基于拓扑智能分析与展示的配网故障定位系统的设计与实现

【摘 要】在电力生产运行中，中压配电网故障主要为接地故障，且故障点隐蔽，按传统方式不易查找。接地故障对线路变电设备、配电设备、配电网会造成严重的危害。在配电网线路中准确地查找线路故障的区段并进行定位一直是困扰当前配电网运行的技术难点。本文论述的基于拓扑智能分析与展示的配网故障定位系统通过拓扑图形智能搜索分析算法的分析计算，能够准确定位线路故障，减小故障范围，缩短故障处理时间，从而大大减轻停电对居民、生产生活的影响，减少经济损失，减少社会影响，维护电力公司的良好形象。

【关键词】故障定位；深度优先搜索；拓扑分析；前置机

0 引言

国家电网公司提出从2011年开始，坚强智能电网关键技术试点工作全面开展。到2015年，基本建成坚强智能电网，关键技术和装备达到国际领先水平，双向互动服务在大中城市得到推广。

配电网建设是坚强智能电网建设的一个关键环节，同时也是电网运行中较为薄弱的环节。在生产运行中，中压配电网故障主要为接地故障，且故障点隐蔽，按传统方式不易查找。接地故障对线路变电设备、配电设备、配电网会造成严重的危害。在配电网线路中准确地查找线路故障的区段并进行定位一直是困扰当前配电网运行的技术难点。按传统方式，故障发生后由线路维护人员逐段、逐线、逐杆查找，工作强度大，故障处理时间长，影响人们正常生产生活，且对社会造成了不可估量的损失，同时也影响了电网在社会的企业形象。因此，建立一套配网故障定位系统来快速定位故障、解决故障，减少故障处理时间，降低故障所引起的损失，提高企业形象已迫在眉睫。

配网智能故障定位系统的建设有着重要意义，通过本文论述的基于拓扑智能分析与展示的配网故障定位系统能够准确定位线路故障，减小故障范围，缩短故障处理时间，从而大大减轻停电对居民、生产生活的影响，减少经济损失，减少社会影响，维护电力公司的良好形象。由于电能不能储存，一旦发生大面积停电将造成重大损失，及时定位故障，能将损失降低。配电线路故障的快速、准确定位，不仅对修复电路和保证可靠用电，而且对保证整个电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的作用。

1 系统架构（图1）

基于拓扑智能分析与展示的配网故障定位系统分为三层结构，包括故障定位主站和采集前置机两大部分，其中故障定位主站分为数据层、应用层；各层具体实现如下：

1）数据层

数据层主要包括基础数据、图形数据、任务数据、运行数据，其中图形数据来自GPMS系统，是整个配网故障定位系统的核心业务数据来源；基础数据主要来自统一目录，包括电力公司组织机构、人员等基础信息，是系统运行的重要数据支撑。

2）应用层

应用层按业务功能划分为七个功能模块和内部接口服务，是实际应用系统的核心部分，其中内部接口服务是故障定位主站和数据采集层数据传输的桥梁，提供数据交互、消息服务、数据推送等通讯功能方面的服务。

3）终端采集层

终端采集层主要由故障采集终端和故障指示器组成。故障指示器安装在10kV中压配电线路上，A、B、C三相每相各悬挂一个，定时采集配网线路上的负荷电流值、对电场、接地电流基准等数据。故障采集终端一般安装在指示器附近的电线杆上，定时上报线路运行过程中的各项指标数据，也可以接收故障定位主站下发的各种操作命令。

2 业务流程（图2）

故障定位主站的外部接口服务定时从GPMS系统同步的图形数据，根据业务规则自动生成配网图形新增、异动、报废等不同类型的任务工单。

线路运行正常时，故障指示器可以采集线路上的负荷电流值、对地电场、接地电流基准等数据，提供了分析线路运行状态的基础数据。当线路发送故障时，指示器会立即把故障告警信息通过Zigbee 433MHz的方式发送到附近的故障采集终端，再由故障采集终端通过GPRS把告警信息转发到主站，主站在接收到故障信息后会以弹出系统托盘的方式提醒电力值班人员，也支持通过短信的方式将故障告警信息直接发送到电力抢修人员的手机中，便于相关人员及时做出反应。

3 系统关键技术

3.1 深度优先搜索算法

深度优先搜索是一种在开发爬虫早期使用较多的方法。它的目的是要达到被搜索结构的叶结点（即那些不包含任何超链的HTML文件） 。在一个HTML文件中，当一个超链被选择后，被链接的HTML文件将执行深度优先搜索，即在搜索其余的超链结果之前必须先完整地搜索单独的一条链。深度优先搜索沿着HTML文件上的超链走到不能再深入为止，然后返回到某一个HTML文件，再继续选择该HTML文件中的其他超链。当不再有其他超链可选择时，说明搜索已经结束。

