CN113391161A - 基于故障指示器的配电线路故障点定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于故障指示器的配电线路故障点定位方法及系统，包括如下步骤：步骤S1、建立集成式故障指示器、边缘计算机以及管理终端机之间的通信连接；步骤S2、在管理终端机中建立巡检表；步骤S3、边缘计算机实时监控集成式故障指示器的状态信息，采用动态扫描的方式获知集成式故障指示器的工作状态；步骤S4、边缘计算机获取故障线路的集成式故障指示器的故障信息并将故障信息发打包成信息块发送至主站的管理终端机；步骤S5、管理终端机对获取到的故障信息块进行解密，得到集成式故障指示器的位置信息以及故障码。该方案在快速定位故障信息的同时，采用两套加密算法保障了信息单相传输的安全可靠性能。

Description

基于故障指示器的配电线路故障点定位方法及系统

技术领域

本发明涉及配电网故障定位技术领域，具体的，涉及基于故障指示器的配电线路故障点定位方法及系统。

背景技术

现有架空配电线路故障指示器可根据是否具备通信功能，划分为就地型故障指示器和带通信故障指示器，其中常规带通信功能的故障指示器由故障指示器和数据采集终端组成，故障指示器检测到线路故障不仅可就地翻牌或闪光告警，还可通过短距离无线方式将故障信息传至数据采集终端，终端再通过无线公网或光纤方式将故障信息送至主站。但带通信故障指示器向主站发送的故障信息只包含线路杆号和故障信息，而不包含故指的实际位置信息，对于经验不足或不熟悉现场实际环境的运维人员可能无法通过故障信息准确查找出故指实际的安装位置；若遇到故指拆改位置同时未同步修改PMS系统台账信息，或故指基础台账信息录入不准确，将对故指实际位置的查找产生干扰，从而大大增加故障查找难度。

当前，配电自动化强调实时双向交互，业务只关注了主站侧安全防护、终端对主站的认证。由于配电自动化终端数量众多，配电自动化系统中主要采用单向认证的兼容模式，故障信息采集同样面临部署地点开放，非法用户通过伪造或者篡改终端的方式窃取数据，需要针对密钥遭到截取或泄露、加密保护措施不足通信过程安全控制欠缺、通信遭到监听等情况，需要研究安全防护措施，以防止重要的故障数据被窃听或篡改而造成重大的电力运行安全事故。

中国专利，公开号：CN111650473A，公开日：2020年9月11日，本发明提供一种基于故障指示器的配电网故障区段定位方法，涉及配电网故障定位技术领域。该方法包括：建立带有虚拟馈线的关联矩阵A、建立反映配电网结构状态的邻接表和运用迭代方法校正得到准确的故障指示器状态信息矩阵B；故障指示器状态信息矩阵B和关联矩阵A以及馈线状态矩阵C存在这样的关系：B＝AC。建立带有虚拟馈线的关联矩阵A可以解决含有分布式电源的配电网问题；由于本发明对故障指示器的状态信息准确性有很强的依赖性，所以采用邻接表来反应配电网结构，运用迭代方法对故障指示器状态信息进行校正，提高了定位的准确性。通过仿真实例，验证了本发明的有效性。该方案可以快速准确的定位故障区段，但故障信息在传输过程中容易受到窃听和篡改，对电力信息运行带来安全隐患。

发明内容

本发明的目的是解决故障信息在传输过程中面临的被窃听、篡改等网络安全事故带来的电力运行安全隐患的问题，提出了基于故障指示器的配电线路故障点定位方法及系统，该方案在快速定位故障信息的同时，采用两套加密算法保障了信息单相传输的安全可靠性能。

为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，基于故障指示器的配电线路故障点定位方法，包括有如下步骤：

