电网故障自动检测方法 【技术领域】
本发明涉及计算机自动控制领域，特别是电网故障自动检测方法。
背景技术
目前在我国城市的电网故障的检测还处于十分落后的状态。这体现在两个方面：第一，电网故障几乎处于靠电话汇报或者人工检测的状态，比如某一条线路断电或者设备出了故障无法工作，要有用户打电话通知断电了，或者检修工人发现设备故障，或者监控室发现线路无法正常运行方知发生了故障，故障的检测处于被动状态。一般情况下从故障发生到发现事故，这中间会存在较长的一段时间，造成一些不必要的损失，如果出现大范围的供电混乱乃至停电状态，则完全无法做出快速反应。第二，电网网络的设备位置和拓扑状况，基本上靠人的记忆或者施工图纸，虽然随着计算机的普及，电网设备位置、施工图纸存入了计算机，但也只是展示电网的构建情况，无法自动检测故障。当事故发生时，看图纸，找设备位置，再分析得出当前电网的状况和需要操作的刀闸设备等等，需要花费许多宝贵的时间。显然，现有的这种电网故障检测方式已经无法满足当前的电网需求和我国经济建设高速发展的需要。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种电网故障自动检测的方法，利用计算机网络，自动检测故障位置、类型以及最佳检修方式等。比如计划需要对某一个目前处于带电状态的设备进行检修，需要这个设备处于不带电状态，这时存在一些潜在的约束条件：拉开尽可能少的刀闸；拉开刀闸后，使得某一区域处于停电状态，使该区域中受影响的设备尽可能少；最好能闭合某些刀闸，继续给影响区域供电，以减少受影响范围；而需要闭合某些刀闸，是否会使得原本不带电的设备带电，这些设备中是否有处于维修状态的需要明确。如果以上需要考虑的条件采用人工方式来处理，效率非常低且出错的可能性非常大。使用本发明将大大提高故障检测速度和效率，同时有效增加电网的安全性。减少电网设备的损坏和提高电网的供电效率，节约成本，改善电网的构建布线，另一方面保证电网维修时，人员和电网设备的安全，杜绝意外事故的发生和电网设备意外损坏。
本发明的基本思路是：按照目前城市电网的结构特点，充分利用现有电网拓扑图，将电网中所有电器设备，包括线路、电缆和各种开关都纳入本发明的电网自动检测系统，每一个设备、线路、电缆都给出GIS地理信息系统的平面坐标位置，采用计算机自动控制系统对所有线路和电器设备进行分析判断，迅速给出处理结果。
本发明的目的是这样达到的：一种电网故障自动检测方法，其特征在于：将电网中所有电器设备纳入自动检测网络，自动检测网络采用GIS地理信息系统。电网中的设备数据分别与GIS地理信息系统中的点、线、面数据对应，点、线、面对应的设备分别存储到GIS地理信息系统中的点图层、线图层、面图层。将杆塔设为点设备，每两点设备的中间是线设备，点设备固定在线设备两端，以某一个点设备或线设备作为起点，以电流方向作为基准，按照点-线-点-线-点的方式进行检测，根据总供电源电压等级对供电源的下游设备进行连通性分析检测，包括供电范围分析检测、挂牌操作分析检测和刀闸操作分析检测；上述分析检测完成后，进行新一轮下一级电压的分析检测，依次完成对各级电压的分析检测，在每一轮的检测过程中，将不带本次检测电压级负载的点线设备设定为故障点线设备，将网络中的其他点线设备与本轮检测电压的点线设备分割开来检测。
所述将杆塔作为点设备，是指逻辑杆塔，电网中的设备数据分别与GIS地理信息系统中的点、线、面数据对应，包括开关、刀闸、断路器、变压器以及作为物理杆塔的各种铁塔、水泥塔都作为对应于GIS系统中的点；架空线、电缆、各种连接线对应于GIS系统地线；变电站建筑本身对应于GIS系统的面。
