基于綜合評(píng)分法的配網(wǎng)自動(dòng)化終端差異化巡視策略

楊德尚，洪海生，李綺琳，王少華

(廣州供電局有限公司越秀供電局，廣東 廣州 510410)

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基于綜合評(píng)分法的配網(wǎng)自動(dòng)化終端差異化巡視策略

楊德尚，洪海生，李綺琳，王少華

(廣州供電局有限公司越秀供電局，廣東 廣州 510410)

摘要：以提升配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)用化程度為目標(biāo)，提出了一種基于綜合評(píng)分法的配網(wǎng)自動(dòng)化終端(distribution terminal unit，DTU)差異化巡視策略，綜合DTU在饋線中的位置、進(jìn)出線電流互感器(current transformer，CT)安裝情況、點(diǎn)表確定程度、DTU硬件狀況以及通信情況等多個(gè)維度，對(duì)設(shè)備進(jìn)行分類，分別設(shè)定巡視項(xiàng)目以及周期，并應(yīng)用于終端管理的全過程。實(shí)際應(yīng)用表明，該策略可提高運(yùn)維質(zhì)量，提升配網(wǎng)應(yīng)急能力，減輕運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高用戶滿意度。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)自動(dòng)化終端；多指標(biāo)綜合評(píng)分法；差異化巡視

配網(wǎng)自動(dòng)化利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、通信、電子、自動(dòng)控制等技術(shù)手段，對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，使配電網(wǎng)始終處于最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)[1]。利用此技術(shù)可以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、減少停電時(shí)間、改善電能質(zhì)量、提升供電服務(wù)質(zhì)量、提高配電網(wǎng)的管理水平和效率，是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢[2-3]。

廣州供電局有限公司(以下簡稱“廣州供電局”)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)線路故障的快速定位、快速隔離故障區(qū)段和及時(shí)恢復(fù)非故障區(qū)域用戶的供電，縮短停電時(shí)間，減少停電面積，為配電網(wǎng)運(yùn)行提供現(xiàn)代化的管理手段，提高配電網(wǎng)運(yùn)行管理水平和工作效率，提升用戶滿意度和客戶服務(wù)水平，切實(shí)提高供電可靠性[4]。

越秀供電局自2008年10月開始承接廣州供電局配網(wǎng)自動(dòng)化試點(diǎn)任務(wù)以來，大力開展了配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)工作。截至2015年底，越秀供電局374條公用饋線已安裝了配網(wǎng)自動(dòng)化終端(distribution terminal unit，DTU)；饋線覆蓋率達(dá)100%，電房(開關(guān)房和綜合房)覆蓋率達(dá)90%，已投運(yùn)終端1 500臺(tái)。由于一些歷史原因，系統(tǒng)實(shí)用化水平仍有待提高，終端基數(shù)較大，且大部分終端已過或接近質(zhì)保期，故障率較高，運(yùn)維壓力較重，采用一致的運(yùn)維策略，將極大地浪費(fèi)運(yùn)維成本。

本文提出了一種基于綜合評(píng)分法的配網(wǎng)自動(dòng)化終端分級(jí)差異化運(yùn)維策略，并應(yīng)用于終端管理的全過程。綜合DTU在饋線中的位置、進(jìn)出線電流互感器(current transformer，CT)安裝情況、點(diǎn)表確定程度、終端硬件狀況以及通信情況等多個(gè)維度，對(duì)設(shè)備進(jìn)行分類，并分別設(shè)定巡視項(xiàng)目及周期，從而提高巡維質(zhì)量，提高配電網(wǎng)應(yīng)急能力，挖掘現(xiàn)有電網(wǎng)潛力，提高供電可靠性和配電網(wǎng)的運(yùn)行管理水平，發(fā)揮配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)建設(shè)的促進(jìn)作用。目前該策略已廣泛應(yīng)用于越秀供電局配網(wǎng)自動(dòng)化的差異化運(yùn)維工作，實(shí)用化水平顯著提升。

1配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

廣州供電局配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)主要由配網(wǎng)自動(dòng)化主站系統(tǒng)和DTU構(gòu)成，二者通過光纖、載波、無線公網(wǎng)、無線專網(wǎng)等通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

a)主站系統(tǒng)。配電主站從整體上對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)視和控制，分析配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的管理，使整個(gè)配電系統(tǒng)處于最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)還具有故障診斷、定位、隔離、恢復(fù)供電的功能，實(shí)現(xiàn)變電站10 kV出線的饋線自動(dòng)化。DTU將實(shí)時(shí)采集的遙測、遙信等信息匯集到設(shè)在廣州供電局的中心數(shù)據(jù)庫中。越秀供電局作為配電子站可以通過遠(yuǎn)程工作站的方式，在管轄權(quán)限范圍內(nèi)進(jìn)行操作和維護(hù)工作，有效地實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)的分離。

b)配電終端。即DTU，主要負(fù)責(zé)對(duì)開閉所、配電室的開關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制。

c)通信系統(tǒng)。利用光纖傳輸網(wǎng)、電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)以及配電網(wǎng)專用網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)DTU與配電主站系統(tǒng)的通信[5]。利用光纖、載波、無線公網(wǎng)、無線專網(wǎng)等通信方式，DTU將遙測、遙信等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)直接采集到主站。

