配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)研究

[摘 要]針對配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的需求，文章旨在研究和探索一種高效可靠的監(jiān)測與診斷方法，以提升配電網(wǎng)的運行效率和可靠性。通過有效監(jiān)測配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，能夠及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)措施，從而減少故障事故的發(fā)生，提高供電質(zhì)量和用戶滿意度。

[關(guān)鍵詞]配電網(wǎng)運行；狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷；措施方法

[中圖分類號]TM73 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0174–03

Research on Monitoring and Fault Diagnosis Technology for Distribution Network Operation Status

WANG Bo，XU Yongqing

[Abstract]In order to improve the operation efficiency and reliability of distribution network， this paper aims to research and explore an efficient and reliable monitoring and diagnosis method. Through the effective monitoring of the operating state of the distribution network， the abnormal situation can be found in time and corresponding measures can be taken to reduce the occurrence of fault accidents and improve the power supply quality and user satisfaction.

[Keywords]distribution network operation； status monitoring； fault diagnosis； measures and methods

配電網(wǎng)的運行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷至關(guān)重要，其應(yīng)用可以幫助實時了解配電網(wǎng)的運行狀況，為用戶提供更穩(wěn)定、可靠的電力供應(yīng)。

傳統(tǒng)的人工巡檢方式不僅耗時費力，還不能及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了很大的風(fēng)險。配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用可以及時獲取配電網(wǎng)各個節(jié)點的運行狀態(tài)信息，通過實時監(jiān)測電流、電壓、功率因數(shù)等參數(shù)，了解整個配電網(wǎng)的負(fù)載情況、電能消耗情況及潛在的異?；蚬收锨闆r，有助于提前發(fā)現(xiàn)并預(yù)防潛在的問題，從而確保配電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。配電網(wǎng)故障診斷技術(shù)的應(yīng)用可以幫助快速準(zhǔn)確地識別和定位故障，并采取相應(yīng)的措施進行修復(fù)。通過引入先進的故障診斷技術(shù)，如基于模型的方法和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法，能夠在故障發(fā)生時迅速做出反應(yīng)，并準(zhǔn)確找到故障點，以降低事故損失并提高供電質(zhì)量。因此，進一步研究和推廣這些技術(shù)對于保障城市電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

1 配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的人工巡檢方式仍然是配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測的主要手段之一，由于配電網(wǎng)的規(guī)模龐大、分布廣泛，人工巡檢耗時費力，并且無法實時監(jiān)測每個節(jié)點的運行狀態(tài)，這導(dǎo)致潛在的故障或異常情況可能被忽視，給電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定帶來潛在風(fēng)險。同時，雖然現(xiàn)代化的監(jiān)測設(shè)備（如傳感器、智能電表等）已經(jīng)應(yīng)用于配電網(wǎng)，但在實際應(yīng)用中仍存在一些局限，如監(jiān)測設(shè)備成本較高、布署困難、維護復(fù)雜等問題，限制了其的大規(guī)模應(yīng)用。此外，監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)也需要進一步完善，以確保數(shù)據(jù)質(zhì)量和可靠性。

配電網(wǎng)故障診斷技術(shù)包括模型診斷方法和數(shù)據(jù)驅(qū)動方法，它們各有優(yōu)勢和適用范圍，但在實際應(yīng)用中仍存在一些挑戰(zhàn)。例如，模型的方法需要準(zhǔn)確的配電網(wǎng)模型，并且對故障特征的提取和診斷算法的設(shè)計都需要進一步改進和優(yōu)化；數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法需要大量有效的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并面臨數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)處理和算法性能等方面的限制

盡管存在這些挑戰(zhàn)和局限，但配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)仍具有廣闊的發(fā)展前景。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，有助于推動監(jiān)測設(shè)備成本的下降、監(jiān)測參數(shù)選擇的擴展、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)的改進，以及故障診斷算法的進一步優(yōu)化。這將為配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷提供更多機會和可能性，促進電力系統(tǒng)的智能化、自動化及可持續(xù)發(fā)展。

總之，目前配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)正處于發(fā)展的關(guān)鍵時期，面臨著挑戰(zhàn)和機遇。通過不斷的研究和創(chuàng)新，有望克服技術(shù)限制，實現(xiàn)對配電網(wǎng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和故障診斷，為電力系統(tǒng)的安全、可靠運行提供有效支持。