步骤S1、在架空线路的干线和支线的开关点处安装集成式故障指示器，通过边缘计算机实时获取集成式故障指示器的状态信息；

步骤S2、在管理终端机中建立巡检表，所述巡检表的每一个查询位包括有当前集成式故障指示器的属性信息以及对应集成式故障指示器的邻接信息；

所述属性信息包含有集成式故障指示器的编号信息、地理坐标信息以及故障码信息；

所述邻接信息包含有每个集成式故障指示器的上下游集成式故障指示器的地理坐标信息；

步骤S3、边缘计算机实时监控集成式故障指示器的状态信息，采用动态扫描的方式获知集成式故障指示器的工作状态；

步骤S4、边缘计算机获取故障线路的集成式故障指示器的故障信息并将故障信息发打包成信息块发送至主站的管理终端机；

步骤S5、管理终端机对获取到的故障信息块进行解密，得到集成式故障指示器的位置信息以及故障码，指定距离故障点最近的巡检人员前去检修。

步骤S3中，边缘计算机存储有集成式故障指示器正常工作状态序列arrayA，采用动态扫描的方式获知集成式故障指示器的工作状态包括如下步骤：

S31、边缘计算机根据预设的采集周期或者根据被动式触发机制依次采集域内所有集成式故障指示器的状态信息并转换成实时状态序列arrayB；

S32、实时状态序列arrayB和正常工作状态序列arrayA的对应位相乘得到故障序列arrayC；采用动态扫描的方式对故障序列进行甄别，其中集成式故障指示器正常运行在序列中的值为“1”，集成式故障指示器发生故障时在序列中的值为“0”。

步骤S4中，根据故障序列找到故障点对应的集成式故障指示器获取故障码，并获取当前集成式故障指示器的上下游集成式故障指示器的地理坐标信息，通过第一加密算法对上下游集成式故障指示器的地理坐标信息进行加密成第一密文块，将故障信息对应的明文信息和第一密文块打包成信息块并通过第二加密算法进行加密生成第二密文块发送至主站的管理终端机。

通过第一加密算法对上下游集成式故障指示器的地理坐标信息进行加密成第一密文块包括如下步骤：

分别将上下游集成式故障指示器的地理坐标信息转换成长度为L的二进制码X和二进制码Y，分别将二进制码X和Y切割成i等份的子序列，记做：X＝(x₁,x₂,……,x_i)；Y＝(y₁,y₂,……,y_i)，其中每一子序列包含有长度为L/i的二进制码，若二进制码长度不足则按位补0，通过约定好的插值方式进行插值计算，插值完成后的两组二进制码序列串F拼接成长度为2L的第一密文块。

插值计算包括如下步骤：

选定二进制码X作为基链块，其中基链块包含有i个基位，二进制码Y按插值序列码D的插值逻辑进行插值，将二进制码Y的子序列根据插值序列码D的插值逻辑同时插入二进制码X的基位后方组成一个子序列个数为2i的新的序列串F；其中插值序列码D为边缘计算机和管理终端机之间约定的一种插值逻辑。

将故障信息对应的明文信息和第一密文块打包成信息块并通过第二加密算法进行加密生成第二密文块包括如下步骤：

边缘计算机获取到故障信息后唤醒被动式的信息交互机制，边缘计算机与管理终端机实现信息交互：

边缘计算机获取管理终端机的第一公钥信息，通过第一公钥信息对故障信息对应的明文信息和第一密文块进行加密生成第二密文块；通过边缘计算机自身的第二公钥信息对第二密文块信息进行签名，并将签名信息和第二密文块打包发送至管理终端机；

管理终端机收到信息后验证签名信息的有效性；如果无效，则丢弃并报错；若验证成功，则通过自身的秘钥对第二密文块进行解密；

解密成功后得到故障码信息和对应的第一密文块，将第一密文块切割成子序列个数为2i的序列串F，子序列中二进制码个数为L/i；采用约定的插值序列码D对应的恢复序列码R对序列串F进行攫取，攫取后的序列串F变成了的两组长度为L的二进制码即为表示上下游集成式故障指示器的地理坐标信息二进制码X和二进制码Y；

管理终端机根据查表法比对邻接信息中的上下游集成式故障指示器的地理坐标信息获知当前的集成式故障指示器所在巡检表中的位置，通过查看当前位置的属性信息即可获得当前故障点的位置信息，并根据故障码反应的故障类型以及对应的故障应对措施制定故障解除策略。

基于故障指示器的配电线路故障点定位系统包括有安装在架空线路的干线和支线的开关点处的集成式故障指示器、设置在架空线路近端的边缘计算机以及与边缘计算机通讯连接的管理终端机。

所述集成式故障指示器包括有故障指示器以及设置在故障指示器内的辅助定位装置。

所述边缘计算机包括有数据处理单元、数据存储单元以及数据收发单元，所述数据处理单元用于对采集的集成式故障指示器的工作状态数据进行处理、甄别、打包以及加密；所述数据存储单元存储有集成式故障指示器正常工作状态序列arrayA、插值计算规则、第一加密规则以及第二加密规则；所述数据收发单元分别与集成式故障指示器和管理终端机通信。

所述管理终端机通信包括有数据查询单元以及数据解密单元，所述数据解密单元用于对接收的加密信息块进行解密，所述数据查询单元通过查询巡检表定位到目标集成式故障指示器的地理位置信息以及对应的故障码类型，通过故障决策树制定故障修复措施。

