四川中電啟明星信息技術(shù)有限公司 唐冬來 付世峻 尚忠玉 游傳強(qiáng) 倪平波

1 引言

配電臺區(qū)是城市和農(nóng)村供電的載體，配電臺區(qū)的穩(wěn)定性和安全性，直接關(guān)系到企業(yè)和千家萬戶的供電安全，具有重要的經(jīng)濟(jì)價值和社會意義。在早期電網(wǎng)建設(shè)時，更加重視的環(huán)節(jié)是發(fā)電和輸電，配電臺區(qū)往往被輕視。

（1）低壓線路處于監(jiān)管盲區(qū)，無法及時掌握低壓配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。目前運(yùn)檢部監(jiān)測低壓配電網(wǎng)數(shù)據(jù)來源于用電信息采集系統(tǒng)，監(jiān)測設(shè)備只有配電變壓器，且數(shù)據(jù)延遲2天。占低壓配網(wǎng)停電數(shù)量絕大部分的低壓用戶停電缺乏主動感知手段，只能通過用戶故障報修被動獲取，制約著客戶服務(wù)水平進(jìn)一步提升；低壓配網(wǎng)線路設(shè)備缺陷異常只能通過人工現(xiàn)場巡視查找，現(xiàn)有人員力量難以滿足巡視要求，存在不壞不修的問題。

（2）低壓配電網(wǎng)故障處理及時率低、客戶投訴較多。配電運(yùn)維人員在故障搶修時，經(jīng)常出現(xiàn)低壓配電網(wǎng)故障發(fā)現(xiàn)不及時，故障定位不準(zhǔn)確等問題，造成用戶報修后，低壓配電網(wǎng)故障處理及時率低和用戶投訴。

（3）三相負(fù)荷不平衡影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。因低壓用戶用電性質(zhì)不同，負(fù)荷特性差異大，低壓配網(wǎng)三相負(fù)荷存在較大波動性，負(fù)載調(diào)整缺乏支撐手段，三相不平衡調(diào)整工作效率低、工作量大。

（4）低壓配網(wǎng)異動頻繁，信息維護(hù)不及時。低壓設(shè)備及拓?fù)潢P(guān)系經(jīng)異動頻繁，低壓設(shè)備異動變更缺乏管控手段和措施，低壓配網(wǎng)圖模臺賬信息準(zhǔn)確性難以得到保障。

基于這些需求，迫切需要研發(fā)一個集成化、一體化的電網(wǎng)末端智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)末端的全面監(jiān)控、狀態(tài)監(jiān)測、預(yù)研預(yù)判、故障定位、主動搶修和精益管理，為低壓配電網(wǎng)運(yùn)維檢修、投資規(guī)劃提供決策支撐，從而提升電網(wǎng)企業(yè)低壓配電網(wǎng)的管理水平。

2 系統(tǒng)概述

電網(wǎng)末端智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從變電站10kV配電變壓器到380V/220V用戶表計，配網(wǎng)低壓信息的全面采集、實(shí)現(xiàn)低壓配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的綜合、全面監(jiān)測和全面管控。

系統(tǒng)總體采用平臺化結(jié)構(gòu)，利用統(tǒng)一開發(fā)平臺，基于CIM模型構(gòu)建研發(fā)，應(yīng)用功能采用模塊化方式開發(fā)，在統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能在支撐平臺上的“即插即用”，同時能把應(yīng)用包裝成服務(wù)功能，為其他應(yīng)用提供功能服務(wù)。系統(tǒng)架構(gòu)分為智能感知層、數(shù)據(jù)融合層和智能決策三層（如圖1），其中智能感知層數(shù)據(jù)采集部分部署在管理區(qū)，通過智能配變終端采集配電變壓器運(yùn)行狀態(tài)、JP柜環(huán)境狀態(tài)、剩余電流動作保護(hù)器狀態(tài)、三相不平衡調(diào)節(jié)裝置狀態(tài)、用戶側(cè)電表狀態(tài)信息，完成低壓配電網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)收集；數(shù)據(jù)融合層對采集的低壓配電網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備信息進(jìn)行統(tǒng)一處理、分析，建立配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測、故障處理閉環(huán)流程；智能決策層，通過低壓配電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控水平分析、戶變關(guān)系分析等高級應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)配電運(yùn)營精益化管控。

圖1 電網(wǎng)末端智能系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1 電網(wǎng)末端智能監(jiān)測設(shè)備

電網(wǎng)末端是指從配電變壓器高壓樁頭到用戶的供電區(qū)域，由配電變壓器、智能配電單元、低壓線路及用戶側(cè)設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)電能分配、電能計量、無功補(bǔ)償以及供用電信息的自動測量、采集、保護(hù)、監(jiān)控等功能，并具有“標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、自動化、互動化”的智能化特征。電網(wǎng)末端監(jiān)控設(shè)備包括用于對配電變壓器監(jiān)測且具有集中器作業(yè)的智能配變終端、剩余電流動作保護(hù)器、三相負(fù)荷不平衡調(diào)節(jié)裝置、無功補(bǔ)償裝置、用戶側(cè)智能電表等低壓配電網(wǎng)監(jiān)測裝置（如圖2），具體如下：

