其中FA功能缺陷部分只占20%左右，其余80%均由外部因素引起。由于配電線路故障時(shí)間相對(duì)于正常運(yùn)行時(shí)間來說，僅占很小一部分，因此針對(duì)引起FA動(dòng)作失敗的外部因素，如終端故障、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)、硬件故障等問題，并不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。只有發(fā)生故障時(shí)刻，需要各方面完全配合處理事故時(shí)，才會(huì)暴露出系統(tǒng)的缺陷。而這些導(dǎo)致FA失敗的外部因素是可以依靠日常檢查、監(jiān)視等手段予以避免的。而FA程序缺陷，也在隨著案例的不斷增加而進(jìn)一步改進(jìn)。因此，針對(duì)饋線自動(dòng)化可靠性的提升，提出以下關(guān)鍵技術(shù)：關(guān)鍵技術(shù)1：可靠性指標(biāo)監(jiān)測技術(shù)；關(guān)鍵技術(shù)2：實(shí)用化軟件校驗(yàn)技術(shù)；關(guān)鍵技術(shù)3：系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)。這三種解決方法與影響因素相對(duì)應(yīng)的關(guān)系如圖4所示。圖4饋線自動(dòng)化可靠性提升技術(shù)框圖關(guān)鍵技術(shù)1：可靠性指標(biāo)監(jiān)測技術(shù)對(duì)于日常檢查、監(jiān)視部分需要統(tǒng)計(jì)的主要有兩部分，一是系統(tǒng)對(duì)外接口工況，另一個(gè)是系統(tǒng)自身運(yùn)行狀況的監(jiān)視。配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)能提供實(shí)用化驗(yàn)證工具，用以完成日報(bào)統(tǒng)計(jì)工作，系統(tǒng)運(yùn)行日報(bào)統(tǒng)計(jì)應(yīng)包括基礎(chǔ)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、告警信息統(tǒng)計(jì)、應(yīng)用功能異常統(tǒng)計(jì)等，并將把檢查結(jié)果固化到每日的巡檢工作中去，將配電自動(dòng)化系統(tǒng)的所有指標(biāo)情況生成日報(bào)。如表1所示?；A(chǔ)指標(biāo)中，系統(tǒng)對(duì)外接口工況指標(biāo)主要用于監(jiān)視外部系統(tǒng)傳遞給本系統(tǒng)數(shù)據(jù)的通信狀態(tài)。例如杭州系統(tǒng)中，對(duì)于10kV開關(guān)跳閘、保護(hù)動(dòng)作等數(shù)據(jù)，需要通過主網(wǎng)系統(tǒng)以E語言方式轉(zhuǎn)發(fā)給配網(wǎng)系統(tǒng)，如果該接口通信狀態(tài)異常，將不能正常轉(zhuǎn)發(fā)故障信息到配網(wǎng)系統(tǒng)中，這將導(dǎo)致配網(wǎng)系統(tǒng)無法捕捉故障并及時(shí)處理。因此，對(duì)于正常運(yùn)行的系統(tǒng)就應(yīng)該對(duì)對(duì)外接口工況進(jìn)行監(jiān)視，統(tǒng)計(jì)其運(yùn)行狀態(tài)，一旦異常，立即處理，這樣就可以大大降低發(fā)生故障時(shí)刻無法正常傳遞故障信息的風(fēng)險(xiǎn)。該項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算應(yīng)該由以下幾步完成：（1）對(duì)系統(tǒng)所有對(duì)外接口進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并實(shí)施逐一監(jiān)視。（2）增加接口告警信息，將數(shù)據(jù)接口接收數(shù)據(jù)的情況生成告警，尤其是異常狀態(tài)監(jiān)視的告警信息，可供實(shí)用化工具進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)運(yùn)行中，終端通信質(zhì)量會(huì)對(duì)系統(tǒng)分析產(chǎn)生較大的影響，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在多數(shù)配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，終端異?，F(xiàn)象頻繁發(fā)生，導(dǎo)致FA失敗的概率均在20%以上。因此，在運(yùn)行指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注終端數(shù)據(jù)質(zhì)量的監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量差的終端，及時(shí)進(jìn)行整改，以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。通過日報(bào)統(tǒng)計(jì)監(jiān)視手段，將解決通信質(zhì)量問題、數(shù)據(jù)正確性中的配電終端上送數(shù)據(jù)質(zhì)量問題。