配電終端自診斷方法研究

1、    配電終端自診斷方法研究    王超摘要： 在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，只有在配電終端完全離線、拒動(dòng)等故障情況下，運(yùn)維人員才能得知配電終端發(fā)生故障，而不能在可能導(dǎo)致故障的隱患初期進(jìn)行診斷。針對(duì)這一問題，提出了一種基于狀態(tài)序列進(jìn)行故障自診斷的判定方法。根據(jù)檢測配電終端的運(yùn)行狀態(tài)，生成狀態(tài)序列; 依據(jù)狀態(tài)判定規(guī)則和故障定義，對(duì)狀態(tài)序列進(jìn)行狀態(tài)判定與故障識(shí)別，分別生成狀態(tài)判別向量與故障信息向量，從而支持配電終端自診斷的遠(yuǎn)程監(jiān)控與現(xiàn)場調(diào)試。根據(jù)配電終端自診斷方法設(shè)計(jì)完成的配電終端，能夠最大限度地保證終端的正常運(yùn)行?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，該自診斷方法可以有效提高配電終端的遙

2、控成功率、應(yīng)用區(qū)域的饋線啟動(dòng)率以及饋線自動(dòng)化成功率。關(guān)鍵詞： 配電終端; 故障識(shí)別; 自診斷配電終端是配電自動(dòng)化現(xiàn)場監(jiān)測與控制設(shè)備，其可靠性對(duì)配電自動(dòng)化至關(guān)重要。配電終端在實(shí)際運(yùn)行過程中，出現(xiàn)故障的原因較多，惡劣運(yùn)行環(huán)境（ 潮濕多雨等） 、人為因素（ 參數(shù)配置錯(cuò)誤等） 、管理因素（ 桿塔傾塔） 等都可能導(dǎo)致配電終端局部或整體發(fā)生故障。一般而言，只有在配電終端完全離線、遙控拒動(dòng)等故障情況下，運(yùn)維人員才能得知配電終端發(fā)生故障，從而降低了配電終端的可靠性。配電終端故障自診斷能夠及時(shí)、正確地對(duì)終端各種異常狀態(tài)或故障狀態(tài)給出診斷，從而預(yù)防或消除故障，保證配電終端安全可靠運(yùn)行。本文提出了一種基于狀態(tài)序列進(jìn)

3、行故障自診斷的方法。根據(jù)檢測配電終端的運(yùn)行狀態(tài)生成狀態(tài)序列，依據(jù)狀態(tài)判定規(guī)則和故障定義對(duì)狀態(tài)序列進(jìn)行狀態(tài)判定與故障識(shí)別，生成故障信息判別向量與故障信息向量，從而支持對(duì)監(jiān)控服務(wù)器和調(diào)試服務(wù)器進(jìn)行故障狀態(tài)反演。1.配電終端自診斷方法配電終端主要由中央處理單元、操作控制回路、通信模塊、電源模塊（ 充電器和蓄電池） 與采集單元組成，根據(jù)自診斷的定義，可以將自診斷的過程分為自監(jiān)控與故障識(shí)別兩個(gè)階段。自監(jiān)控階段需要系統(tǒng)對(duì)自身的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控; 故障識(shí)別階段需要對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行定義，描述每一故障的特征，并通過對(duì)不同故障間關(guān)聯(lián)關(guān)系的分析建立故障模型，使得系統(tǒng)可以根據(jù)故障模型，從異常狀態(tài)中快速找出導(dǎo)致異常

4、的故障。為了快速識(shí)別故障以及故障類型，通過使用監(jiān)控單元來監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)的狀態(tài)。這種監(jiān)控方式簡單快速。例如，一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)可以是配電終端某模塊的物理指標(biāo)，如采集模塊的測量值; 也可以是系統(tǒng)內(nèi)某變量或預(yù)設(shè)置的關(guān)鍵變量，如限值整定參數(shù)。全部關(guān)鍵點(diǎn)監(jiān)測值評(píng)判狀態(tài)構(gòu)成了在某一時(shí)刻的狀態(tài)向量m =（ m1，m2，mn） ，即系統(tǒng)在該時(shí)刻的狀態(tài)。其中，mi為關(guān)鍵點(diǎn) i 在當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)值評(píng)判值，其狀態(tài)評(píng)價(jià)評(píng)判依據(jù)為自診斷故障模型。故障識(shí)別模塊依據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)判定和轉(zhuǎn)換規(guī)則，形成故障模塊向量 d = （ d1，d2，dn） 。其中，di為配電終端 i 模塊的故障狀態(tài)。終端可向監(jiān)控服務(wù)器發(fā)送該數(shù)據(jù)向量，通知其自診斷結(jié)果