智能配變終端。安裝在電網(wǎng)末端， 集配電變壓器信息采集、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、當(dāng)?shù)刂悄芸刂婆c通信等功能于一體的二次設(shè)備。

剩余電流動作保護(hù)器。又叫漏電斷路器，主要是用來在設(shè)備發(fā)生漏電故障時以及對有致命危險的人身觸電保護(hù)，具有過載和短路保護(hù)功能，也可用來保護(hù)線路或電動機(jī)的過載和短路。

三相負(fù)荷不平衡調(diào)節(jié)裝置。三相負(fù)荷不平衡調(diào)節(jié)裝置通過快速檢測出接入處無功、負(fù)序、諧波電流，根據(jù)空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）控制方法產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號驅(qū)動控制晶閘管輸出與檢測到的無功、負(fù)序、諧波電流大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流，綜合解決配電臺區(qū)無功、諧波、電壓波動以及三相負(fù)荷不平衡等問題。

無功補(bǔ)償裝置。全稱無功功率補(bǔ)償，是一種在電力供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境的設(shè)備。

用戶側(cè)智能電表。安裝在用電戶側(cè)的表計裝置，除具備傳統(tǒng)電能表基本用電量的計量功能以外，還具有用戶端控制功能、多種數(shù)據(jù)傳輸模式的雙向數(shù)據(jù)通信功能、防竊電功能等智能化的功能。

圖2 電網(wǎng)末端智能監(jiān)測設(shè)備拓?fù)鋱D

2.2 電網(wǎng)末端智能監(jiān)控平臺

針對臺區(qū)線損高、故障定位難、臺區(qū)三相不平衡嚴(yán)重、被動搶修等問題，建立一個集成化、一體化的電網(wǎng)末端智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)低壓配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的綜合、全面監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)的全面管控。

系統(tǒng)的功能架構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行管理及分析、報表及高級應(yīng)用，系統(tǒng)及接口管理四大部分（如圖3），采集智能配變終端、剩余電流動作保護(hù)器、三相負(fù)荷不平衡調(diào)節(jié)裝置、用戶側(cè)電表內(nèi)的電壓、電流、功率、溫度、漏電流等相關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)設(shè)備狀態(tài)的整體監(jiān)控。最終達(dá)到“全面監(jiān)控、狀態(tài)監(jiān)測、預(yù)研預(yù)判、故障定位、主動搶修、精益管理和明確責(zé)任”的目的，具體功能描述如下：

數(shù)據(jù)采集。對智能配變終端、剩余電流動作保護(hù)器、三相負(fù)荷不平衡調(diào)節(jié)裝置、用戶側(cè)電表不同設(shè)備通信規(guī)約解析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

設(shè)備管理。通過對配電臺區(qū)一次和二次設(shè)備的參數(shù)錄入，實(shí)現(xiàn)對臺區(qū)設(shè)備的精益管理和運(yùn)維。

運(yùn)行管理及分析。通過智能監(jiān)測裝置對電流、電壓、功率、功率因數(shù)、溫度、漏電流、諧波數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行全面展示和實(shí)時監(jiān)測控制，整體掌握臺區(qū)設(shè)備運(yùn)行工況，提升配電臺區(qū)自動化水平。

報表及高級應(yīng)用。根據(jù)臺區(qū)實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確定位故障，及故障發(fā)生原因。運(yùn)用人工智能技術(shù)開展故障研判工作，同時結(jié)合信息推送，形成配網(wǎng)搶修人員的智能調(diào)度體系。根據(jù)臺區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)和分析模型，開展臺區(qū)線損分析、停電研判等相關(guān)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析，提高設(shè)備使用壽命及綜合效益。

圖3 電網(wǎng)末端智能監(jiān)控平臺功能架構(gòu)圖

3 系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 全面監(jiān)控低壓配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)健康狀況精準(zhǔn)化評估

通過智能配變終端與寬帶載波采集終端的部署實(shí)施，研發(fā)對低壓臺區(qū)配變重載、三相不平衡、低壓用戶電壓越限等異常事件的監(jiān)控分析與輔助決策功能。實(shí)現(xiàn)低壓線路、表箱過載監(jiān)測、負(fù)荷優(yōu)化方案輔助決策等高級管控功能，進(jìn)一步提高低壓配網(wǎng)運(yùn)維管控能力。開展低壓配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測分析成效與數(shù)據(jù)密度相關(guān)性的研究，制定低壓配網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集頻率的合理標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 戶變連接關(guān)系自動識別與精準(zhǔn)校驗(yàn)，提升營配貫通管理水平