應(yīng)用該關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)饋線自動(dòng)化可靠性將可有效提升20%左右。關(guān)鍵技術(shù)2：實(shí)用化軟件校驗(yàn)技術(shù)為保證系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)，能準(zhǔn)確捕捉故障，并及時(shí)正確處理，應(yīng)在故障發(fā)生前，針對(duì)對(duì)饋線自動(dòng)化功能產(chǎn)生影響的機(jī)制，提前進(jìn)行檢查、校驗(yàn)。因此，系統(tǒng)應(yīng)提供完備、有效的校驗(yàn)工具。模型變化校驗(yàn)工具配網(wǎng)圖模的來源有兩處，一處是EMS主網(wǎng)圖模，另一處是地理信息系統(tǒng)（GIS）配網(wǎng)圖模。（1）主網(wǎng)圖模的導(dǎo)入風(fēng)險(xiǎn)。主配網(wǎng)模型之間的邊界在變電站出線開關(guān)上，配網(wǎng)線路根據(jù)該線路對(duì)應(yīng)的出線開關(guān)編號(hào)，將出線饋線段與配網(wǎng)開關(guān)拼接在一起。他們之間的關(guān)系是，變電站圖模生成在前，配網(wǎng)線路圖模生成在后。但是在配網(wǎng)實(shí)際的運(yùn)行過程中，可能配電線路并沒有改造變化，而變電站內(nèi)卻出現(xiàn)了改造變化，此時(shí)就需要單獨(dú)對(duì)變電站圖模做導(dǎo)入更新。變電站圖模更新的過程中，可能出現(xiàn)出線開關(guān)節(jié)點(diǎn)號(hào)發(fā)生變化的情況，這就會(huì)導(dǎo)致主配網(wǎng)拓?fù)涑霈F(xiàn)斷點(diǎn)，甚至是連接錯(cuò)誤，這將影響到出線開關(guān)事故跳閘時(shí)的故障定位和處理。嚴(yán)重情況下將需要對(duì)正常運(yùn)行線路進(jìn)行斷電。（2）配網(wǎng)圖模的導(dǎo)入風(fēng)險(xiǎn)。配網(wǎng)圖模通過GIS接口工具導(dǎo)入配網(wǎng)系統(tǒng)的過程中，雖然已經(jīng)具備部分校驗(yàn)功能，但對(duì)配電線路模型拓?fù)渑c實(shí)際線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是否一致無法做出正確性驗(yàn)證，必須由人工來確認(rèn)。特別是饋線自動(dòng)化線路，一旦模型發(fā)生變化，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行人工正確性認(rèn)證后，才能將該條線路的饋線自動(dòng)化功能投入在線運(yùn)行。否則，錯(cuò)誤的配網(wǎng)模型拓?fù)鋵?dǎo)致配網(wǎng)故障定位錯(cuò)誤進(jìn)而引起錯(cuò)誤控制，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致對(duì)端線路跳閘。針對(duì)上述兩項(xiàng)模型更新的風(fēng)險(xiǎn)，需要提供一個(gè)圖形化的模型變化檢查確認(rèn)工具。用以完成在模型投入使用前的正確性檢驗(yàn)功能。饋線自動(dòng)化功能自檢校驗(yàn)工具一方面，饋線自動(dòng)化功能的缺陷，一般不會(huì)被立即發(fā)現(xiàn)，大部分是在現(xiàn)場實(shí)際發(fā)生的復(fù)雜案例處理中發(fā)現(xiàn)的。另一方面，在線路投入FA功能之前，一般要求對(duì)線路進(jìn)行逐點(diǎn)測試，但是由于配網(wǎng)線路過多，采用逐點(diǎn)測試方法，需投入大量人力。因此實(shí)際情況是很多配電線路根本沒有完成校驗(yàn)工作就直接投入使用，導(dǎo)致系統(tǒng)存在很多的潛在危險(xiǎn)因素。針對(duì)以上問題，配電自動(dòng)化系統(tǒng)除了提供較完善的饋線自動(dòng)化功能模塊以外，還應(yīng)提供自檢、校驗(yàn)等輔助工具，不斷對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測，防患于未然。（1）提供線路逐點(diǎn)測試工具。配電網(wǎng)每條線路在投入FA功能使用前，都需要進(jìn)行逐點(diǎn)故障測試。對(duì)于簡單線路，逐點(diǎn)人工測試工作可能完成；但是在投入線路數(shù)多、線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況下，人工逐點(diǎn)故障測試工作就顯得非常繁瑣，而且工作量大。因此需要提供線路逐點(diǎn)測試工具進(jìn)行故障測試，并生成測試結(jié)論用以校驗(yàn)正確性。（2）提供不影響實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)的仿真測試環(huán)境。對(duì)于復(fù)雜情況下的饋線自動(dòng)化，可能需要多次試驗(yàn)用以驗(yàn)證饋線自動(dòng)化功能的準(zhǔn)確性。該試驗(yàn)需要在與實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)完全一致的環(huán)境下進(jìn)行測試。但是在實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境下測試，將有一定的幾率與真實(shí)故障相沖突，而且不能實(shí)際遙控處理事故。