所述供电范围分析是在地图上选中某一设备为起点，获取该设备在电网拓扑中所对应的电器对象，以该对象为起点，按照电网流向正方向和点-线-点-线的逻辑关系查找所有相连通的电器设备对象。
所述挂牌操作分析检测，是从挂牌列表中获取当前的所有挂牌设备和设备所对应的挂牌类型，设置他们当前的状态，和允许挂牌操作的类型，通过检查该设备的电流方向，获取设备的带电状态，对于带电的设备不允许进行直接挂牌操作，只能进行警示挂牌，不带电设备则可以进行挂牌操作和警示操作。
所述刀闸操作分析检测，是选定需要操作的刀闸设备，获取当前刀闸设备的状态，根据当前状态，提供可供的刀闸操作，重设刀闸开合状态，并重设当前电压等级及该电压等级以下的所有设备电压方向，方向设定完成后，重新选中当前操作的刀闸设备所对应的电器对象，设置为起点，进行连通性分析，查找其所有的下游设备，根据查询到的下游设备的电流方向，来判断当前设备是否处于带电状态。所述总供电源包括与总供电源相连通的变电站。
对于处于断开状态的刀闸设备或者停运的设备，作为不带电处理，该设备的下游设备也作为不带电处理。
在每一轮的检测过程中，将不带本次检测电压级负载的点线设备设定为故障点线设备，将网络中的其他点线设备与本轮检测电压的点线设备分割开来检测是指当电网检测分析到这些设备时，检测终止，不再将这些设备的下游设备纳入分析范围，即遇到障碍终止该线路的分析。
本发明的优点是：本发明不仅可以快速检测出电网设备故障，更重要的是可以在本系统上接入实时监控设备，在某一设备处于事故状态时，或者输入设置某些设备的开关状态，能够在计算机上快速直观的模拟出当前事故事态所造成的影响，和给出一定的处理建议，方便管理人员对整个电网，例如刀闸操作所会造成的影响得到清晰的了解。以前需要较长时间、乃至很多人一起研究分析才能得出的结论，现在只要在地图上模拟控制改变设备状态，只需要十几秒乃至几秒就能直观的分析出结论。
【附图说明】
图1是电网设置程序流程图。
图2是设备统计分析流程图。
图3是挂牌操作分析流程图。
图4是刀闸操作分析流程图。
【具体实施方式】
附图给出了本发明的一个具体实施例。
本方法将电网中所有电器设备纳入自动检测网络，自动检测网络采用GIS地理信息系统。
分析目前城市配电网中的结构，有架空线路和电缆线路两种，它们既有共同的地方也有不同之处，网架都是闭环设计开环运行，呈放射状。架空线呈树状结构，被分段开关/联络开关分成多个以其为边界的馈线段，每个馈线段可看成是一个子树，馈线段内部不可控，只有边界上的开关是可控的，在开关处装设故障检测器。架空线的分支较多，一条馈线可能有多个联络开关。所谓的树状结构指：在某一个区域内(比如一个城市的电网)，至少存在一根作为所有线路的供电源线路，以该线路为起点开始给整个区域内的所有设备供电，就像一棵树的营养供应，由至少一个树根开始，为整个大树的所有枝叶供给。为了控制供电范围，而在每个大树枝与主干的连接处，会设置分段开关(刀闸、开关、变压器等)，通过分段开关的闭合来控制下游设备的通断电情况，此刻，该下游设备就可以看作为一个子树，以此类推，整个电网可以被分为多个层次的子树，对于一个子树，只有其端点处(边界、与主干相连接处)的开关可以控制，如果想控制再下游的设备，可以把下游设备作为一个子树来理解。线路通过变压器或者分支箱可以被分成多条线路，即一条供电线路，多条出线线路，这多条出线线路就是通过新增的开关或者刀闸来控制，他们的下游设备可以认为是该供电线路的子树。城市电缆线路多是双电源放射状结构，呈树状。由于电缆线路上发生的故障多为永久性故障，因此需要知道故障的具体位置，目前多在电缆分段的负荷侧装设故障检测器，这将使得电缆线路上故障检测器的数量及分布较架空线多且复杂。采取何种数据结构和有效的搜索策略是配电自动化高级应用软件需要解决的首要问题。