本发明的有益效果：本发明基于故障指示器的配电线路故障点定位方法及系统针对故障信息在传输过程中面临的被窃听、篡改等网络安全事故带来的电力运行安全隐患的问题，设计了一种方案，该方案对目标集成式故障指示器的地理坐标信息进行了隐藏，通过其上下游集成式故障指示器的地理坐标信息间接获取目标集成式故障指示器的地理坐标信息，并对上下游集成式故障指示器信息进行了第一次加密，在边缘计算机发送故障信息块之前对故障信息进行了第二次加密，保证了故障信息块只能被管理终端机解码读取，并通过验证签名信息保证了信息的可溯源和真实性，该方案在快速定位故障信息的同时，采用两套加密算法保障了信息单相传输的安全可靠性能。

附图说明

图1为本发明的基于故障指示器的配电线路故障点定位方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图1所示，基于故障指示器的配电线路故障点定位方法流程图，包括有如下步骤：

步骤S1、在架空线路的干线和支线的开关点处安装集成式故障指示器，通过边缘计算机实时获取集成式故障指示器的状态信息，建立集成式故障指示器、边缘计算机以及管理终端机之间的通信连接。

步骤S2、在管理终端机中建立巡检表，所述巡检表的每一个查询位包括有当前集成式故障指示器的属性信息以及对应集成式故障指示器的邻接信息；

所述属性信息包含有集成式故障指示器的编号信息、地理坐标信息以及故障码信息；

所述邻接信息包含有每个集成式故障指示器的上下游集成式故障指示器的地理坐标信息。

步骤S3、边缘计算机实时监控集成式故障指示器的状态信息，采用动态扫描的方式获知集成式故障指示器的工作状态；

步骤S3中，边缘计算机存储有集成式故障指示器正常工作状态序列arrayA，采用动态扫描的方式获知集成式故障指示器的工作状态包括如下步骤：

S31、边缘计算机根据预设的采集周期或者根据被动式触发机制依次采集域内所有集成式故障指示器的状态信息并转换成实时状态序列arrayB；

S32、实时状态序列arrayB和正常工作状态序列arrayA的对应位相乘得到故障序列arrayC；采用动态扫描的方式对故障序列进行甄别，其中集成式故障指示器正常运行在序列中的值为“1”，集成式故障指示器发生故障时在序列中的值为“0”。

步骤S4、边缘计算机获取故障线路的集成式故障指示器的故障信息并将故障信息发打包成信息块发送至主站的管理终端机包括如下步骤：

根据故障序列找到故障点对应的集成式故障指示器获取故障码，并获取当前集成式故障指示器的上下游集成式故障指示器的地理坐标信息，通过第一加密算法对上下游集成式故障指示器的地理坐标信息进行加密成第一密文块，将故障信息对应的明文信息和第一密文块打包成信息块并通过第二加密算法进行加密生成第二密文块发送至主站的管理终端机；

通过第一加密算法对上下游集成式故障指示器的地理坐标信息进行加密成第一密文块包括如下步骤：

分别将上下游集成式故障指示器的地理坐标信息转换成长度为L的二进制码X和二进制码Y，分别将二进制码X和Y切割成i等份的子序列，记做：X＝(x₁,x₂,……,x_i)；Y＝(y₁,y₂,……,y_i)，其中每一子序列包含有长度为L/i的二进制码，若二进制码长度不足则按位补0，通过约定好的插值方式进行插值计算，插值完成后的两组二进制码序列串F拼接成长度为2L的第一密文块；

插值计算包括如下步骤：

选定二进制码X作为基链块，其中基链块包含有i个基位，二进制码Y按插值序列码D的插值逻辑进行插值，将二进制码Y的子序列根据插值序列码D的插值逻辑同时插入二进制码X的基位后方组成一个子序列个数为2i的新的序列串F；其中插值序列码D为边缘计算机和管理终端机之间约定的一种插值逻辑。

适用于本实施例中的插值法的一种具体事例如下：

假设本实施例中插值计算的插值序列码D＝(1，4，3，2)，i＝4，则二进制码X＝(x₁,x₂,x₃,x₄)；二进制码Y＝(y₁,y₂,y₃,y₄)；插值后的序列串F＝(x₁,y₁,x₂,y₄,x₃,y₃,x₄,y₂)。

