探索藏區(qū)電網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)分析泛在提升

周召均　楊偉

摘要：藏區(qū)電網(wǎng)主要面臨設(shè)備運行地理環(huán)境、氣象條件惡劣，設(shè)備設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)低，線路跨度較大，人工巡線、故障查找等效率效能不高，從當(dāng)前的巡檢方式來看，僅能滿足桿塔巡檢到位，線路檔距中間受交通條件的限制，無法到達，因此巡檢工作存在大量“真空”地帶，且幅員面積廣，交通工具主要依靠汽車，故障查線反應(yīng)速度不夠，尤其是在冬季、雨季等外部環(huán)境較差時期，受雨雪冰凍、泥石流滑坡等影響，不能確保人員能夠安全到位，給搶險搶修工作造成極大的不便。目前，電網(wǎng)已基本建設(shè)完成的覆蓋110KV及以上電壓等級的網(wǎng)絡(luò)行波系統(tǒng)、保護信息系統(tǒng)、故障錄波組網(wǎng)系統(tǒng)均為獨立系統(tǒng)，變電站內(nèi)機器人巡視、無人機關(guān)鍵巡線等工作例行開展，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障和異常時各系統(tǒng)獨立發(fā)揮作用，無法實現(xiàn)信息共享，不能實現(xiàn)對故障和異常的綜合分析判斷。國家電網(wǎng)有限公司發(fā)布的2019年1號文件，要求推進泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，本文結(jié)合電網(wǎng)目前的情況，擬整合網(wǎng)絡(luò)行波、保護信息、故障錄波、線路桿塔數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)信息共享，開展大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)電網(wǎng)故障和異常的精確全面定位，并利用變電站內(nèi)機器人巡視、無人機巡線等手段，對藏區(qū)電網(wǎng)大數(shù)據(jù)綜合數(shù)據(jù)分析泛在提升。主要針對設(shè)備日常巡視、電網(wǎng)出現(xiàn)故障和異常情況、嚴(yán)重自然災(zāi)害巡視時，通過行波數(shù)據(jù)、保護信息數(shù)據(jù)、故障錄波數(shù)據(jù)、線路桿塔可見光等數(shù)據(jù)共享分析后，可獲取電網(wǎng)故障的全面信息、形成綜合分析報告、提高分析判斷的準(zhǔn)確度，并在最短時間提供電網(wǎng)故障和異常的精確區(qū)段、故障類型等的數(shù)據(jù)，利用變電站內(nèi)機器人巡視、無人機巡線等手段確定故障信息，為專業(yè)管理和現(xiàn)場人員開展搶修和調(diào)度等工作提供技術(shù)支撐，便于電網(wǎng)快速恢復(fù)供電。

關(guān)鍵詞：綜合數(shù)據(jù)分析;泛在物聯(lián)網(wǎng);故障分析;機器人巡檢;無人機巡檢

O 引言

2019年1月13日，國家電網(wǎng)有限公司發(fā)布的2019年1號文件中，排在年度重點工作首位的就是：推動電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，著力構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)。具體內(nèi)容是：“持之以恒地建設(shè)運營好以特高壓為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強智能電網(wǎng)……。充分應(yīng)用移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)和先進通信技術(shù)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機交互，打造狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，為電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行、提高經(jīng)營績效、改善服務(wù)質(zhì)量，以及培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，提供強有力的數(shù)據(jù)資源支撐。承載電力流的堅強智能電網(wǎng)與承載數(shù)據(jù)流的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，相輔相成、融合發(fā)展，形成強大的價值創(chuàng)造平臺，共同構(gòu)成能源流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流“三流合一”的能源互聯(lián)網(wǎng)。與此同時，也給電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行、提高經(jīng)營績效、改善服務(wù)質(zhì)量等提出了更高的要求。但是隨著新能源發(fā)電占比升高，電網(wǎng)形態(tài)日趨復(fù)雜，電力潮流和電網(wǎng)故障演化機理不斷由可預(yù)見向難以預(yù)見演變，這對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提出了新的課題。但是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為提高電網(wǎng)效率、供電可靠性提供了技術(shù)支撐，RFID技術(shù)、各類傳感器、定位技術(shù)、圖像獲取技術(shù)等使倉庫管理、變電站監(jiān)控、搶修定位與調(diào)度、巡檢定位、故障識別等業(yè)務(wù)實現(xiàn)靈活、高效、可靠的智能化應(yīng)用。

