基于“互联网+”的配网设备故障防御体系建设与实施

2022-03-23 09:19:38 | 浏览次数：

摘要：伴随着信息技术的发展和消费模式的升级与转换，互联网技术已经融入了社会生产和生活各方面。配电网承担着保障和改善民生重要职责，其直接面向用电用户的特点决定了其在影响经济发展方式转变、加快城市化进程和电体改革中的重要地位。“互联网+”在配电网、用户和生产之间架起了一座畅通无阻的交互桥梁，保障了三者间的良好沟通，是保障电网运行有效性和供电安全、提升用户服务体验度、保障消费者合法权益的必由之路。“互联网+”与配网深度融合形成的“电+”在保障配网设备运行与稳定，预防配网设备故障、故障精准定位与类型研判、人工神经网络运维专家系统、服务信息发布等方面发挥着重要的作用。

关键词：互联网+ 配网设备故障智能电网

一、“互联网+配电网”概念解读及现状分析

我国配电网产业各地区发展不均衡，为保障电力系统安全与稳定运行，需要对配网设备进行定期和不定期的检修与维护，为此我国投入了大量的人力和财力资源，但传统的人工半经验式故障防御机制效率低下、准确度低，影响着用户的安全用电。

“互联网+”的出现为配电网技术更新换代带来了春天，其依托大数据和信息网络技术特点能够在很大程度上降低配网服务的地区依赖性和不均衡性，最大化运维检修效率和服务质量，实现信息、业务与服务的三位一体，也成为生产、配网和用户间坚实的桥梁。

“互联网+配电网”的设备故障防御系统应主要由数据信息处理中心、设备故障定位及类型诊断中心、运行维护专家研判中心、服务交互中心等智能化、网络化的信息中心或平台组建而成，形成较为完整的产业服务链条，从而降低设备故障发生率、提高故障处理时效性。大数据、云计算、人工智能算法为配电网提供了强有力的技术支撑，信息共享平台、专家中心等建设则为配网设备故障防御和快速抢修提供数据支持和精细化管理服务。

二、配网设备常见故障简要分析

我国配网线路架设距离远、路径复杂、环境多样，而且覆盖范围广，设备故障检测与处理一直是“老大难”问题，供电企业很难处理好服务质量和经济效益两方面的矛盾。为使“互联网+”更好地服务于配网设备故障防御体系，必须先要对配网运行中常见的问题进行分析和归类，以便针对不同类型故障采取不同的应对策略，更为高效、智能化、自动化地开展智能电网的运维工作。

造成配网设备故障的原因主要分为内力因素和外力因素，其中内力因素主要指的是电气设备自身引起的故障，外力因素则包括自然社会和人为社会两方面。

由设备自身因素引起的故障原因主要包括设备线路老化、用电负荷量过大、接地故障、设备更新换代周期长等。自然影响主要指的是自然灾害引起的配电线路绝缘层损坏、避雷器被击穿等，大多发生在南方沿海地区和气候恶劣地區；由于配网线路的建设环境复杂多样，若穿过人口密集的区域，人为活动就很容易对线路的安全性造成影响，引发线路故障并对行人的生命安全造成威胁，另外人为因素还包括运维人员职责划分不明、检修不及时、巡查不到位等。

三、基于“互联网+”的配网设备故障防御体系

（一）“互联网+”下的配网故障定位技术

短路与接地故障是配网设备中常见的故障类型之一，该类型故障的精确定位也是配网运维的难点，“互联网+”的应用逐渐使得配网故障防御体制，其中特别是融合了生产、运维和通信的配网系统综合智能处理系统得到了完善和发展。

按照故障定位原理的不同可将定位技术分为阻抗法、、S信号注入法、广域通信法、和行波法四种类型，主要手段有测距法和定段法。基于贝叶斯压缩感知理论的节点负序电压方程求解和故障定位技术比传统的阻抗法具有更好的应用可靠性，解决了传统方法存在的“伪阻抗”问题（排除“伪故障点”）。通过优化参数编码和相关开关、适应度函数的遗传算法能够有效获知故障电流的参考正方向，提升传统遗传算法适应性能力和抗干扰能力，在故障定位仿真实验中取得了良好的效果。

