配電網(wǎng)故障智能研判與主動(dòng)搶修技術(shù)分析

孫 瑋

（國網(wǎng)鹽城供電公司，江蘇 鹽城 224000）

當(dāng)前的電力系統(tǒng)運(yùn)行中，電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)大多依賴于客戶提供的維修報(bào)告，無法提供高效、快捷的維修，同時(shí)缺乏對事故成因的研究和預(yù)報(bào)，導(dǎo)致了調(diào)度任務(wù)由多個(gè)班組輪流進(jìn)行。即使在相同的情況下，派發(fā)多份維修作業(yè)單，也會(huì)造成維修資源的浪費(fèi)，客觀上也會(huì)導(dǎo)致維修延遲。歸納起來，總結(jié)出以下問題：一是感應(yīng)速率低；二是缺乏對局部配電網(wǎng)絡(luò)故障的正確認(rèn)知；三是位置解析的速度很緩慢，缺少對相關(guān)停電和故障的綜合分析；四是維護(hù)工作效率低、定位困難、檢修進(jìn)度慢及人力資源消耗大。消極的服務(wù)缺乏對用戶的即時(shí)的數(shù)據(jù)分析，使得公眾會(huì)有更大的意見。這些問題將在未來的發(fā)展中得以有效地解決。然后，根據(jù)電力行業(yè)的現(xiàn)狀，提出了一種以智能化變電站為核心的低壓電力負(fù)荷預(yù)報(bào)與分析的方案。

1 泛在電網(wǎng)中低電壓配電系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方案

1.1 低壓配電網(wǎng)絡(luò)的全監(jiān)控

配電系統(tǒng)的“大腦”是配電系統(tǒng)中的智能化監(jiān)控系統(tǒng)，其負(fù)責(zé)存儲(chǔ)、處理配電設(shè)備的運(yùn)行狀況，以及配電設(shè)備的運(yùn)行狀況，向配電設(shè)備（配電自動(dòng)化終端機(jī)和智能化儀表）發(fā)出指令。配電網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)測也是電網(wǎng)維護(hù)的重要基礎(chǔ)，能夠?qū)ε潆姍C(jī)房的總體運(yùn)行狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、危險(xiǎn)預(yù)警和異常報(bào)警。數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)作為“管道”，連接了現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)，并通過短信、語音和微信等多種可選的方式向有權(quán)限的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)。智能監(jiān)控系統(tǒng)作為“感官”，其任務(wù)是對端測試中的各部分進(jìn)行采集，然后按照相關(guān)的技術(shù)規(guī)程向主控終端發(fā)送。智能執(zhí)行器就是“手腳”，根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，在超出設(shè)定的范圍時(shí)，進(jìn)行智能控制。使配電房的環(huán)境參數(shù)保持在預(yù)定的范圍內(nèi)。中低壓配電網(wǎng)的環(huán)境監(jiān)測示意圖如圖1 所示。

圖1 電網(wǎng)運(yùn)行狀況與環(huán)境監(jiān)測簡圖

1.2 低壓配電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)辨識(shí)

隨著電力市場的運(yùn)營和維修需求的不斷增加，配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也會(huì)隨之改變，因此，無法對現(xiàn)有的電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，使得電力系統(tǒng)的真實(shí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很難得到精確的體現(xiàn)。因此，如何正確地確定配電網(wǎng)的拓?fù)涫鞘钟幸饬x的?；贗P 的寬頻載波技術(shù)，采用信號嵌入技術(shù)，可以動(dòng)態(tài)產(chǎn)生電力公司配電網(wǎng)絡(luò)，并對低壓臺(tái)區(qū)戶變及線變的配電系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的校驗(yàn)，有效地解決低壓臺(tái)區(qū)戶變及線變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)精度不高、校驗(yàn)手段不足等問題。配電網(wǎng)絡(luò)的低電壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 低壓配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)辨識(shí)