一 藏區(qū)電網(wǎng)現(xiàn)狀

（一）藏區(qū)電網(wǎng)主要面臨問題

藏區(qū)電網(wǎng)面臨的主要問題包括：（1）地理環(huán)境、氣象條件惡劣;（2）設(shè)備設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)低，線路跨度較大，人工巡線、故障查找等效率效能不高，從當(dāng)前的巡檢方式來看，僅能滿足桿塔巡檢到位，線路檔距中間受交通條件的限制，無法到達，因此巡檢工作存在大量“真空”地帶;（3）州內(nèi)幅員面積廣，交通工具主要依靠汽車，故障查線反應(yīng)速度不夠，尤其是在冬季、雨季等外部環(huán)境較差時期，受雨雪冰凍、泥石流滑坡等影響，不能確保人員能夠安全到位，給搶險搶修工作造成極大的不便;（4）地域遼闊，主網(wǎng)普遍存在單線單變、串聯(lián)供電、T接等現(xiàn)象，負(fù)荷倒供能力較差，電網(wǎng)固有運行風(fēng)險及檢修引發(fā)的電網(wǎng)風(fēng)險較高，風(fēng)險管控壓力大。例如四川西北部地區(qū)，地處青藏高原東南緣，橫斷山脈北端，地貌以高原和高山峽谷為主。西北部的丘狀高原屬大陸高原性氣候，冬季嚴(yán)寒漫長，夏季涼寒濕潤，年最低溫度零下30℃。高山峽谷地帶，隨著海拔高度變化，氣候從亞熱帶到溫帶、寒溫帶、寒帶，呈明顯的垂直性差異，海拔2500米以下的河谷地帶降水集中，蒸發(fā)快，成為干旱、半干旱地帶，海拔2500～4100米的坡谷地帶是寒溫帶，日溫差超20℃。

（二）系統(tǒng)建設(shè)、設(shè)備配置情況

針對藏區(qū)的實際情況，電網(wǎng)設(shè)備的管理人員根據(jù)現(xiàn)場需求，作了極大的努力。因線路跨度較大，巡線難度較高，根據(jù)電網(wǎng)的特點，建設(shè)了行波故障測距系統(tǒng)、保信子站、故障錄波、輸變電設(shè)備三維建模，機器人巡檢等系統(tǒng)。

1.行波測距系統(tǒng)配置

行波測距法是根據(jù)行波理論實現(xiàn)的測距方法。行波法原理：利用行波在故障點和測量點之間傳播的時間差來測量故障距離，行波法不受故障點過渡電阻、線路結(jié)構(gòu)等因素的影響，測距精度高，適用范圍廣。

通過實際運營，行波測距系統(tǒng)定位的故障點與實際巡線故障點較吻合，系統(tǒng)精度較高，準(zhǔn)確率達90%，如2018年某地區(qū)1-3月110kV輸電線路故障及測距系統(tǒng)對照表所示。

2.保護信息子站建設(shè)

電網(wǎng)故障信息管理系統(tǒng)的主要功能是采集繼電保護、錄波器、安全自動裝置等變電站內(nèi)智能裝置的實時/非實時的運行、配置和故障信息，對這些裝置進行運行狀態(tài)監(jiān)視、配置信息管理和動作行為分析，在電網(wǎng)故障時則進行快速的故障分析，為運行人員提供處理提示，提高繼保系統(tǒng)管理和故障信息處理的自動化水平。

3.故障錄波配置

故障錄波器用于電力系統(tǒng)，可在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動地、準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較、對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。

4.輸變電設(shè)備數(shù)據(jù)三維建模

傳統(tǒng)的二維展示已無法滿足電網(wǎng)快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜的需求，隨著計算機、數(shù)據(jù)采集技術(shù)的不斷發(fā)展，三維建模技術(shù)在電網(wǎng)中不斷應(yīng)用。公司現(xiàn)已完成線路的桿塔、GPS定位、線路走向等數(shù)據(jù)已在PMS系統(tǒng)完善勒3D建模，接下來將開展變電站的三維建模。三維建模能夠直觀、可視化的展現(xiàn)電力設(shè)備，描述設(shè)備的周圍信息。

應(yīng)急搶修優(yōu)勢：提高了搶修隊伍在處理應(yīng)急事件的辦事效率，快速準(zhǔn)確的為受災(zāi)地區(qū)進行定損評估，為變電站、桿塔、電線搶修贏得寶貴充足的時間。

下面以某藏區(qū)xx220kV變電站因線路遭受雷擊，導(dǎo)致全站失壓為例進行分析。

2019年04月28日16時33分33秒，xx220kV變電站，220kV扎色一、二線線路光纖電流差動保護動作跳閘，xx220kV變電站全站失壓，跳閘前的運行情況如下圖所示。