深度优先搜索的优点是能遍历一个Web 站点或深层嵌套的文档集合；缺点是因为Web结构相当深，，有可能造成一旦进去，再也出不来的情况发生。

深度优先遍历图的方法是，从图中某顶点v出发：

1）访问顶点v；

2）依次从v的未被访问的邻接点出发，对图进行深度优先遍历；直至图中和v有路径相通的顶点都被访问；

3）若此时图中尚有顶点未被访问，则从一个未被访问的顶点出发，重新进行深度优先遍历，直到图中所有顶点均被访问过为止。

3.2 框架开发

1）主站系统

配网故障定位主站应用采用B/S方式，通过J2EE、组件技术等实现；采集前置机的各类服务采用C/S方式，通过JAVA技术实现。

配网故障定位主站应用服务与采集前置机通过JMS（消息中间件） 进行信息交互。档案数据和定时批量采集数据通过EHcache缓存技术实现。

为了构建高可用性、安全性、集成性、先进性、可扩展性、经济性、可伸缩性和扩展性的配网故障定位系统，系统软件采用成熟、标准的J2EE（Java 2 Enterprise Edition）企业平台架构搭建，采用多层的分布式应用模型、组件再用、一致化的安全模型及灵活的事务控制，使系统具有更好的移植性，以适应配网故障定位主站应用交互性强、用户需求多样化、数据展示个性化，以及系统将来的扩展的需要。

系统软件采用分布式多层结构，典型的软件架构分表现层、应用层、服务层、数据层。根据本系统业务特点 ，应用层进一步细分为采集子层和业务子层、对外接口等。系统软件通过对外接口与外系统交互。

（1）表现层：提供统一的业务应用操作界面和信息展示窗口，是系统直接面向操作用户的部分。

（2）业务层：实现具体业务逻辑，是系统系统的核心层，根据系统的应用特点，业务层可分为采集子层、业务子层、对外接口等。

（3）服务层：提供全局通用的业务服务、报表服务、安全服务等组件服务支持，并实现本系统专用的业务逻辑服务，为业务层提供通用的技术支撑。

（4）数据层：通过大型关系型数据库Oracle 10g实现海量信息的存储、访问、整理，为系统提供数据的管理支持。

2）前置机系统

系统前置服务提供通信服务、采集服务、定时/调度服务和入库服务，统一接收配网故障定位主站应用服务的各种请求任务；统一进行规约解析服务，提供规约加载、规约卸载接口；统一为无线公网（GPRS/CDMA1X）、无线专网（230M）、有线网络（Modem/光纤）等接入方式的通信前置机提供路由服务；无线公网通信服务实现与GPRS/CDMA1X等无线公网接入的终端进行通信，无线专网通信服务实现与230M无线专网接入的终端进行通信，有线通信服务实现与Modem拨号/光纤等有线网接入的终端进行通信。

4 系统在配网运行中试点的应用

系统于2012年12月开始在国网系统内多个供电公司配网运行中进行试点应用，通过在线路故障多发地区的电线上安装故障指示器和故障采集终端，实现了配网故障定位系统对配网运行线路运行状况的实时监控，能够及时准确地判别配网接地故障、短路故障，准确定位故障点。配电网故障智能定位系统解决了配网故障点隐蔽、不易查找等技术难点，将广大线路维修人员从以往的逐段、逐线、逐杆查找的繁重工作中解脱出来，提升了配网自动化水平。

5 结论与展望

基于拓扑智能分析与展示的配网故障定位系统通过建立完善的配网线路运行状态监控机制，集成了拓扑图形智能搜索分析算法，最终实现将广大线路维修人员从以往的逐段、逐线、逐杆查找的繁重工作中解脱出来，提升了配网自动化水平。

【参考文献】

[1]杨济川，李雪男.智能电网建设中配电网的发展与改进[J].北京电力经济技术研究院，2011.

[2]耿洪涛.配电线路故障的实时监测和定位[Z].阜阳供电公司，2007.

[3]程广通.浅析配网自动化功能及其实施[Z].内蒙古送变电有限责任公司，2011.

[4]李肯立，康强，唐卓，沙行勉，杨柳.基于神经网络的访问控制策略优化模型[J].湖南大学计算机与通信学院，2011.

[5]张少彬.配电网馈线自动化系统故障定位的研究及应用[D].国防科学技术大学，2006.

[6]季涛.配电网故障定位技术现状与展望[D].山东大学控制科学与工程学院，2005.

[7]黎永良，崔杜武.MVC设计模式的改进与应用计算机工程[J].2005.

[8]张俐.基于ibatis和设计模式的数据持久层的应用[J].安徽大学学报，2010.