5、。 mi故障識(shí)別di2.配電終端自診斷系統(tǒng)2.1配電終端核心模塊自診斷原理和方法配電終端自診斷主要包括中央處理單元、操作控制回路、通信模塊、電源模塊和采集模塊的診斷。在自診斷過程中，如果發(fā)現(xiàn)故障，立即報(bào)警，顯示故障內(nèi)容或故障代碼，并將診斷結(jié)果發(fā)送至監(jiān)控服務(wù)器。下面詳細(xì)介紹主要模塊的故障自診斷原理和方法。2.1.1中央處理單元中央處理單元是配電終端的核心，主要負(fù)責(zé)配電終端數(shù)據(jù)采集、故障分析、發(fā)送遙控命令以及通信處理等任務(wù)。（1）任務(wù)運(yùn)行狀態(tài)自診斷。在中央處理單元運(yùn)行的過程中，可能會(huì)出現(xiàn)由于環(huán)境問題（ 如高溫潮濕等因素） 或軟件 bug 造成任務(wù)狀態(tài)運(yùn)行異常的現(xiàn)象。通過軟件運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測程序，判斷軟

6、件任務(wù)運(yùn)行是否正常。（2）參數(shù)自診斷。參數(shù)自診斷主要包括診斷配電終端系統(tǒng)參數(shù)（ ip地址、設(shè)備地址） 和限值整定參數(shù)（ 防抖時(shí)間、遙控保持時(shí)間、越死區(qū)值） 。診斷方法是將終端內(nèi)參數(shù)與自診斷模塊中參數(shù)進(jìn)行自診斷。（3）對(duì)時(shí)自診斷。通過設(shè)計(jì)自診斷對(duì)時(shí)中斷程序，在中斷恢復(fù)后將對(duì)時(shí)結(jié)果與程序進(jìn)行比較判定。若相同，則全球定位系統(tǒng)（ global position system，gps） 對(duì)時(shí)無故障。2.1.2操作控制回路通過采集中央處理器下發(fā)的遙控指令與采集模塊采集得到遙測狀態(tài)，并進(jìn)行智能比對(duì)，判斷兩者的因果關(guān)系是否匹配。2.2通信模塊自診斷配電終端通信模塊自診斷包含上行通信和下行通信兩個(gè)部分。通信模塊

7、故障自診斷方法是返送校驗(yàn)。自診斷模塊向主站或上下游智能設(shè)備發(fā)出詢問命令，通過檢驗(yàn)該模塊能否收到回應(yīng)，判定模塊是否故障。2.43電源模塊自診斷。電源模塊的自診斷功能包括檢測電源電網(wǎng)側(cè)是否失電、接入的蓄電池是否失壓或者欠壓。3. 配電網(wǎng)故障定位的矩陣算法配電網(wǎng)絡(luò)根據(jù)分布狀況、地理位置、配網(wǎng)結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)可以分為樹狀網(wǎng)絡(luò)、輻射狀網(wǎng)絡(luò)、開環(huán)閉環(huán)、綜合運(yùn)行等環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，基于gis系統(tǒng)的矩陣算法是一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫凸收蠀^(qū)域判定的方法。其故障定位原理為：當(dāng)環(huán)網(wǎng)饋線一旦發(fā)生故障，分段開關(guān)裝設(shè)的ftu自動(dòng)檢測出故障電流大于整定值，ftu裝置記錄電流信息通過通信規(guī)約，及時(shí)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送配電網(wǎng)控制中心scada（圖像監(jiān)控與