1.3 智能臺(tái)區(qū)的營配一體化

該系統(tǒng)將配電網(wǎng)絡(luò)的感知層次快速延伸至低電壓配電網(wǎng)絡(luò)，并在滿足原電能表計(jì)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)低壓拓?fù)鋭?dòng)態(tài)管理、用戶停電事件主動(dòng)上報(bào)等功能，實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)的營配貫通融合。

1.4 低電壓故障的積極修復(fù)

當(dāng)前，電力系統(tǒng)的維護(hù)工作主要依賴于客戶的報(bào)修被動(dòng)進(jìn)行。用戶的用電體驗(yàn)差，企業(yè)的主動(dòng)服務(wù)意識(shí)有待提高。目前的故障感知方法在短時(shí)間內(nèi)很難提高故障類型、覆蓋面和實(shí)時(shí)性，因而不能在一定程度上支持低壓配電網(wǎng)絡(luò)故障后的“主動(dòng)搶修”服務(wù)。

通過對電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)和故障狀態(tài)的實(shí)時(shí)反饋，可以對電力系統(tǒng)的故障進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)，并通過智能臺(tái)區(qū)對低壓實(shí)時(shí)故障研判，進(jìn)而將故障研判結(jié)果主動(dòng)推送至決策人員。決策人員將故障情況通過工單上報(bào)到故障檢修部門，實(shí)現(xiàn)對低壓配電網(wǎng)絡(luò)的主動(dòng)修復(fù)，縮短了檢修周期。低壓故障的主動(dòng)檢修流程如圖3 所示。

圖3 低壓故障的主動(dòng)檢修流程

1.5 低壓配電網(wǎng)絡(luò)的線損管理

低壓配電網(wǎng)線損精細(xì)管理是利用低壓監(jiān)測單元和智能電表，對各進(jìn)、出線關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的凍結(jié)電量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并根據(jù)低壓配電網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型，將各線路的線損進(jìn)行分層統(tǒng)計(jì)。對線路損耗的異常波動(dòng)進(jìn)行預(yù)警，為市場營銷專區(qū)的線損管理提供支持。

2 低壓電網(wǎng)故障智能化分析與判斷

2.1 低電壓故障分析的發(fā)展趨勢

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司關(guān)于加快推進(jìn)供電服務(wù)指揮平臺(tái)建設(shè)的意見》，作為搶修指揮和用戶服務(wù)指揮中心的電力業(yè)務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，應(yīng)具備“對配變及以下設(shè)備低電壓、重過載等運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測”“主動(dòng)研判故障類型、位置和影響范圍，發(fā)放搶修工單”等功能。中、低電壓的故障分析和判斷的一般思路如圖4 所示。

圖4 中、低壓設(shè)備的故障分析和判斷

在智能臺(tái)區(qū)上實(shí)現(xiàn)低壓電力系統(tǒng)的故障分析，可以分為以下2 個(gè)方面。

（1）改造計(jì)量表，加裝低電壓收集設(shè)備。通過對配電變壓器、低壓分路、分支箱和表箱等進(jìn)行低壓監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對配電變壓器、低壓分路、分支箱和表計(jì)量等的檢測。但由于需要投入大量的低壓采集設(shè)備，以及設(shè)備的更新與后期維護(hù)等原因，該方案在網(wǎng)絡(luò)上的推廣面臨著很大的挑戰(zhàn)。

（2）根據(jù)通信經(jīng)營者的光貓資源，實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)的告警。通信部分，光纖入戶工程已經(jīng)基本完成，利用電信運(yùn)營商用戶和市場營銷之間的地址匹配，可以將運(yùn)營商的信息和低壓網(wǎng)絡(luò)的模型進(jìn)行整合，并利用光貓對網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵ζ溥M(jìn)行分析。從而達(dá)到對低壓帶電狀況的全面監(jiān)控。由于系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞延遲和判斷的時(shí)間限制，使得低壓設(shè)備的分析時(shí)間縮短到了2～5 min。該方案的優(yōu)點(diǎn)是，可以在不進(jìn)行現(xiàn)場改造的情況下，充分利用不同行業(yè)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對低壓電網(wǎng)帶電狀態(tài)的全面感知。具有廣泛的推廣能力。

