周永其 孫建華 寧雪榮 廖曉春

摘要 為提高輸電搶修效率和進(jìn)一步構(gòu)建輸電線路智能化管控平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一種面向?qū)ο?、反映輸電線路各層次變化、容易被計(jì)算機(jī)識(shí)別的高階桿塔模型，該模型在二維桿塔信息基礎(chǔ)上增加了拓?fù)溥B接信息、地理屬性和責(zé)任班組信息，可全面、完整、準(zhǔn)確的反映了輸電線路狀態(tài)，一方面可提高故障桿塔定位準(zhǔn)確度，另一方面輔助輸電線路快速搶修，在曲靖供電局應(yīng)用實(shí)踐證明了該模型可有效支撐精準(zhǔn)桿塔定位，縮短故障恢復(fù)時(shí)間。

【關(guān)鍵詞】高階桿塔 信息建模 輸電線路 桿塔定位

1 高階桿塔建模的必要性

桿塔作為輸電線路基礎(chǔ)設(shè)備和輸電搶修人員確定故障點(diǎn)的依據(jù)，在巡線搶修中發(fā)揮著不可替代的作用，而桿塔本身作為設(shè)備，在輸電線路建設(shè)和維護(hù)中會(huì)出現(xiàn)桿塔移除、π接、T接、同桿并架等情況，如信息不及時(shí)更新，會(huì)為輸電線路故障巡線搶修造成困擾。此外，在易受雷擊、山火、鳥害等影響的桿塔范圍內(nèi)，一般是輸電線路故障常發(fā)地段，如因技術(shù)原因?qū)⒐收隙ㄎ坏街苓厳U塔，輸電搶修人員將無法快速找到故障點(diǎn)解決問題，導(dǎo)致恢復(fù)供電時(shí)間延長(zhǎng)。目前，我國(guó)主要在對(duì)變壓器、斷路器等一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和采集，很少有對(duì)輸電線路的桿塔進(jìn)行系統(tǒng)的建模和監(jiān)視，因此對(duì)輸電線路桿塔進(jìn)行高階建模成為一項(xiàng)迫切的工作。

高階建模在提升原有二維桿塔模型試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上做了以下改變：

1.1 模型中增加了拓?fù)溥B接信息

桿塔并不是孤立的存在，同一條輸電線路上的桿塔形成一條線路，桿塔和線路在拓?fù)淇臻g中可抽象成點(diǎn)和線，全網(wǎng)線路可延展成一個(gè)面，實(shí)現(xiàn)了由點(diǎn)到面的擴(kuò)展。

1.2 模型中對(duì)桿塔的地理屬性也加以描述和考量

受故障分析算法局限性影響，調(diào)控指令中桿塔定位不可避免的存在偏差，因此，在目標(biāo)桿塔附近檢索地理環(huán)境因素容易觸發(fā)的故障，利用大數(shù)據(jù)鎖定故障范圍，當(dāng)然這項(xiàng)工作需要長(zhǎng)時(shí)間積累和完善。比如，在雷雨多發(fā)的地區(qū)，經(jīng)過長(zhǎng)期考察可將容易受到雷電干擾的桿塔進(jìn)行標(biāo)記，當(dāng)附近桿塔出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，可進(jìn)一步對(duì)此標(biāo)記桿塔進(jìn)行檢查，以快速確定故障源。

1.3 模型中增加了責(zé)任班組信息

目前，發(fā)生故障后的處理方式是由調(diào)控中心給出故障距離，輸電搶修人員收到故障距離后查閱桿塔臺(tái)賬，然后手動(dòng)換算成桿塔編號(hào)，確定距離責(zé)任班組，根據(jù)桿塔位置找到故障點(diǎn)再進(jìn)行搶修。利用此模型可以省去很多人工作業(yè)，直接由計(jì)算機(jī)算出故障距離同桿塔編號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)明確責(zé)任班組和巡線范圍。

建設(shè)可全網(wǎng)通用的統(tǒng)一桿塔高階模型不僅為繼電保護(hù)、設(shè)備部、輸電搶修等專業(yè)提供全生命周期的桿塔管理信息化平臺(tái)，也能夠第一時(shí)間把調(diào)控中心決策的故障距離自動(dòng)轉(zhuǎn)換成輸電搶修人員直觀易懂的桿塔編號(hào)，在廣域電網(wǎng)時(shí)鐘技術(shù)支持下還能對(duì)接電網(wǎng)故障處置云發(fā)布平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)快速桿塔定位并落實(shí)到責(zé)任班組，組織快速巡線搶修，根據(jù)地理信息鎖定和標(biāo)記第一時(shí)間列舉全部可疑桿塔，加快輸電搶修人員找到故障位置的速度，及時(shí)解決線路故障，縮短停電時(shí)間。