2配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)用化及其影響因素

利用配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)指導(dǎo)故障定位的過程，稱之為實(shí)用化。影響配網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)用化的因素一般包括：進(jìn)出線CT安裝情況、點(diǎn)表確定程度、終端硬件狀況、通信情況以及饋線中的位置。

2.1進(jìn)出線CT安裝情況

進(jìn)出線CT安裝齊全是故障正確指示的重要條件。零序CT應(yīng)用于單相接地引起的零序故障，相CT應(yīng)用于相間短路、三相短路等引起的過流故障。當(dāng)跳閘事故發(fā)生時(shí)，CT齊全的進(jìn)出線將有助于快速判定故障區(qū)間。

2.2點(diǎn)表確定程度

點(diǎn)表即接入DTU的回路描述表。當(dāng)點(diǎn)表明確、CT齊全時(shí)，運(yùn)行正常的終端能準(zhǔn)確地指示故障回路，從而縮短故障定位時(shí)間。由于施工工期、施工人員水平、施工把控等原因引起的電房點(diǎn)表混亂，將會(huì)對(duì)故障正確指示率造成影響。

2.3通信狀況

通信通道良好是故障正確指示的前提。2014年5月至6月底，越秀供電局轄區(qū)累計(jì)320臺(tái)DTU離線，由于通信原因引起的占57%。由于越秀供電局的配網(wǎng)自動(dòng)化采用了多種通信方式，可以利用DTU在一定時(shí)間內(nèi)的在線時(shí)長進(jìn)行表征。DTU的在線時(shí)長在一定程度上可以表征通信通道，但是在線時(shí)長主要跟終端狀態(tài)與通信通道有關(guān)。除了在線時(shí)長，通信狀況還與采用的通信方式有關(guān)。

2.4終端運(yùn)行狀況

軟件參數(shù)配置正確、硬件運(yùn)行良好的配網(wǎng)自動(dòng)化終端是提高故障正確指示率的基礎(chǔ)?，F(xiàn)越秀供電局已投運(yùn)終端的品牌主要集中在珠海許繼、深圳奇輝、東方電子、四方華能等幾個(gè)廠家，大部分終端接近或者已經(jīng)過了質(zhì)保期，終端的重復(fù)故障率較高。同一型號(hào)終端的故障率因安裝環(huán)境和使用情況的差異也有所不同。

可以通過一定的技術(shù)手段對(duì)終端的狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估。在線時(shí)長雖然在一定程度上也可以表征終端的狀態(tài)，但是缺乏對(duì)設(shè)備可靠性的考量。當(dāng)元件進(jìn)入耗損期時(shí)，可能突然發(fā)生老化故障，與歷史設(shè)備壽命周期、自然環(huán)境和電氣環(huán)境等因素有關(guān)[6]。歷史設(shè)備壽命周期指設(shè)備從開始投入使用時(shí)起，一直到因設(shè)備功能完全喪失而最終退出使用的總時(shí)間長度。衡量設(shè)備最終退出使用的一個(gè)重要指標(biāo)是可靠性。

電氣設(shè)備的故障率是一個(gè)重要的可靠性指標(biāo),常被用來度量設(shè)備的性能。元件故障有三種類型，即早期故障(DFR型)、偶然故障(CFR型)、損耗故障(IFR型)，將這三個(gè)時(shí)期的曲線連在一起形成形似浴盆的曲線，稱為浴盆曲線(如圖2所示)[7]。通常認(rèn)為設(shè)備處于早期故障和耗損故障時(shí)其壽命分布主要可能為威布爾分布、伽瑪分布或者對(duì)數(shù)正態(tài)分布[8]。對(duì)于不同的廠家，故障率函數(shù)也不盡相同，需要大量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到故障率函數(shù)以及分界點(diǎn)。

表2算例參數(shù)

注：1.采用GPRS方式時(shí)，通信系數(shù)為-90 dBm(經(jīng)驗(yàn)值)與信號(hào)強(qiáng)度值的比值；2. 進(jìn)出線安裝CT比例即已安裝CT的回路數(shù)與總的進(jìn)出線回路數(shù)的比值；3. 點(diǎn)表確定比例即點(diǎn)表確定的回路數(shù)與接入DTU總回路數(shù)的比值。

