基于“互聯網+”的配網設備故障防御體系建設與實施

朱本強 公冶祥廣 朱航

摘要：伴隨著信息技術的發(fā)展和消費模式的升級與轉換，互聯網技術已經融入了社會生產和生活各方面。配電網承擔著保障和改善民生重要職責，其直接面向用電用戶的特點決定了其在影響經濟發(fā)展方式轉變、加快城市化進程和電體改革中的重要地位。“互聯網+”在配電網、用戶和生產之間架起了一座暢通無阻的交互橋梁，保障了三者間的良好溝通，是保障電網運行有效性和供電安全、提升用戶服務體驗度、保障消費者合法權益的必由之路?！盎ヂ摼W+”與配網深度融合形成的“電+”在保障配網設備運行與穩(wěn)定，預防配網設備故障、故障精準定位與類型研判、人工神經網絡運維專家系統、服務信息發(fā)布等方面發(fā)揮著重要的作用。

關鍵詞：互聯網+ 配網設備故障智能電網

一、“互聯網+配電網”概念解讀及現狀分析

我國配電網產業(yè)各地區(qū)發(fā)展不均衡，為保障電力系統安全與穩(wěn)定運行，需要對配網設備進行定期和不定期的檢修與維護，為此我國投入了大量的人力和財力資源，但傳統的人工半經驗式故障防御機制效率低下、準確度低，影響著用戶的安全用電。

“互聯網+”的出現為配電網技術更新換代帶來了春天，其依托大數據和信息網絡技術特點能夠在很大程度上降低配網服務的地區(qū)依賴性和不均衡性，最大化運維檢修效率和服務質量，實現信息、業(yè)務與服務的三位一體，也成為生產、配網和用戶間堅實的橋梁。

“互聯網+配電網”的設備故障防御系統應主要由數據信息處理中心、設備故障定位及類型診斷中心、運行維護專家研判中心、服務交互中心等智能化、網絡化的信息中心或平臺組建而成，形成較為完整的產業(yè)服務鏈條，從而降低設備故障發(fā)生率、提高故障處理時效性。大數據、云計算、人工智能算法為配電網提供了強有力的技術支撐，信息共享平臺、專家中心等建設則為配網設備故障防御和快速搶修提供數據支持和精細化管理服務。

二、配網設備常見故障簡要分析

我國配網線路架設距離遠、路徑復雜、環(huán)境多樣，而且覆蓋范圍廣，設備故障檢測與處理一直是“老大難”問題，供電企業(yè)很難處理好服務質量和經濟效益兩方面的矛盾。為使“互聯網+”更好地服務于配網設備故障防御體系，必須先要對配網運行中常見的問題進行分析和歸類，以便針對不同類型故障采取不同的應對策略，更為高效、智能化、自動化地開展智能電網的運維工作。

造成配網設備故障的原因主要分為內力因素和外力因素，其中內力因素主要指的是電氣設備自身引起的故障，外力因素則包括自然社會和人為社會兩方面。

由設備自身因素引起的故障原因主要包括設備線路老化、用電負荷量過大、接地故障、設備更新換代周期長等。自然影響主要指的是自然災害引起的配電線路絕緣層損壞、避雷器被擊穿等，大多發(fā)生在南方沿海地區(qū)和氣候惡劣地區(qū)；由于配網線路的建設環(huán)境復雜多樣，若穿過人口密集的區(qū)域，人為活動就很容易對線路的安全性造成影響，引發(fā)線路故障并對行人的生命安全造成威脅，另外人為因素還包括運維人員職責劃分不明、檢修不及時、巡查不到位等。

三、基于“互聯網+”的配網設備故障防御體系

（一）“互聯網+”下的配網故障定位技術

短路與接地故障是配網設備中常見的故障類型之一，該類型故障的精確定位也是配網運維的難點，“互聯網+”的應用逐漸使得配網故障防御體制，其中特別是融合了生產、運維和通信的配網系統綜合智能處理系統得到了完善和發(fā)展。

按照故障定位原理的不同可將定位技術分為阻抗法、、S信號注入法、廣域通信法、和行波法四種類型，主要手段有測距法和定段法?；谪惾~斯壓縮感知理論的節(jié)點負序電壓方程求解和故障定位技術比傳統的阻抗法具有更好的應用可靠性，解決了傳統方法存在的“偽阻抗”問題（排除“偽故障點”）。通過優(yōu)化參數編碼和相關開關、適應度函數的遺傳算法能夠有效獲知故障電流的參考正方向，提升傳統遺傳算法適應性能力和抗干擾能力，在故障定位仿真實驗中取得了良好的效果。