2 配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

2.1 監(jiān)測參數(shù)選擇

在配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)中，選擇合適的監(jiān)測參數(shù)是確保獲得準(zhǔn)確有效的運行狀態(tài)信息的關(guān)鍵，不同的監(jiān)測參數(shù)可以提供不同層面和維度的配電網(wǎng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，從而全面了解電網(wǎng)的工作情況。在選擇監(jiān)測參數(shù)時，應(yīng)綜合考慮監(jiān)測設(shè)備的成本、可靠性及實施難度等因素，通過對不同參數(shù)的監(jiān)測方法和裝置進行研究和比較，選擇最適合的監(jiān)測方案，以獲得配電網(wǎng)運行狀態(tài)的全面信息，為電網(wǎng)的運行管理和故障診斷提供有效支持。常用的監(jiān)測參數(shù)有以下3種。

（1）電流。電流參數(shù)反映了電能在配電網(wǎng)中的傳輸情況，通過監(jiān)測電流的大小和波動情況，可以評估負(fù)載情況、檢測過載和短路等異常情況，同時電流的監(jiān)測還能幫助預(yù)測電網(wǎng)未來的負(fù)荷變化，為電網(wǎng)的調(diào)度和管理提供參考依據(jù)。

（2）電壓。電壓參數(shù)直接影響到供電質(zhì)量和用戶體驗，通過對電壓的監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)并糾正電壓偏差和波動，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定供電，此外，電壓的監(jiān)測也可以幫助檢測電網(wǎng)的電壓平衡性，避免出現(xiàn)不均勻的電壓分布情況。

（3）功率因數(shù)。功率因數(shù)反映了電能的有效利用程度和電網(wǎng)的運行效率，通過對功率因數(shù)的監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)并糾正功率因數(shù)過低或過高的情況，提高電能的利用效率，還有助于評估電網(wǎng)的無功功率平衡情況，減少無效功率的損耗。

除了以上監(jiān)測參數(shù)，還可以根據(jù)實際需要選擇其他相關(guān)參數(shù)進行監(jiān)測，如頻率、諧波等。這些參數(shù)的選擇應(yīng)結(jié)合配電網(wǎng)的特點和需求進行綜合考慮，以獲取更全面、準(zhǔn)確的配電網(wǎng)運行狀態(tài)信息。

2.2 監(jiān)測方法和裝置

在配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)中，選擇合適的監(jiān)測方法和裝置對于獲取準(zhǔn)確有效的運行狀態(tài)信息至關(guān)重要。傳感器是一種常見的配電網(wǎng)監(jiān)測裝置，采用多種原理工作，如霍爾效應(yīng)、電阻變化、電容檢測等，以實現(xiàn)對電網(wǎng)運行狀態(tài)的監(jiān)測。通過安裝在關(guān)鍵位置的傳感器，連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以實時感知電流、電壓、功率因數(shù)、溫度等參數(shù)的變化，并將所獲得的數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)測設(shè)備進行進一步處理和分析。智能電表也是一種常用的監(jiān)測裝置，尤其適用于低壓配電網(wǎng)的監(jiān)測。智能電表具有計量功能和通信功能，能夠?qū)崟r測量電流、電壓、功率等參數(shù)，并通過通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測系統(tǒng)。其優(yōu)勢在于成本低、安裝方便，并且能夠提供更精確和實時的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

除了傳感器和智能電表，還有其他監(jiān)測裝置可供選擇。例如，相位比較裝置可以用于檢測并記錄電網(wǎng)中不同節(jié)點之間的相位差異，以評估電網(wǎng)的相位平衡性。數(shù)字保護裝置通過對電網(wǎng)中故障事件的監(jiān)測和響應(yīng)，幫助診斷故障情況。需要注意的是，選擇合適的監(jiān)測方法和裝置應(yīng)根據(jù)具體的監(jiān)測目標(biāo)、監(jiān)測參數(shù)及配電網(wǎng)的特點來確定，不同的裝置和方法在成本、準(zhǔn)確性、可靠性、布署復(fù)雜度等方面存在差異。因此，在選擇監(jiān)測方法和裝置時，需要進行綜合評估，并考慮與現(xiàn)有設(shè)備的兼容性和擴展性。