因此需要提供與實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)完全一致的仿真運(yùn)行環(huán)境，在該仿真環(huán)境下，可以測試任何實(shí)時(shí)系統(tǒng)發(fā)生的故障類型以及處理方案。用以檢驗(yàn)饋線自動(dòng)化功能模塊程序的缺陷。配電終端電池監(jiān)測工具對(duì)于配電終端的監(jiān)視，除了配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的工況監(jiān)視部分以外，還有一點(diǎn)很容易被忽視，那就是配電終端電池管理。配電終端的電池管理分兩部分，一部分是電池活化管理，另一部分是電池防盜檢測。配電終端設(shè)備，應(yīng)能提供電池管理的監(jiān)控手段，方便配電主站對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。通過關(guān)鍵技術(shù)2，圖形維護(hù)質(zhì)量、故障處理能力提升兩方面內(nèi)容將得到提升。應(yīng)用該關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)饋線自動(dòng)化可靠性將可有效提升20%左右。關(guān)鍵技術(shù)3：系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)除了日常檢查外，創(chuàng)新的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)也是提升可靠性的一個(gè)有效手段。（1）錯(cuò)誤運(yùn)行方式監(jiān)測技術(shù)。針對(duì)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)定時(shí)進(jìn)行掃描，針對(duì)錯(cuò)誤的運(yùn)行方式，應(yīng)及時(shí)告警提示，以免導(dǎo)致系統(tǒng)事故處理失敗。（2）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)是通過對(duì)終端、一次設(shè)備等的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，獲取終端的電池可用率、一次設(shè)備絕緣情況、溫度等數(shù)據(jù)。利用這些數(shù)據(jù)的監(jiān)測，通過有效的計(jì)算、評(píng)估手段，評(píng)估設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，針對(duì)運(yùn)行狀態(tài)不良的設(shè)備進(jìn)行及時(shí)維修或更換，以保證設(shè)備運(yùn)行的正確性，從而提高饋線自動(dòng)化的成功率。（3）計(jì)劃性設(shè)備操作檢測技術(shù)。針對(duì)一次設(shè)備的可操作性檢驗(yàn)，只有通過真實(shí)的遙控實(shí)驗(yàn)，才能驗(yàn)證其正確性。因此，這里提出計(jì)劃性設(shè)備操作檢測技術(shù)，通過針對(duì)配電網(wǎng)短期未有動(dòng)作的所有開關(guān)，分組、分時(shí)段進(jìn)行拉合測試，完成所有開關(guān)的拉合測試。從而保證一次設(shè)備的可操作性，從而提高饋線自動(dòng)化成功率。（4）系統(tǒng)應(yīng)用在線監(jiān)測技術(shù)。針對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用程序，尤其是饋線自動(dòng)化功能模塊的服務(wù)端、客戶端進(jìn)程的在線狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用退出，應(yīng)及時(shí)告警提示，以保證應(yīng)用程序的正確性，從而提高饋線自動(dòng)化的成功率。通過關(guān)鍵技術(shù)3的實(shí)現(xiàn)，可以解決一次設(shè)備遙控問題、饋線自動(dòng)化程序可用率、圖模正確率幾個(gè)問題，系統(tǒng)饋線自動(dòng)化成功率將有效提高5%。綜上統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用饋線自動(dòng)化可靠性提升關(guān)鍵技術(shù)，可以有效地將饋線自動(dòng)化成功率提高到95%以上。從而滿足國家電網(wǎng)公司的實(shí)用化驗(yàn)收要求。工程驗(yàn)證為了校驗(yàn)饋線自動(dòng)化可靠性提升建議的有效性，對(duì)杭州、成都現(xiàn)場進(jìn)行了驗(yàn)證。杭州現(xiàn)場的饋線自動(dòng)化功能主要缺陷在于主配網(wǎng)接口問題，即影響因素1通信質(zhì)量問題。因此，針對(duì)該問題進(jìn)行了全面整改，整改后，饋線自動(dòng)化成功率提升到了90%以上。成都現(xiàn)場的饋線自動(dòng)化功能主要缺陷在于主網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)采用雙位遙信，經(jīng)常有壞數(shù)據(jù)上送，導(dǎo)致FA誤啟動(dòng)問題，即饋線自動(dòng)化程序