2 高階桿塔信息建模

2.1 桿塔信息模型

輸電線路稱為線路，變電站稱為節(jié)點(diǎn)，每根桿塔稱為子點(diǎn)，子點(diǎn)擁有編號(hào)、責(zé)任班組、地理位置、使用檔距等信息，通過桿塔間的使用檔距信息，調(diào)度系統(tǒng)通過故障點(diǎn)與變電站間的距離便可直接得到此故障點(diǎn)對(duì)應(yīng)的桿塔及其所屬單位，及時(shí)分配至相應(yīng)的單位進(jìn)行處理。桿塔建模采用完全面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化形態(tài)，以節(jié)點(diǎn)、局域拓?fù)浜途W(wǎng)架拓?fù)鋵訉舆f進(jìn)，桿塔建模信息如圖1。

這個(gè)模型的構(gòu)建的主要做有以下幾個(gè)方面的工作：

2.1.1 導(dǎo)入二維桿塔信息

消化吸收目前各輸電專業(yè)掌握的桿塔臺(tái)賬、表格表示方法、排列格式等，現(xiàn)有二維桿塔臺(tái)賬是歷史遺留的資產(chǎn)和前期投資的成果，對(duì)現(xiàn)有桿塔臺(tái)賬的消化吸收，也意味著對(duì)桿塔業(yè)務(wù)在電網(wǎng)運(yùn)用、管理水平認(rèn)知的深化理解和精準(zhǔn)掌控，不僅能夠極大縮減項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集工作，還能大幅提升項(xiàng)目將來推廣的適用性和經(jīng)濟(jì)性。

2.1.2 錄入桿塔地理屬性

輸電線路故障的發(fā)生主要有以下六個(gè)因素：風(fēng)偏、污閃、雷擊、覆冰、鳥害及山火，這些因素有一定的不確定性，但是很大程度上受到季節(jié)、環(huán)境和氣候的影響，而每根桿塔的地理屬性基本是固定的，因此，將地理屬性分為季節(jié)信息、環(huán)境信息和氣候信息具有實(shí)際意義，地理屬性的錄入不僅需要結(jié)合桿塔的歷史維修記錄并且需要工作人員現(xiàn)場(chǎng)考察。

2.1.3 錄入責(zé)任班組信息

利用桿塔模型中的檔距信息可以得出桿塔編號(hào)，對(duì)戶外作業(yè)的輸電搶修人員，收到的調(diào)度指令中的故障距離反映出來的是具體桿塔編號(hào)，同時(shí)也明確了責(zé)任班組和巡線范圍;對(duì)調(diào)度側(cè)，故障桿塔確定后，搶修人員反饋的桿塔編號(hào)反映到調(diào)度側(cè)即是巡線距離。

2.1.4 子點(diǎn)關(guān)聯(lián)建立

輸電網(wǎng)具有規(guī)模大、結(jié)構(gòu)性強(qiáng)的特點(diǎn)，為了反映電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，不僅需要桿塔相關(guān)的數(shù)據(jù)，同時(shí)還需要采集桿塔間的連接關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系。對(duì)于π接、T接等情況，子點(diǎn)則處于不同線路上，其相鄰桿塔也有多個(gè)，模型中設(shè)計(jì)有一個(gè)或多個(gè)指針，指向相鄰桿塔。

我國(guó)的輸電線路隨著城鄉(xiāng)建設(shè)經(jīng)常處于變動(dòng)中，這就導(dǎo)致桿塔信息發(fā)生變化，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變動(dòng)大，桿塔模型維護(hù)工作多次反復(fù)，維護(hù)人員和責(zé)任班組需要建立有效的協(xié)作機(jī)制，確保輸電線路維修的快速準(zhǔn)確性。

2.2 輸電線路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣?/p>

由輸電線路特點(diǎn)決定，任意兩節(jié)點(diǎn)間的線路有且僅有一條，子點(diǎn)的首尾節(jié)點(diǎn)信息根據(jù)模型信息確定，整個(gè)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，可用如圖2示意圖簡(jiǎn)單說明，選用主變電站Po為根節(jié)點(diǎn)。

假設(shè)P0和P4節(jié)點(diǎn)間出現(xiàn)了故障，其故障距離是D，根據(jù)故障線路首尾端節(jié)點(diǎn)信息找到子點(diǎn)7，假設(shè)其間檔距為do，其相鄰子點(diǎn)8和11，此時(shí)根據(jù)子點(diǎn)的尾端節(jié)點(diǎn)確定出來是子點(diǎn)8屬于故障線路桿塔，do加上其間檔距d1，同樣的找到子點(diǎn)9，其間檔距逐個(gè)相加，直到∑di>曉D。其過程可表示如下：

①選中故障線路中的第一個(gè)子點(diǎn)。

②該桿塔是否最后故障線路尾端節(jié)點(diǎn)，如果不是則跳轉(zhuǎn)到③，如果是則跳轉(zhuǎn)至步驟⑥。

③判斷桿塔到故障線路節(jié)點(diǎn)距離是否大于故障距離，如果不是，運(yùn)行步驟④;如果是則跳轉(zhuǎn)至步驟⑤。

④遍歷該子點(diǎn)的下一個(gè)相鄰子點(diǎn)，找到相應(yīng)故障線路的唯一子點(diǎn)，桿塔到故障線路節(jié)點(diǎn)距離加上相應(yīng)檔距。