表3實(shí)用化得分以及巡視周期確定

需要說明的是：

a)故障率曲線的參數(shù)確定過程相當(dāng)繁瑣，同時(shí)還需考慮自然環(huán)境、電氣環(huán)境的因素，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)難以挖掘。為了表征DTU設(shè)備狀態(tài)的影響，可以近似采用典型指數(shù)衰減曲線。

b)考慮終端的壽命周期。終端的壽命分為物資壽命和技術(shù)壽命，由于電子產(chǎn)品更新?lián)Q代速度快，不斷出現(xiàn)技術(shù)上更先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上更合理的替代品，使現(xiàn)有終端在物資壽命尚未結(jié)束之前就提前報(bào)廢。

c)由于終端廠家基本無備件提供，損壞的板件只能返廠，每次板件損壞時(shí)應(yīng)對(duì)終端的狀態(tài)進(jìn)行修正。

2.5在饋線中的位置

在安排巡視周期時(shí)，處于饋線關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)的電房終端(如站出線、中端等)、具備“三遙”(遙測、遙信、遙控)功能的電房等，必須予以較高的優(yōu)先級(jí)。

3基于綜合評(píng)分法的終端聚類分析

3.1分類的原則

以提高配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)用化水平為主要目標(biāo)，并能完成上級(jí)部門下達(dá)的各項(xiàng)指標(biāo)，因此分類時(shí)將不再考慮DTU是否已投運(yùn)(投運(yùn)狀態(tài)是終端在管理上的狀態(tài))。

3.2分類方法

配網(wǎng)自動(dòng)化終端綜合狀態(tài)的確定是一個(gè)多因素的綜合評(píng)價(jià)問題，需考慮建立多因素評(píng)價(jià)模型，可以采用綜合評(píng)分法(composite grade method)、主成分分析法、灰色理論、模糊評(píng)價(jià)法、層次分析法、智能算法等評(píng)價(jià)分析方法[9]。綜合評(píng)分法適用于評(píng)價(jià)指標(biāo)無法用統(tǒng)一的量綱進(jìn)行定量分析的場合，用無量綱的分?jǐn)?shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。本文考慮采用綜合評(píng)分法，得到終端的實(shí)用化分值，將轄區(qū)電房內(nèi)終端初步分為A、B、C三類：分值大于80分，判定為A類；分值在60～80，判定為B類；分值小于60分，則為C類。

3.3綜合評(píng)分權(quán)重與標(biāo)準(zhǔn)

配網(wǎng)自動(dòng)化終端分級(jí)方法與標(biāo)準(zhǔn)見表1。對(duì)終端在饋線中的位置(饋線首段、中段還是末段，是否關(guān)鍵節(jié)點(diǎn))、進(jìn)出線CT安裝情況、點(diǎn)表確定程度、終端硬件狀況以及通信情況等多個(gè)因素進(jìn)行量化(每項(xiàng)各100分)，并賦予不同的權(quán)重，最后進(jìn)行加權(quán)得到總分?jǐn)?shù)[10]。

表1配網(wǎng)自動(dòng)化終端分級(jí)方法與標(biāo)準(zhǔn)

注：GPRS—通用分組無線業(yè)務(wù)，general packet radio service的縮寫。

綜合評(píng)分法從多個(gè)角度、較為全面地評(píng)價(jià)了終端的實(shí)用化情況，用于指導(dǎo)運(yùn)維班組進(jìn)行差異化巡視，可以充分利用有限的運(yùn)維資源，提高實(shí)用化程度，發(fā)揮終端應(yīng)有的功用。

4配網(wǎng)自動(dòng)化終端差異化運(yùn)維策略

以實(shí)用化為導(dǎo)向，越秀供電局配網(wǎng)自動(dòng)化終端采用了差異化運(yùn)維，有助于提高運(yùn)維資源的優(yōu)化配置。運(yùn)維的目標(biāo)是提高實(shí)用化得分，并促使其向上一級(jí)轉(zhuǎn)化。

4.1運(yùn)維周期

A、B、C類終端代表了終端不同的實(shí)用化得分。由于運(yùn)維資源有限，應(yīng)采用不同的巡維周期。

A類終端運(yùn)維周期為5個(gè)月；B類終端運(yùn)維周期為4個(gè)月；而C類因?yàn)閷?shí)用化得分較低或者比較關(guān)鍵(關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)的電房以及具備“三遙”功能的電房)，周期設(shè)為3個(gè)月，為其分配較多的運(yùn)維資源，以期提高實(shí)用化得分。

4.2差異化運(yùn)維策略

每隔一段時(shí)間重新計(jì)算實(shí)用化分?jǐn)?shù)，并進(jìn)行歸類，后期還可以考慮開發(fā)軟件結(jié)合相同類別電房的地理位置，以提高運(yùn)維效率和實(shí)用化率為優(yōu)化目標(biāo)，生成優(yōu)化的巡視路線與消缺計(jì)劃。差異化運(yùn)維的目標(biāo)是提高實(shí)用化得分，并促使其向?qū)嵱没潭容^高的上一級(jí)轉(zhuǎn)化。