王吉友（2016）等研发的《基于网形结构矩阵的配网故障定位方法》算法，结合分布式控制器、数据采集单元、数据传送单元等实现了区域配网设备故障的高效和准确定位，为智能配网自动化系统的建设提供了新的案例示范。馈线线路是配网的重要组成部分，准确的故障定位是“互联网+配电网”体系的基础，故障准确定位后通过缩短平均故障隔离时间和平均故障预警时间来提升运维管理的效率，进而缩小停电范围、缩短停电时间，为采取后续隔离措施和应急对策争取宝贵的时间，也为用户提供更加优质的电力供应服务。

在互联网技术高度发达的时代，只要能够将配网故障地点准确定位、类型准确识别，就可以通过通讯系统将信息发送到检修人员终端或配网信息数据处理中心，即时通过人工或自动化手段做出检修应答。为保障这一反馈系统的高效运行，电力企业必须整合现有的故障防御、处理系统和数据信息交互系统，统筹好故障定位和应急防护两方面内容，优化配置相关的人力和物力资源，满足人们日益增长的用电质量需求。

（二）“互联网+”下的配网设备故障自动报修服务

传统的故障报修需要由用电用户上报故障位置和情况，供电公司再根据故障所在辖区通过短信、电话等方式派遣抢修人员到现场，抢修人员完成抢修工作后再通知95598客服人员并由前台登记抢修反馈信息并实时发布抢修状态。从以上流程中可以看出，这样的生产—服务交互链条是十分脆弱的，抢修进度在很大程度上取决于人为因素，效率十分低下。为此，在“互联网+”的框架下发展了基于LBS（Location Based Service，地理位置服务）的自助报修业务，该项技术的核心在于通过互联网即时传递配网故障地理位置信息，实现高效的信息交互服务和智能分析功能，初级地理位置获取主要由用户移动终端位置信息来确定，掌握用户的地理位置之后便可以向用户通报停电状况并告知电力恢复时间。

配网GIS（Geographic information system，地理信息系统）系统和SCADA（Supervisory control and data acquisition，数据采集与监视控制系统）系统的集成应用能够可视化电力系统运行中各参数，便于对线路运行实时数据的动态监控与管理，也使得可灵活处理故障停电信息，通过该系统与用户APP终端、检修人员APP终端的数据发布和共享，使用户和工作人员都能够及时掌握电力系统的工作状态。另外，地理围栏算法的应用使联网用户可自动接收所处区域内的停电信息，不但方便了用户了解停电范围，也便于检修人员掌握各辖区的停电状况以便分发任务，同时减少了报修话务量。

基于“互联网+”的配网自动化综合管理平台结合LBS等技术可全方位协调故障抢修资源并实时反馈，并提高抢修工作的时效性、规范性和精准性。

（三）“互联网+”下的配网设备故障类型远程诊断技术

对配网设备运行状态的实时监控是故障诊断的基础，一般需要利用理论数据评价实测数据，以对设备和整个电力系统的稳定性做出评估和预测。故障诊断一般采用数学模型或者人工智能、人工神经网络技术。前者主要是应用采集历史数据进行状态估计或者利用过程参数估计等方法，后者则是采用历史案例分析法、故障树法、模糊数学等。配网故障处理包括故障诊断、故障隔离和故障识别三个主要步骤，一般需要结合SCADA系统和PMS生产管理系统来完成信息收集和通讯任务，利用信息流处理代替人工数据收集处理，具有更加高效便捷的特点。