⑤取出指針中的桿塔相關(guān)信息，比較該桿塔前后相鄰幾個(gè)桿塔是否處于易發(fā)事故地理環(huán)境中，如果是則將該桿塔附近的桿塔作為故障點(diǎn)發(fā)送給責(zé)任班組。

⑥桿塔定位結(jié)束，反饋?zhàn)狱c(diǎn)對(duì)應(yīng)位置信息。

對(duì)于輸電線路的變動(dòng)、增加或刪除的情況，如果用傳統(tǒng)的修改方式，改動(dòng)不能全網(wǎng)共享，而且改動(dòng)線路多，難免造成誤差，而采用高階模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則相對(duì)容易，比如在已經(jīng)形成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中添加一根桿塔，則只需要添加該桿塔信息并更改相鄰桿塔相應(yīng)信息，整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自動(dòng)重構(gòu)。

3 應(yīng)用情況

高階桿塔模型部署在曲靖供電局電力調(diào)度控制中心的故障錄波組網(wǎng)分站系統(tǒng)，由該系統(tǒng)完成電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、故障分析及確定故障線路及故障點(diǎn)，經(jīng)過模型測(cè)算出具體桿塔編號(hào)并發(fā)布到桿塔責(zé)任班組。表l為加載高階桿塔模型及相應(yīng)算法前后一年時(shí)間窗內(nèi)，曲靖供電局故障錄波組網(wǎng)分站系統(tǒng)給出的輸電線路故障后首次定位命中次數(shù)的對(duì)比數(shù)據(jù)。

對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，在雷擊、鳥害和風(fēng)偏情況下，故障定位的首次桿塔定位準(zhǔn)確率得到了提升，而其他原因情況下準(zhǔn)確率尤其明顯，則是因?yàn)樵谠姓{(diào)度管理體系下主要依賴于成熟經(jīng)驗(yàn)，一旦出現(xiàn)不可預(yù)期因素則暴露出算法失靈的弊端，而本模型的拓?fù)渌惴ê途C合故障定位技術(shù)的支持，對(duì)場(chǎng)景因素具有明顯的適應(yīng)性，因此在運(yùn)用效果上提升幅度最高。

對(duì)比表2數(shù)據(jù)可以看出，不論在山區(qū)或城區(qū)故障平均搶修時(shí)間均得到了有效減少，地形越復(fù)雜，時(shí)間相對(duì)減少越多，模型應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)越明顯。

更高的準(zhǔn)確度和更快捷的發(fā)布有效縮短了停電時(shí)間，以每次事故平均縮短停電時(shí)間100分鐘計(jì)算，每年可為曲靖局減少停電損失逾3000余萬元。

4 結(jié)束語

高階桿塔信息建模的運(yùn)用有效支撐了電力系統(tǒng)繼保自動(dòng)化和智能化的發(fā)展，改變過去人工測(cè)算和多頭管理的低效方式，提升了專業(yè)管理的精密度，提高了廣域電網(wǎng)背景下故障桿塔定位的精度，縮短了巡線搶修時(shí)間.保障了輸電可靠性，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和推廣前景。下一步研究可結(jié)合大數(shù)據(jù)理論進(jìn)行更深入的模型構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)輸電線路監(jiān)視、狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、桿塔定位、巡線搶修、地理定位和軌跡導(dǎo)航于一體的決策支持系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]廖邢軍，黃興，辜良雨等.變量分布模型對(duì)桿塔構(gòu)件可靠度影響[J].廣東電力，2018， 31 （02）： 100-106.

[2]李本瑜，張琳波，廖曉春等.基于錄波數(shù)據(jù)的線路故障判定方法[J].云南電力技術(shù)，2017，45 （al），1-4.

[3]劉毓，陸佳政，羅晶等.架空輸電線路山火同步衛(wèi)星廣域監(jiān)測(cè)與桿塔定位[J].電網(wǎng)技術(shù)，2018，42 （04）：1322-1327.

[4]楊瀟，黃佳瑞，楊帥等，典型桿塔接地體沖擊特性模擬試驗(yàn)研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2018，51 （05）：426-431.

[5]耿鵬云，王綿斌，安磊等，桿塔真型試驗(yàn)費(fèi)定額測(cè)定模型研究[J].中國(guó)電力，2016， 49 （10）： 176-180+184.

[6]倫惠勤，駱燕婷，廖曉春等.同步數(shù)字傳輸體系（SDH）下的精確對(duì)時(shí)方案研究[J]，武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）， 2014， 47 （04）： 485-489+515.

[7]張琳波，李本瑜，廖曉春等.電網(wǎng)故障錄波信息云發(fā)布系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].云南電力技術(shù)，2018 （03）.