将故障信息对应的明文信息和第一密文块打包成信息块并通过第二加密算法进行加密生成第二密文块包括如下步骤：

边缘计算机获取到故障信息后唤醒被动式的信息交互机制，边缘计算机与管理终端机实现信息交互：

边缘计算机获取管理终端机的第一公钥信息，通过第一公钥信息对故障信息对应的明文信息和第一密文块进行加密生成第二密文块；通过边缘计算机自身的第二公钥信息对第二密文块信息进行签名，并将签名信息和第二密文块打包发送至管理终端机；

管理终端机收到信息后验证签名信息的有效性；如果无效，则丢弃并报错；若验证成功，则通过自身的秘钥对第二密文块进行解密；

解密成功后得到故障码信息和对应的第一密文块，将第一密文块切割成子序列个数为2i的序列串F，子序列中二进制码个数为L/i；采用约定的插值序列码D对应的恢复序列码R对序列串F进行攫取，攫取后的序列串F变成了的两组长度为L的二进制码即为表示上下游集成式故障指示器的地理坐标信息二进制码X和二进制码Y；由于上述具体实施例中序列串F＝(x₁,y₁,x₂,y₄,x₃,y₃,x₄,y₂)；插值序列码D＝(1，4，3，2)，对应的恢复序列码R＝2D＝(2，8，6，4)；按位进行攫取后的序列串F变成了的两组长度为L的二进制码即为表示上下游集成式故障指示器的地理坐标信息二进制码X和二进制码Y；即得到X＝(x₁,x₂,……,x_i)和Y＝(y₁,y₂,……,y_i)。

管理终端机根据查表法比对邻接信息中的上下游集成式故障指示器的地理坐标信息获知当前的集成式故障指示器所在巡检表中的位置，通过查看当前位置的属性信息即可获得当前故障点的位置信息，并根据故障码反应的故障类型以及对应的故障应对措施制定故障解除策略。

步骤S5、管理终端机对获取到的故障信息块进行解密，得到集成式故障指示器的位置信息以及故障码，指定距离故障点最近的巡检人员前去检修。

基于故障指示器的配电线路故障点定位系统包括有安装在架空线路的干线和支线的开关点处的集成式故障指示器、设置在架空线路近端的边缘计算机以及与边缘计算机通讯连接的管理终端机；集成式故障指示器包括有故障指示器以及设置在故障指示器内的辅助定位装置；边缘计算机包括有数据处理单元、数据存储单元以及数据收发单元，所述数据处理单元用于对采集的集成式故障指示器的工作状态数据进行处理、甄别、打包以及加密；所述数据存储单元存储有集成式故障指示器正常工作状态序列arrayA、插值计算规则、第一加密规则以及第二加密规则；所述数据收发单元分别与集成式故障指示器和管理终端机通信。

以上所述之具体实施方式为本发明基于故障指示器的配电线路故障点定位方法及系统的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.基于故障指示器的配电线路故障点定位方法，其特征在于：包括有如下步骤：

步骤S1、在架空线路的干线和支线的开关点处安装集成式故障指示器，通过边缘计算机实时获取集成式故障指示器的状态信息；

步骤S2、在管理终端机中建立巡检表，所述巡检表的每一个查询位包括有当前集成式故障指示器的属性信息以及对应集成式故障指示器的邻接信息；

所述属性信息包含有集成式故障指示器的编号信息、地理坐标信息以及故障码信息；

所述邻接信息包含有每个集成式故障指示器的上下游集成式故障指示器的地理坐标信息；

步骤S3、边缘计算机实时监控集成式故障指示器的状态信息，采用动态扫描的方式获知集成式故障指示器的工作状态；

步骤S4、边缘计算机获取故障线路的集成式故障指示器的故障信息并将故障信息发打包成信息块发送至主站的管理终端机；

步骤S5、管理终端机对获取到的故障信息块进行解密，得到集成式故障指示器的位置信息以及故障码，指定距离故障点最近的巡检人员前去检修。

2.根据权利要求1所述的基于故障指示器的配电线路故障点定位方法，其特征在于：

步骤S3中，边缘计算机存储有集成式故障指示器正常工作状态序列arrayA，采用动态扫描的方式获知集成式故障指示器的工作状态包括如下步骤：

S31、边缘计算机根据预设的采集周期或者根据被动式触发机制依次采集域内所有集成式故障指示器的状态信息并转换成实时状态序列arrayB；

S32、实时状态序列arrayB和正常工作状态序列arrayA的对应位相乘得到故障序列arrayC；采用动态扫描的方式对故障序列进行甄别，其中集成式故障指示器正常运行在序列中的值为“1”，集成式故障指示器发生故障时在序列中的值为“0”。