从系统架构层面讲，“互联网+”概念下的配网设备故障类型远程诊断技术主要包括表示层、功能层和数据库三部分，通过人机交互界面完成工作人员、服务器以及设备之间的通讯交流。还需要建设与之配套的软件平台，包括跨地域或者跨公司的配网故障信息交流平台、数据库和服务器的维护、基于LBS的报修与故障定位模块等；故障在线检测设备的研发与应用也对远程诊断技术的发展尤为重要，其通过分布在节点的探测器采集电网运行数据并定位故障，将收集到的信息通过通讯网络上传到远程主控台，利用主控台主机分析数据并通过可视化界面显示出来，数据采集装置兼具信号采集、处理与传输的功能。高科技技术的支持与高质量服务体系的构建有助于建设“互联网+配电网”平台，将电力系统安全与稳定、供电服务质量提升到更高的层次。

（四）“互联网+”下的智能巡检

无人机、机器人等的研发应用为配电网提供了高科技线路巡检方式。无人机可用于巡检配电线路的架设、投产与验收等环节，弥补人工巡检安全性低、方位有限、效率低等弊端。机器人多用于变电站巡检，常用的变电站巡检机器人带有智能导航系统，能够根据预设线路遍历变电站，并利用红外检测、图像识别、摄像等技术完成故障的预警、检测等功能；还有搭载超声波带点检测、成像仪等设备的仪器，能够实时获取实际影像并采集一次设备的内部局放数据，热成像仪还能够监测一次设备的发热状况。无人机或机器人搜集到的影像及数据资料能够自动上传到工作人员设备端，工作人员通过获取的数据资料、视频或音频资料分析设备故障原因及类型，完成自动化的巡检工作，提升了工作安全性。智能巡检器（无人机、机器人等）中的控制终端属于配网运维管控架构的主控层，负责接收由系统层发出的指令并分发到搭载各类传感器的感知层以此完成对配网设备检测与监控工作。

四、基于“互联网+”的智能配网运维

在新的技术平台支撑下，配网运维管理也需要进行升级革新。首先，“互联网+”的应用加大了电子设备的曝光率，这也对工作人员提出了更新、更高标准的要求。检修维护人员不但要分析和整理“互联网+配电网”平台下的各种数据，同时要掌握配网设备的各种常见故障及其在新平台下的预警和处理措施，同时还应形成一系列的工作流程标准供广大从业人员学习和交流。运维队伍应由高素质的专家带头，能够对“电+”体系下出现的各类问题做出及时的处理，并与其他技术人员进行交流和沟通，对故障类型设计模型进行修改等。

利用各类监控设备采集的数据信息（视频、音频、表格、数字等）均要妥善保存和处理，建立专业的配网设备故障诊断与处理数据库，便于日后的查阅、分析、处理和解释工作，同时要充分利用配网运维平台上的图形显示、数据分析等功能，对设备故障做出准确的预测和处理。其中，数据采集与监控涉及到阈值的选取与设定，该数值的选取一定要符合相关规范要求，不能盲目选取，当采集到的数据在阈值之外时将其排除在数据库之外，只有阈值范围内的合理数据才能被写入及读取。另外，需根据配网设备运行参数的正常范围设定预警限制值，将威胁到整个电网运行的故障扼杀在摇篮之中，提升供电安全性和稳定性。

五、结语

“互联网+”将电力业务与互联网服务相融合，实现了配网设备故障数据的智能化和自动化采集、上传、分析处理，形成了有效的故障防御和处理体系，为用户创造了良好的用电环境，有助于拉近供电企业和用电用户之间的距离，提升电力企业的经济效益和社会形象。在新形式下，电力单位要不断深化“互联网+”与配电网的融合，为智能配网自动化系统创造高标准、高性能、高效率的软硬件条件。此外，二者的融合与发展在未来将更多偏向于提供更加智能化的生产和服务上，供电企业和用电用户都要做出适应性的调整，跟紧时代步伐，享受便捷的“互联网+配电网”服务。

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（作者单位：国网济宁供电公司）

作者简介：

朱本强，1973年生人，山东济宁邹城人，大学学历，高级技师，主要从事配电运检管理工作。

公冶祥广，1987年生人，山东汶上人，硕士研究生学历，工程师，主要从事人力资源管理工作。