针对以上情况，本发明将电网中所有电器设备纳入分析范围，所谓的电器设备可以泛指在电网运行中的带电设备，比如架空线路、电缆、各种的开关等等，该设备带电与否会影响到电网中其他电器设备的状态。对这些电器设备的控制和检测状态，以达到操作电网的模拟运行。
在地里信息系统中，数据类型可以分为三种：点、线、面，在数据存储的时候就对应了点图层、线图层、面图层，每种图层存储的是该类型的数据。根据这种分类，可以完整的将电网中的设备一一对应过来，比如开关、刀闸、断路器、变压器等，各种铁塔、水泥塔将其定义为物理杆塔，这些都作为对应于GIS系统中的点；而架空线、电缆、各种连接线等，对应于GIS系统的线；变电站建筑本身我们可以把他作为面，面要素更多的是用于背景图层，比如线路所在的地区区域、附近存在的建筑物河流等等，便于在处理电网布线时，辅助参考。综上，电网中的各种设备，可以一一对应到GIS中的点线面，在数据存储上，可以根据设备类型的分类(变压器、开关、架空线等)，将点、线、面对应的设备，分别存储到点图层、线图层、面图层，例如，将所有的开关设备做为点，再将所有的点信息存储到一个点图层；将所有的架空线作为线，再将这些线信息存储到一个线图层。每一个图层，至少有一种设备类型的存储数据。这样，将电网中的各种设备及其必要信息转换为GIS中所对应的数据，就可以将电网信息数字化。架空线中的每一个物理杆塔对应为逻辑杆塔，杆塔设为点设备，每两点设备的中间是线设备，点设备固定在线设备两端，以某一个点设备或线设备作为起点，以电流方向作为基准，按照点-线-点-线-点的方式进行检测，根据总供电源电压等级对供电源的下游设备进行连通性分析检测，包括供电范围分析检测、挂牌操作分析检测和刀闸操作分析检测；上述分析检测完成后，进行新一轮下一级电压的分析检测，依次完成对各级电压的分析检测，在每一轮的检测过程中，将不带本次检测电压级负载的点线设备设定为故障点线设备，将网络中的其他点线设备与本轮检测电压的点线设备分割开来检测。
所有的电器设备，在电网拓扑中，根据其物理特性，被划分为点设备和线设备，点设备有例如开关、刀闸、断路器等等，线设备包括架空线、电缆、站内母线和连接线等等。点设备和线设备在我们网络中，部分在具有其本身的开关状态的同时，还有具有所有电器设备本身共有的属性，即该设备是否可用，是否可用是指设备是否允许或者有能力进入网络，例如刀闸开关等，刀闸开关本身的闭合断开状态可以控制网络电流方向的改变，同时也因为设备本身可以处于停运状态或者检修状态，使得网络方向也会随之改变。所以在我们的网络定义中，根据电网的实际情况，我们在定义电器设备本身具有的开关状态属性的同时，也为设备本身设置了设备是否可用的属性，方便在后面的系统检测和控制中以便操作。