監(jiān)控人員通過對監(jiān)控、保信子站信息的檢查分析發(fā)現(xiàn)：

（1）xx220kV變電站內(nèi)所有斷路器均處于合閘位置;

（2）220kV扎色一線263線路1號、2號縱聯(lián)差動、分相差動保護動作，B相跳閘，重合閘動作重合成功，B相接地故障，故障二次電流3.281A（變比2500/5），故障測距46.5km;

（3）220kV扎色二線262線路1號、2號縱聯(lián)差動、分相差動保護動作，B相跳閘，重合閘動作重合成功，B相接地故障，故障二次電流0.7813A（變比2500/5），故障測距101.5km。

因變電站為無人值守，變電站離駐地約200km，公司設(shè)備運維管理人員無法獲取更多的信息，導(dǎo)致對設(shè)備的情況不清楚，無法判定設(shè)備故障原因，從而不能實現(xiàn)電網(wǎng)的快速恢復(fù)。變電運維人員到現(xiàn)場后，對設(shè)備進行巡視檢查變電設(shè)備無異常，但xx220kV變電站扎色一線263線路A相計數(shù)器顯示數(shù)字為21，B相計數(shù)器顯示數(shù)字為24，C相計數(shù)器顯示數(shù)字為20，查閱運行資料，上次記錄次數(shù)均為20;扎色二線262線路B相計數(shù)器顯示數(shù)字均為20，查閱運行資料，上次記錄次數(shù)為20。線路運維人員通過行波測距系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障點在#76桿，運維人員到現(xiàn)場后發(fā)現(xiàn)扎色一、二線#76桿B相瓷瓶有明顯放電痕跡，經(jīng)處理后恢復(fù)送電，但已離故障跳閘時間約5小時。

若是實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)行波、保護信息、故障錄波、線路桿塔、變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等數(shù)據(jù)資源的互聯(lián)共享，將本次跳閘信息進行整合分析，同時遠(yuǎn)程安排變電站巡檢機器人對變電站進行巡視，可以檢查220kV變電站內(nèi)是否有設(shè)備損壞、避雷器計數(shù)器器動作等情況;并通過行波系統(tǒng)判斷故障點的位置，安排無人機對故障點附近位置進行巡視，查看故障點設(shè)備情況，確定本次故障造成的設(shè)備損失，隔離故障點，從而可實現(xiàn)快速恢復(fù)供電，且將節(jié)約大量的人工巡視，降低交通風(fēng)險，降低設(shè)備的運維壓力。

三 結(jié)論

重要輸電通道環(huán)境復(fù)雜，重要變電站等設(shè)備，發(fā)生故障時，會對核心骨干網(wǎng)架、戰(zhàn)略性輸電通道、重要用戶等產(chǎn)生嚴(yán)重影響;重要輸電通道內(nèi)輸電線路同時故障時，可能造成四級及以上電網(wǎng)事件。輸電線路“三跨”（跨越高速鐵路、高速公路、重要線路）事關(guān)公共安全和電網(wǎng)安全大計，在高電壓長距離輸電通道沿途，雷電、覆冰、大風(fēng)、山火、泥石流等自然災(zāi)害和外力破壞引發(fā)大面積停電的風(fēng)險因素將長期存在。根據(jù)公司發(fā)展戰(zhàn)略，迫切需要主動適應(yīng)能源革命和電力體制改革等機遇與挑戰(zhàn)，以實現(xiàn)電網(wǎng)更安全、服務(wù)更優(yōu)質(zhì)、運檢更高效為目標(biāo)，以設(shè)備、通道、運維、檢修、生產(chǎn)管理智能化為主線，以推動新一代信息通信技術(shù)、智能技術(shù)與傳統(tǒng)運檢技術(shù)的深度融合為手段，引領(lǐng)運檢技術(shù)變革，建成以運檢智能化為核心的現(xiàn)代運檢管控體系。

本文通過對藏區(qū)的情況、特征分析，結(jié)合藏區(qū)電網(wǎng)中現(xiàn)有的運維情況，提出了整合網(wǎng)絡(luò)行波、保護信息、故障錄波、線路桿塔數(shù)據(jù)資源、在線監(jiān)測裝置等，并將環(huán)境監(jiān)測、山火預(yù)警、氣象數(shù)據(jù)等信息納入綜合數(shù)據(jù)分析，打通信息共享壁壘，構(gòu)建大數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)，在設(shè)備的常規(guī)巡視規(guī)則制定、故障情況分析、面臨自然災(zāi)害的決策等給出合理的方案，指揮現(xiàn)場巡檢機器人、無人機、視頻設(shè)備等快速反應(yīng)，提供現(xiàn)場情況，為后臺決策提供支撐。