王吉友（2016）等研發(fā)的《基于網形結構矩陣的配網故障定位方法》算法，結合分布式控制器、數據采集單元、數據傳送單元等實現了區(qū)域配網設備故障的高效和準確定位，為智能配網自動化系統的建設提供了新的案例示范。饋線線路是配網的重要組成部分，準確的故障定位是“互聯網+配電網”體系的基礎，故障準確定位后通過縮短平均故障隔離時間和平均故障預警時間來提升運維管理的效率，進而縮小停電范圍、縮短停電時間，為采取后續(xù)隔離措施和應急對策爭取寶貴的時間，也為用戶提供更加優(yōu)質的電力供應服務。

在互聯網技術高度發(fā)達的時代，只要能夠將配網故障地點準確定位、類型準確識別，就可以通過通訊系統將信息發(fā)送到檢修人員終端或配網信息數據處理中心，即時通過人工或自動化手段做出檢修應答。為保障這一反饋系統的高效運行，電力企業(yè)必須整合現有的故障防御、處理系統和數據信息交互系統，統籌好故障定位和應急防護兩方面內容，優(yōu)化配置相關的人力和物力資源，滿足人們日益增長的用電質量需求。

（二）“互聯網+”下的配網設備故障自動報修服務

傳統的故障報修需要由用電用戶上報故障位置和情況，供電公司再根據故障所在轄區(qū)通過短信、電話等方式派遣搶修人員到現場，搶修人員完成搶修工作后再通知95598客服人員并由前臺登記搶修反饋信息并實時發(fā)布搶修狀態(tài)。從以上流程中可以看出，這樣的生產—服務交互鏈條是十分脆弱的，搶修進度在很大程度上取決于人為因素，效率十分低下。為此，在“互聯網+”的框架下發(fā)展了基于LBS（Location Based Service，地理位置服務）的自助報修業(yè)務，該項技術的核心在于通過互聯網即時傳遞配網故障地理位置信息，實現高效的信息交互服務和智能分析功能，初級地理位置獲取主要由用戶移動終端位置信息來確定，掌握用戶的地理位置之后便可以向用戶通報停電狀況并告知電力恢復時間。

配網GIS（Geographic information system，地理信息系統）系統和SCADA（Supervisory control and data acquisition，數據采集與監(jiān)視控制系統）系統的集成應用能夠可視化電力系統運行中各參數，便于對線路運行實時數據的動態(tài)監(jiān)控與管理，也使得可靈活處理故障停電信息，通過該系統與用戶APP終端、檢修人員APP終端的數據發(fā)布和共享，使用戶和工作人員都能夠及時掌握電力系統的工作狀態(tài)。另外，地理圍欄算法的應用使聯網用戶可自動接收所處區(qū)域內的停電信息，不但方便了用戶了解停電范圍，也便于檢修人員掌握各轄區(qū)的停電狀況以便分發(fā)任務，同時減少了報修話務量。

基于“互聯網+”的配網自動化綜合管理平臺結合LBS等技術可全方位協調故障搶修資源并實時反饋，并提高搶修工作的時效性、規(guī)范性和精準性。

（三）“互聯網+”下的配網設備故障類型遠程診斷技術

對配網設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控是故障診斷的基礎，一般需要利用理論數據評價實測數據，以對設備和整個電力系統的穩(wěn)定性做出評估和預測。故障診斷一般采用數學模型或者人工智能、人工神經網絡技術。前者主要是應用采集歷史數據進行狀態(tài)估計或者利用過程參數估計等方法，后者則是采用歷史案例分析法、故障樹法、模糊數學等。配網故障處理包括故障診斷、故障隔離和故障識別三個主要步驟，一般需要結合SCADA系統和PMS生產管理系統來完成信息收集和通訊任務，利用信息流處理代替人工數據收集處理，具有更加高效便捷的特點。

從系統架構層面講，“互聯網+”概念下的配網設備故障類型遠程診斷技術主要包括表示層、功能層和數據庫三部分，通過人機交互界面完成工作人員、服務器以及設備之間的通訊交流。還需要建設與之配套的軟件平臺，包括跨地域或者跨公司的配網故障信息交流平臺、數據庫和服務器的維護、基于LBS的報修與故障定位模塊等；故障在線檢測設備的研發(fā)與應用也對遠程診斷技術的發(fā)展尤為重要，其通過分布在節(jié)點的探測器采集電網運行數據并定位故障，將收集到的信息通過通訊網絡上傳到遠程主控臺，利用主控臺主機分析數據并通過可視化界面顯示出來，數據采集裝置兼具信號采集、處理與傳輸的功能。高科技技術的支持與高質量服務體系的構建有助于建設“互聯網+配電網”平臺，將電力系統安全與穩(wěn)定、供電服務質量提升到更高的層次。