2.2 低壓設(shè)備故障分析的技術(shù)途徑

基于配電網(wǎng)的自動(dòng)繪圖模式，通過整個(gè)銷售體系，完成了“站-行-變-箱-戶”的立體建模、內(nèi)部的數(shù)據(jù)協(xié)作和中壓力的識(shí)別。該方法采用實(shí)時(shí)配變、智能配變、智能設(shè)備采集及用電系統(tǒng)的資料進(jìn)行綜合處理，對專線、專變發(fā)生的中電壓事故進(jìn)行了檢測。跨行業(yè)的數(shù)據(jù)處理，包括所有的低電壓裝置的故障，符合通信運(yùn)營商的要求，并根據(jù)客戶的需求對跨行業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。通過對電力系統(tǒng)的全面覆蓋，實(shí)現(xiàn)對低壓電力的全面感知，并將其與電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對低壓電力的全面感知。

配電網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)營管理是一項(xiàng)新興的、非核心的業(yè)務(wù)。當(dāng)前，由于電力系統(tǒng)本身的智能終端普及率較低，無法實(shí)現(xiàn)對低壓居民的實(shí)時(shí)覆蓋。經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，我國的通信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)已基本實(shí)現(xiàn)了城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)終端的普及。與通信公司合作，在不改變現(xiàn)有配電網(wǎng)的低壓端基礎(chǔ)上，使其能夠在不改變現(xiàn)有電網(wǎng)的低壓端條件下，對其進(jìn)行實(shí)時(shí)的無電預(yù)警。

目前，在本地區(qū)所有電網(wǎng)區(qū)域的寬帶用戶中，電信寬帶用戶占據(jù)了45%（或者50%），本地區(qū)的寬帶用戶中，有45%（50%）是移動(dòng)寬帶用戶，這2 大通信運(yùn)營商的市場份額超過了95%。由于缺乏來自移動(dòng)通信公司的光貓數(shù)據(jù)，以及2 大通信運(yùn)營商在一定范圍內(nèi)的分布不均勻，以及缺乏足夠的數(shù)據(jù)，無法對用戶端的停電狀況做出客觀、準(zhǔn)確、全面的反映，從而為制定相應(yīng)的搶修作業(yè)單提供了困難和障礙。

為了更好地提高對低壓配電網(wǎng)絡(luò)用戶的失電感知能力，及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)放維修作業(yè)單、增加“故障感知系統(tǒng)”的數(shù)量，必須構(gòu)建以手機(jī)用戶為基礎(chǔ)的失電感知系統(tǒng)。將通信光貓的有效失能數(shù)據(jù)與移動(dòng)光貓的有效失能數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，得到的故障數(shù)據(jù)將更加準(zhǔn)確、客觀和及時(shí)。同時(shí)，通過對故障類型、位置和影響程度的分析，建立了1 個(gè)基于人工智能的輔助判斷數(shù)據(jù)庫，為建設(shè)和完善“數(shù)字電網(wǎng)”提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫?；诠庳埖臄嚯娀顒?dòng)感知流程圖如圖5 所示。

圖5 斷電狀態(tài)感知流程圖

3 快速復(fù)電的改進(jìn)策略

由于中低電壓配電線路的供電半徑一般都很大，所對應(yīng)的電力負(fù)荷分布也比較分散，因此，在低電壓配電網(wǎng)中，容易受到地形、環(huán)境和天氣等因素的影響，如果不能及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行問題。同時(shí)，由于電力系統(tǒng)的建設(shè)周期較長，電力系統(tǒng)的配置也不夠合理，從而造成了電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。本地區(qū)的10 kV 輸電線路，主要是城市供電和鄉(xiāng)村供電，城市供電線路以電纜或架空絕緣線路為主，鄉(xiāng)村供電線路以架空裸露線路為主。城鄉(xiāng)電網(wǎng)的供電范圍和供電半徑由供電范圍的差異而引起的失效概率也有很大差異。歸納起來，故障斷電可以分為3 類：天氣因素、設(shè)備缺陷和人為因素。本文分析了本地區(qū)低壓配電網(wǎng)絡(luò)中常見的故障成因，并在此基礎(chǔ)上提出了在智能臺(tái)區(qū)基礎(chǔ)上采取二分法快速恢復(fù)供電的對策。