这里需要说明的是，在架空线中，针对该架空线的每个物理杆塔所在点有一个逻辑杆塔存在。逻辑杆塔的设置是因为在一根物理杆塔上可以架设多条线路，比如那种很高的高压铁塔，一个高压铁塔上会被架设多条线路，而在日常中的配电线路中，一个电线杆上，也会有多条架空线，如果这个时候，还是按照一个物理杆塔作为一个点设备，该杆塔上的所有架空线作为线设备“直接”连接在该点设备上，就会造成在GIS数据中错误。现实中是多条线路“放在”一个物理杆塔上，GIS中就成了多条线设备“连接到”一个点设备上。所以针对这种同杆架设的情况，我们引入了“逻辑杆塔”的概念来取代物理杆塔，即在电网设备数字化中，多条架空线线设备在经过一个物理杆塔时，都会用一个逻辑杆塔来作为点设备进行连接，该逻辑杆塔与现实中的该物理杆塔相关联，即一条线路在电网中被分为了多条线段，线段与线段之间通过多个逻辑杆塔相连接，而每一个逻辑杆塔对应于一个物理杆塔，一个物理杆塔对应有多条线路。在业务数据中，逻辑杆塔通过物理杆塔关联，物理杆塔与该架空线关联；而在电网拓扑中，逻辑杆塔作为点设备，直接加入电网分析，将线路“强行”断开，这样做的好处，可以假设逻辑杆塔作为一个可以损坏的点设备，进行分析，可以对线路进行分段处理，比如在查找一条线路损坏的部分线路所在，就可以借助于逻辑杆塔来进行划分。在后期的电网分析中，参与电网连通性的是逻辑杆塔要素，而不是物理杆塔要素。
在电网拓扑中认为线设备的两端必然有点设备，包括逻辑杆塔点设备，点设备在线设备两端，即可以认为，在合法的电网拓扑中，整个网络的端点应该都是点设备，对于孤立的点和线设备作为未纳入网络处理，即他们不可能处于带电状态。不同电网，存在一个或者多个供电源。在电网初始化时，根据总供电源的各个电压等级对供电源的下游设备进行连通性分析，对于与总供电源相连通的变电站也视为供电源，即以总供电源和带电的变电站作为起点，按照该供电源所在电压等级，对该电压等级范围内的所有设备进行连通性检查，按电流由高电压往低电压方向流的规则，对线设备进行方向设定，对于处于断开状态的刀闸设备或者停运的设备，作为不带电处理，该设备的下游设备也作为不带电处理。
在电网自动检测的过程中，其具体步骤包括供电范围分析检测、挂牌操作分析检测和刀闸操作分析检测。
电网供电范围分析检测的具体步骤是：获取当前电网电压等级分布，假设有N个电压等级，当前电压等级V＝N，V＝＝0，是结束，否，获取当前电压等级V范围内所有供电源包括变压器为源，同时获取低一级电压等级V-1范围内所有变压器为断点，设置源为起点，断点为障碍，进行连通性分析，设置所有设备的电流方向，将与V-1范围内所有变压器其相连接的上游线设备设置为障碍，V＝V-1，检查V是否等于0，V等于0，结束，V不等于0，继续进行下一级电压的检测分析。
设备统计分析的具体步骤是：设置起点1，设置起点2，是否在相同线路上，否，重新设置起点2，是，点线点线规则，在地图中查找相连通的地图要素数据，同时在业务数据中获取该线路的所有子设备，如果地图数据中的要素，在业务数据中也能获得，则显示相同部分的结果，然后后结束。
挂牌操作分析的具体步骤是：对故障设备或某些特殊需标示的线路或设备，可根据不同情况挂不同性质的警示牌。保护性挂牌，具有闭锁操作功能。在挂牌前首先需判断挂牌的对象是否带电，带电则提出警告，要求用户先断电再挂牌，方式是通过网络连通性分析，，判断是否该线路上是否有处于挂牌保护状态的设备，如果有系统要发出警告，提醒用户必须按规范操作，先摘牌，再通电。提示性挂牌为一些设备设置标识用，不需要分析判断设备带电状态，可直接挂牌。
刀闸操作分析的具体步骤是：此功能为调度的基本功能，用于模拟分析刀闸设备操作后的线路停供电状态。选定需要操作的刀闸设备，获取当前刀闸设备的状态，根据当前状态，提供可供的刀闸操作，重设刀闸开合状态，并重设当前电压等级及该电压等级以下的所有设备电压方向。方向设定完成后，如果有需要可以重新选中当前操作的刀闸设备所对应的电器对象，设置为起点，进行连通性分析，查找其所有的下游设备，根据查询到的下游设备的电流方向，来判断当前设备是否处于带电状态。