8、數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)主站dms，dms根據(jù)故障信息自動(dòng)生成故障向量g，scada中心利用gis地理信息數(shù)據(jù)庫，建立配電網(wǎng)絡(luò)與故障線路開關(guān)鄰接的矩陣和及故障信息向量，信息處理系統(tǒng)按照軟件算法進(jìn)行矩陣數(shù)學(xué)運(yùn)算，形成故障判定矩陣p，scada依照矩陣計(jì)算結(jié)果，在gis地理信息數(shù)據(jù)庫中按照矩陣p結(jié)果，生成故障區(qū)段的準(zhǔn)確地理圖像位置，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)庫信息，精準(zhǔn)定位出故障線路的故障點(diǎn)位置，同時(shí)gis系統(tǒng)通過配電終端通信裝置和可視化系統(tǒng)進(jìn)行故障位置標(biāo)記，發(fā)出故障點(diǎn)相關(guān)信息到手機(jī)app或者其他終端，搶修人員根據(jù)手持終端信息組織現(xiàn)場搶修、處理后，根據(jù)工作流程及時(shí)恢復(fù)供電。gis配電網(wǎng)故障定位技術(shù)關(guān)鍵在于利用數(shù)學(xué)

9、模型定義、描述故障所有信息，并通過軟件算法進(jìn)行高效、快速求解。如今，對(duì)于測控區(qū)故障定位，結(jié)合可視化系統(tǒng)，以及配電終端rtu、ftu通信控制終端設(shè)備和各種探頭，故障定位比較精準(zhǔn)，故障處理迅速便捷。但是對(duì)于非測控區(qū)的故障定位，還需要進(jìn)一步完善gis系統(tǒng)，結(jié)合傳統(tǒng)故障測距定位方法和供電區(qū)域客服中心，建立通暢的定位響應(yīng)及預(yù)案處置機(jī)制，及時(shí)根據(jù)客服中心提供信息利用scada管理平臺(tái)，加強(qiáng)內(nèi)部溝通與管理，形成快速搶修通道，解決供配電終端的各類故障，確保配電終端運(yùn)行安全。scada電力綜合管理平臺(tái)目前建設(shè)基本完善，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，能夠集合各種客服中心投訴信息，建立粗糙集合，并根據(jù)粗糙集合理論和各種算法，

10、快速對(duì)非測控區(qū)配電網(wǎng)故障定位進(jìn)行描述、分析和判定，能夠根據(jù)實(shí)際情況處理各種問題，基本上解決了故障精確定位、故障隔離、故障搶修和供電恢復(fù)的復(fù)雜工作。4. 故障自診斷算法配電終端的自診斷啟動(dòng)包括持續(xù)診斷、周期診斷以及監(jiān)控診斷三種方式。根據(jù)自診斷模型及向量數(shù)據(jù)屬性，在自診斷命令啟動(dòng)后，由自診斷模塊的各監(jiān)控模塊持續(xù)采集功能模塊中的狀態(tài)信息 mi，并將其存入狀態(tài)緩存序列中。定義在 j 時(shí)刻生成狀態(tài)序列為sj，則在（ j +1） 時(shí)刻生成狀態(tài)序列為 sj + 1。在（ j + 1） 時(shí)刻，將 sj與 sj + 1序列中的值分別按照自診斷模型進(jìn)行故障狀態(tài)判定，生成狀態(tài)判定向量值; 若此時(shí)判定結(jié)果全為 0，則此時(shí)自診斷結(jié)果為無故障; 若存在非零項(xiàng)，則需進(jìn)一步進(jìn)行故障識(shí)別。  si故障判定 mi5.結(jié)語本文提出了一種配電終端自診斷方法。在介紹配電終端的原理與故障特性的基礎(chǔ)上，分析了配電終端的中央處理單元、通信模塊、電源模塊、操作控制回路以及采集模塊工作原理。詳細(xì)給出了各模塊的故障自診斷原理和方法，最后定義了狀態(tài)判定向量與故障識(shí)別向量的征兆與屬性值。該方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)狀態(tài)緩存序列中數(shù)據(jù)的判定與識(shí)別。參考文獻(xiàn)1邵東.智能配電終端及其標(biāo)準(zhǔn)化建模分析j.通訊世界，2018（8）：146-1472左高，方金國，向馳等.配電自動(dòng)化終端設(shè)備中信息安全加密模塊設(shè)計(jì)j.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，