（四）“互聯網+”下的智能巡檢

無人機、機器人等的研發(fā)應用為配電網提供了高科技線路巡檢方式。無人機可用于巡檢配電線路的架設、投產與驗收等環(huán)節(jié)，彌補人工巡檢安全性低、方位有限、效率低等弊端。機器人多用于變電站巡檢，常用的變電站巡檢機器人帶有智能導航系統，能夠根據預設線路遍歷變電站，并利用紅外檢測、圖像識別、攝像等技術完成故障的預警、檢測等功能；還有搭載超聲波帶點檢測、成像儀等設備的儀器，能夠實時獲取實際影像并采集一次設備的內部局放數據，熱成像儀還能夠監(jiān)測一次設備的發(fā)熱狀況。無人機或機器人搜集到的影像及數據資料能夠自動上傳到工作人員設備端，工作人員通過獲取的數據資料、視頻或音頻資料分析設備故障原因及類型，完成自動化的巡檢工作，提升了工作安全性。智能巡檢器（無人機、機器人等）中的控制終端屬于配網運維管控架構的主控層，負責接收由系統層發(fā)出的指令并分發(fā)到搭載各類傳感器的感知層以此完成對配網設備檢測與監(jiān)控工作。

四、基于“互聯網+”的智能配網運維

在新的技術平臺支撐下，配網運維管理也需要進行升級革新。首先，“互聯網+”的應用加大了電子設備的曝光率，這也對工作人員提出了更新、更高標準的要求。檢修維護人員不但要分析和整理“互聯網+配電網”平臺下的各種數據，同時要掌握配網設備的各種常見故障及其在新平臺下的預警和處理措施，同時還應形成一系列的工作流程標準供廣大從業(yè)人員學習和交流。運維隊伍應由高素質的專家?guī)ь^，能夠對“電+”體系下出現的各類問題做出及時的處理，并與其他技術人員進行交流和溝通，對故障類型設計模型進行修改等。

利用各類監(jiān)控設備采集的數據信息（視頻、音頻、表格、數字等）均要妥善保存和處理，建立專業(yè)的配網設備故障診斷與處理數據庫，便于日后的查閱、分析、處理和解釋工作，同時要充分利用配網運維平臺上的圖形顯示、數據分析等功能，對設備故障做出準確的預測和處理。其中，數據采集與監(jiān)控涉及到閾值的選取與設定，該數值的選取一定要符合相關規(guī)范要求，不能盲目選取，當采集到的數據在閾值之外時將其排除在數據庫之外，只有閾值范圍內的合理數據才能被寫入及讀取。另外，需根據配網設備運行參數的正常范圍設定預警限制值，將威脅到整個電網運行的故障扼殺在搖籃之中，提升供電安全性和穩(wěn)定性。

五、結語

“互聯網+”將電力業(yè)務與互聯網服務相融合，實現了配網設備故障數據的智能化和自動化采集、上傳、分析處理，形成了有效的故障防御和處理體系，為用戶創(chuàng)造了良好的用電環(huán)境，有助于拉近供電企業(yè)和用電用戶之間的距離，提升電力企業(yè)的經濟效益和社會形象。在新形式下，電力單位要不斷深化“互聯網+”與配電網的融合，為智能配網自動化系統創(chuàng)造高標準、高性能、高效率的軟硬件條件。此外，二者的融合與發(fā)展在未來將更多偏向于提供更加智能化的生產和服務上，供電企業(yè)和用電用戶都要做出適應性的調整，跟緊時代步伐，享受便捷的“互聯網+配電網”服務。

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（作者單位：國網濟寧供電公司）

作者簡介：

朱本強，1973年生人，山東濟寧鄒城人，大學學歷，高級技師，主要從事配電運檢管理工作。

公冶祥廣，1987年生人，山東汶上人，碩士研究生學歷，工程師，主要從事人力資源管理工作。

朱航，1992年生人，山東濟寧汶上縣人，碩士研究生學歷，助理工程師，主要從事供電所安全質量管理工作。