當(dāng)?shù)蛪号潆娋W(wǎng)跳閘后，在沒有發(fā)現(xiàn)明顯故障信號的情況下，首先對線路進(jìn)行強(qiáng)供電，以判定是否存在永久性故障。強(qiáng)傳輸?shù)呐袆e失效模式如圖6 所示。

圖6 電力強(qiáng)制供應(yīng)模式

當(dāng)051 線斷路器在跳閘后，采用強(qiáng)送電源，如果成功，表明該線路為暫態(tài)故障。如果強(qiáng)行送電失敗，那就是永久故障。在實(shí)際應(yīng)用中，可以遠(yuǎn)程控制斷路器，達(dá)到強(qiáng)供電，提高工作效率。減少再送電的時(shí)間，從而達(dá)到迅速的恢復(fù)。

當(dāng)強(qiáng)制供電失敗時(shí)，通過智能臺(tái)區(qū)內(nèi)的自動(dòng)配電網(wǎng)切換，實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)供電。二分法是在不確定的情況下，使用二分點(diǎn)開關(guān)將其分離出來，這種方法可以同時(shí)恢復(fù)50%的線路。首先，對斷開的2 個(gè)開關(guān)進(jìn)行測試。如果成功，就設(shè)置2 個(gè)分接開關(guān)，采用分段檢查，試送恢復(fù)系統(tǒng)的電源。如果不能，則按單輻線回?fù)?，要找到前一條線路的故障，按分段檢查、試送的方法進(jìn)行供電。對環(huán)形線路，關(guān)閉開關(guān)，進(jìn)行負(fù)載切換，分段檢查，試送，恢復(fù)系統(tǒng)的電源。

例如，如圖7 中所示的單輻線，在051 線斷路器跳閘時(shí)，不能進(jìn)行強(qiáng)傳輸，而不能確定故障點(diǎn)。切斷G01開關(guān)，將線路分成前、后2 部分，再進(jìn)行051 斷路器的出線測試，如果成功，然后，對G01 切換后的線路進(jìn)行檢查；如果G01 開關(guān)失敗，那么首先要檢查G01 開關(guān)的前一條線路，將主干線的電源恢復(fù)到G01，再將G01的電源恢復(fù)。

圖7 單點(diǎn)放射線

如果是環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線，出線051 線斷路器跳閘，如果強(qiáng)制送電失敗，在不清楚的情況下，該電路采用切斷二分點(diǎn)G01 開關(guān)的方法，將其分成前、后2 部分。接上051 斷路器的出線測試，如果成功，將對G01 開關(guān)的后一部分進(jìn)行檢測；如果失敗，首先用電源連接開關(guān)A01來恢復(fù)后一段的電力供應(yīng)，然后用011 線為二分點(diǎn)G01 和A01 號線提供電力，然后再對前一條線路進(jìn)行檢查，重新啟動(dòng)電源。

4 結(jié)束語

本文介紹了中、低電壓配網(wǎng)環(huán)境監(jiān)控及配電網(wǎng)低壓拓?fù)渥R(shí)別等領(lǐng)域的應(yīng)用。在智能臺(tái)區(qū)營配一體化、低壓線路主動(dòng)檢修和低壓配電網(wǎng)線損管理等方面，并在智能臺(tái)區(qū)基礎(chǔ)上，給出了一種新的低壓故障分析方法。針對電網(wǎng)運(yùn)行情況，在智能電網(wǎng)低壓故障研判平臺(tái)的基礎(chǔ)上，對不良天氣、設(shè)備老化等相關(guān)影響因素進(jìn)行排查，以便更加科學(xué)地對線路運(yùn)行進(jìn)行改進(jìn)，提高供電的可靠性，減少用戶的停電時(shí)間。