應(yīng)用智能電表數(shù)據(jù)、低壓電網(wǎng)寬帶載波采集終端數(shù)據(jù)與營配貫通工作成果，應(yīng)用數(shù)據(jù)聚類算法，實(shí)現(xiàn)營配貫通數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性核查與智能化修正。通過加裝智能配變終端和寬帶載波終端，利用電力線載波通訊供電通道與通訊通道一致的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)配變與表箱連接關(guān)系、表箱接線相位關(guān)系的自動識別，從根本上解決低壓配網(wǎng)異動管控的難題。

3.3 低壓配網(wǎng)停電事件實(shí)時研判與主動服務(wù)

通過低壓電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)研發(fā)配變停電監(jiān)測功能，利用智能配變終端采集的低壓用戶停電事件主動上報功能，綜合分析停電計劃、0.4kV故障、低壓電網(wǎng)拓?fù)渑c帶電情況，實(shí)現(xiàn)停電主動感知、停電范圍分析功能。支撐搶修工作效率提升與主動搶修工程支撐，進(jìn)一步提升優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平。

3.4 低壓配網(wǎng)健康水平分析，輔助運(yùn)維檢修決策

通過對計量表計與寬帶載波終端采集的配變、低壓用戶電壓、電流準(zhǔn)實(shí)時數(shù)據(jù)，分析建立數(shù)據(jù)挖掘算法模型，實(shí)現(xiàn)變壓器電壓突變故障預(yù)警，實(shí)現(xiàn)低壓供電回路故障預(yù)警，實(shí)現(xiàn)對以阻抗變化為表征的供電線路故障預(yù)判與竊電行為分析功能。

變壓器電壓突變故障預(yù)警，針對配變出口電壓突變事件，排除配變分接頭與上級電源電壓變化影響，實(shí)現(xiàn)對配變二次繞組的缺陷感知，研究建立配變“健康模型”，實(shí)現(xiàn)配變故障預(yù)警。

4 系統(tǒng)應(yīng)用展望

電網(wǎng)末端智能監(jiān)測設(shè)備及配套的智能監(jiān)測平臺為低壓配電網(wǎng)生產(chǎn)提供有效的監(jiān)督和指導(dǎo)手段，依托該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)故障可預(yù)警、故障處理可指導(dǎo)、故障可回顧分析；可有效的處理臺區(qū)線損高、臺區(qū)三相不平衡嚴(yán)重、被動搶修等棘手問題，為電網(wǎng)末端的科學(xué)管理、指揮決策提供豐富的手段和科學(xué)的依據(jù)。

在低壓配網(wǎng)停電主動感知方面，通過接收到智能配變終端停電事件上報后，電網(wǎng)末端智能系統(tǒng)自動進(jìn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)召測，并生成停電告警信息，推送給臺區(qū)經(jīng)理及配電網(wǎng)運(yùn)維檢修人員；在停電范圍分析方面，通過對停電事件發(fā)生后召測的實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，基于低壓拓?fù)溥B接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)停電影響范圍的圖形展示、影響用戶的統(tǒng)計分析；在多源數(shù)據(jù)的故障研判方面，根據(jù)智能配變終端主動發(fā)現(xiàn)的故障信息，召測配電自動化故障信息、調(diào)度系統(tǒng)停電計劃信息、用電信息采集系統(tǒng)臺區(qū)失電信息，結(jié)合寬帶載波采集終端、智能電表召測信息，綜合進(jìn)行故障點(diǎn)及故障類型研判分析。結(jié)合PMS系統(tǒng)的設(shè)備拓?fù)潢P(guān)聯(lián)關(guān)系，進(jìn)行設(shè)備拓?fù)浞治觯_定故障真實(shí)性與影響停電用戶，實(shí)現(xiàn)低壓配網(wǎng)停電事件的綜合研判。

通過電網(wǎng)末端智能系統(tǒng)實(shí)施，為低壓配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)控、運(yùn)維作業(yè)提供技術(shù)支持，降低配電網(wǎng)故障發(fā)生率及處理時間，確保電網(wǎng)的可靠、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行得到有力的支撐。

5 結(jié)論

電網(wǎng)末端智能系統(tǒng)是國家發(fā)展改革委《關(guān)于加快配電網(wǎng)建設(shè)改造的指導(dǎo)意見》配電自動化管理目標(biāo)的具體落實(shí)，也是電網(wǎng)企業(yè)低壓配電網(wǎng)智能化管理目標(biāo)的體系，電網(wǎng)公司經(jīng)歷“電網(wǎng)自動化”、“中壓配電自動化”后，迫切需要解決供電最后一公里自動化和智能管理的問題。電網(wǎng)末端智能系統(tǒng)，需要結(jié)合規(guī)章制度循序漸進(jìn)，結(jié)合GPRS、LORA通信、遠(yuǎn)程測量、遠(yuǎn)程控制、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用，轉(zhuǎn)變工作方式，優(yōu)化管理流程，達(dá)到提高工作效率的目的，進(jìn)一步加強(qiáng)信息化對電網(wǎng)運(yùn)營的支撐力度。

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