4.3算例分析

選取不同電房5個(gè)DTU(編號(hào)為DTU1—DTU5)作為算例分析。其中DTU1、DTU2位于饋線前半段，DTU3、DTU4位于后半段，DTU5位于站出線第一間電房，各廠家的DTU物資壽命假設(shè)為8年，且假設(shè)均處于偶發(fā)故障期，暫不考慮技術(shù)壽命，其參數(shù)見表2。偶發(fā)故障期內(nèi)的物資折舊分采用指數(shù)衰減曲線作為故障率曲線[8，11]。計(jì)算結(jié)果見表3。

采用本文提出的綜合評(píng)分法計(jì)算，可以得到DTU2與DTU5均為A類；DTU1與DTU3為B類；DTU4為C類。DTU2與DTU5的進(jìn)出線CT安裝比例與點(diǎn)表確定程度較高，實(shí)用化得分也較高；DTU4采用載波的通信方式，其應(yīng)用輪詢的非平衡101規(guī)約，延遲較大，數(shù)據(jù)刷新率低，實(shí)用化程度也相對(duì)較低。

根據(jù)實(shí)用化得分以及DTU在饋線中的位置可以得到：DTU4與DTU5的巡視周期為3個(gè)月，DTU1與DTU3的巡視周期為4個(gè)月；DTU2為5個(gè)月。此外，為了提高DTU4的實(shí)用化得分，應(yīng)采用光纖或GPRS。因此，實(shí)用化分?jǐn)?shù)具有指導(dǎo)配網(wǎng)自動(dòng)化規(guī)劃建設(shè)的作用。

5結(jié)束語

為進(jìn)一步提高運(yùn)維水平，提升配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)用化程度，需要對(duì)終端進(jìn)行分級(jí)差異化管理，并應(yīng)用于終端管理的全過程。本文提出了一種基于綜合評(píng)分法的DTU差異化運(yùn)維策略，綜合DTU在饋線中的位置、進(jìn)出線CT安裝情況、點(diǎn)表確定程度、DTU硬件狀況以及通信情況等多個(gè)維度，結(jié)合具體的算例，對(duì)設(shè)備進(jìn)行分類，分別設(shè)定巡視項(xiàng)目以及周期，并應(yīng)用于終端管理的全過程。目前該策略已應(yīng)用于越秀供電局配網(wǎng)自動(dòng)化的運(yùn)維中，從而提高巡維質(zhì)量，提高配網(wǎng)應(yīng)急能力，減輕運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高用戶滿意度。差異化運(yùn)維的目標(biāo)是提高實(shí)用化得分，并促使其向?qū)嵱没潭容^高的上一級(jí)轉(zhuǎn)化，對(duì)實(shí)用化的提升具有導(dǎo)向作用。該策略計(jì)算簡單，易于理解，具有一定的推廣價(jià)值。

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楊德尚(1985)，男，江蘇灌南人。工程師，工學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)榕渚W(wǎng)運(yùn)行、配電網(wǎng)規(guī)劃。

洪海生(1984)，男，福建漳州人。助理工程師，工學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)榕渚W(wǎng)自動(dòng)化、新能源并網(wǎng)和儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

李綺琳(1991)，女，廣東茂名人。助理工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事配電自動(dòng)化工作。

(編輯彭艷)

Comprehensive Scoring Based on Grading Operation and Maintenance Strategy for Distribution Terminal Unit

YANG Deshang, HONG Haisheng, LI Qilin, WANG Shaohua

(Yuexiu Power Supply Bureau of Guangzhou Power Supply Bureau Company, Guangzhou, Guangdong 510410, China)

Key words：distribution terminal unit (DTU) ; multi-index comprehensive scoring method; grading operation and maintenance

Abstract：To sharpen the practicability level of distribution automation, this paper proposes a novel grading operation and maintenance strategy for distribution terminal unit (DTU) based on comprehensive scoring method, integrating the position of DTU in the feeder, and install of current transformation (CT) in all the incoming and outgoing power lines, the determination level of point table, DTU hardware and communication conditions, etc.. It introduces the classification of equipment, and sets the inspection items and cycle, and can be applied to the whole process of terminal management, so as to improve the dimensional quality, improve the emergency capability, reduce the labor intensity of operators, and improve user satisfaction. Moreover, the strategy is generalized so as to be able to be applied to any power distribution automation implementation with similar attributes.

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.04.015

收稿日期：2015-11-05

中圖分類號(hào)：TM922

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-290X(2016)04-0084-05

作者簡介：