3.根据权利要求1所述的基于故障指示器的配电线路故障点定位方法，其特征在于：

步骤S4中，根据故障序列找到故障点对应的集成式故障指示器获取故障码，并获取当前集成式故障指示器的上下游集成式故障指示器的地理坐标信息，通过第一加密算法对上下游集成式故障指示器的地理坐标信息进行加密成第一密文块，将故障信息对应的明文信息和第一密文块打包成信息块并通过第二加密算法进行加密生成第二密文块并发送至主站的管理终端机。

4.根据权利要求3所述的基于故障指示器的配电线路故障点定位方法，其特征在于：

通过第一加密算法对上下游集成式故障指示器的地理坐标信息进行加密成第一密文块包括如下步骤：

分别将上下游集成式故障指示器的地理坐标信息转换成长度为L的二进制码X和二进制码Y，分别将二进制码X和Y切割成i等份的子序列，记做：X＝(x₁,x₂,……,x_i)；Y＝(y₁,y₂,……,y_i)，其中每一子序列包含有长度为L/i的二进制码，若二进制码长度不足则按位补0，通过约定好的插值方式进行插值计算，插值完成后的两组二进制码序列串F拼接成长度为2L的第一密文块。

5.根据权利要求4所述的基于故障指示器的配电线路故障点定位方法，其特征在于：

插值计算包括如下步骤：

选定二进制码X作为基链块，其中基链块包含有i个基位，二进制码Y按插值序列码D的插值逻辑进行插值，将二进制码Y的子序列根据插值序列码D的插值逻辑同时插入二进制码X的基位后方组成一个子序列个数为2i的新的序列串F；其中插值序列码D为边缘计算机和管理终端机之间约定的一种插值逻辑。

6.根据权利要求3或4所述的基于故障指示器的配电线路故障点定位方法，其特征在于：将故障信息对应的明文信息和第一密文块打包成信息块并通过第二加密算法进行加密生成第二密文块包括如下步骤：

边缘计算机获取到故障信息后唤醒被动式的信息交互机制，边缘计算机与管理终端机实现信息交互：

边缘计算机获取管理终端机的第一公钥信息，通过第一公钥信息对故障信息对应的明文信息和第一密文块进行加密生成第二密文块；通过边缘计算机自身的第二公钥信息对第二密文块信息进行签名，并将签名信息和第二密文块打包发送至管理终端机；

管理终端机收到信息后验证签名信息的有效性；如果无效，则丢弃并报错；若验证成功，则通过自身的秘钥对第二密文块进行解密；

解密成功后得到故障码信息和对应的第一密文块，将第一密文块切割成子序列个数为2i的序列串F，子序列中二进制码个数为L/i；采用约定的插值序列码D对应的恢复序列码R对序列串F进行攫取，攫取后的序列串F变成了两组长度为L的二进制码即为表示上下游集成式故障指示器的地理坐标信息二进制码X和二进制码Y；

管理终端机根据查表法比对邻接信息中的上下游集成式故障指示器的地理坐标信息获知当前的集成式故障指示器所在巡检表中的位置，通过查看当前位置的属性信息即可获得当前故障点的地理坐标信息，并根据故障码反应的故障类型以及对应的故障应对措施制定故障解除策略。

7.基于故障指示器的配电线路故障点定位系统，其特征在于：

包括有安装在架空线路的干线和支线的开关点处的集成式故障指示器、设置在架空线路近端的边缘计算机以及与边缘计算机通讯连接的管理终端机。

8.根据权利要求7所述的基于故障指示器的配电线路故障点定位系统，其特征在于：

所述集成式故障指示器包括有故障指示器以及设置在故障指示器内的辅助定位装置。

9.根据权利要求7所述的基于故障指示器的配电线路故障点定位系统，其特征在于：

所述边缘计算机包括有数据处理单元、数据存储单元以及数据收发单元，所述数据处理单元用于对采集的集成式故障指示器的工作状态数据进行处理、甄别、打包以及加密；所述数据存储单元存储有集成式故障指示器正常工作状态序列arrayA、插值计算规则、第一加密规则以及第二加密规则；所述数据收发单元分别与集成式故障指示器和管理终端机通信。

10.根据权利要求7所述的基于故障指示器的配电线路故障点定位系统，其特征在于：

所述管理终端机通信包括有数据查询单元以及数据解密单元，所述数据解密单元用于对接收的加密信息块进行解密，所述数据查询单元通过查询巡检表定位到目标集成式故障指示器的地理位置信息以及对应的故障码类型，通过故障决策树制定故障修复措施。

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