2.3 數(shù)據(jù)采集與處理

在配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測中，有效的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計是確保獲得高質(zhì)量和實時數(shù)據(jù)的前提。其設(shè)計包括以下方面：①確定監(jiān)測點的位置。考慮到配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電壓等級及負(fù)載情況等因素，主要選擇在關(guān)鍵節(jié)點和重要設(shè)備上安裝傳感器或智能電表。②在網(wǎng)絡(luò)通信方面，可選擇現(xiàn)代化的通信技術(shù)，如無線通信、互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)等，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸和接收。③在數(shù)據(jù)存儲方面，可以選擇云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)來存儲和管理大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，以便后續(xù)的處理和分析。④采用冗余設(shè)計，如備份系統(tǒng)和多路徑通信等，以提高系統(tǒng)的可靠性，同時確保數(shù)據(jù)采集的實時性，盡量減少數(shù)據(jù)采集的延遲，使得運行狀態(tài)信息能夠及時反映配電網(wǎng)的實際情況。

配電網(wǎng)的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)通常存在噪聲、異常值及缺失值等問題，因此需要進行數(shù)據(jù)預(yù)處理來提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)插補及數(shù)據(jù)平滑等步驟。數(shù)據(jù)清洗是指通過使用統(tǒng)計方法和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對原始數(shù)據(jù)進行去除異常值、修復(fù)錯誤數(shù)據(jù)及剔除重復(fù)數(shù)據(jù)等操作，以檢測和糾正數(shù)據(jù)中的異?；蝈e誤值，保證所使用的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確和可靠的。數(shù)據(jù)插補是指采用均值插補、線性插值及多重插補等，對存在缺失值的數(shù)據(jù)進行填充，以完善缺失數(shù)據(jù)的類型和分布情況。數(shù)據(jù)平滑是采用移動平均、加權(quán)平均或濾波器等技術(shù)對數(shù)據(jù)進行平均化或濾波處理，以減少數(shù)據(jù)中的噪聲和波動，提高數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可讀性。

3 配電網(wǎng)故障診斷技術(shù)

3.1 故障診斷分類

（1）基于模型的故障診斷方法依賴于建立配電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型來分析和診斷故障，這些模型可以基于物理規(guī)律或系統(tǒng)仿真進行建立，以描述配電網(wǎng)的運行狀態(tài)和故障行為。

（2）基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的故障診斷方法通過收集和分析大量的歷史運行數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)故障的規(guī)律和特征。該方法不要求事先建立精確的數(shù)學(xué)模型，而是借助機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘及統(tǒng)計分析等技術(shù)，從數(shù)據(jù)中自動識別和提取出故障特征。

（3）基于規(guī)則的故障診斷方法是根據(jù)事先定義好的規(guī)則和經(jīng)驗知識進行故障診斷。這些規(guī)則可以基于專家知識、標(biāo)準(zhǔn)操作程序及經(jīng)驗總結(jié)等得出。

3.2 常見的配電網(wǎng)故障及診斷技術(shù)

常見的配電網(wǎng)故障包括短路故障、過載故障、接地故障等。短路故障是指兩個或多個相之間，或相與地之間發(fā)生異常低阻抗連接，診斷技術(shù)包括利用保護裝置（如差動保護、過電壓保護）進行短路位置定位，以及通過故障指示器和遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測故障發(fā)生情況。過載故障是指電網(wǎng)負(fù)載超過設(shè)備額定容量，導(dǎo)致設(shè)備過熱或燒毀，可使用電能質(zhì)量分析儀監(jiān)測電流、電壓等參數(shù)，分析負(fù)載變化規(guī)律，及時判斷是否存在過載現(xiàn)象。接地故障是指線路或設(shè)備出現(xiàn)對地短路或部分接觸的情況，可通過故障指示器和故障錄波器等設(shè)備檢測故障電流和電壓波形，結(jié)合絕緣測試和接地電阻測試等手段，判斷接地故障類型和位置。斷線故障是指線路中部分導(dǎo)線或設(shè)備出現(xiàn)斷開的情況，可使用電纜故障定位儀、回程測量法等方法，確定斷線位置，以便及時修復(fù)。隔離故障是指隔離開關(guān)或刀閘等設(shè)備無法正常斷開故障電路，可用電流檢測裝置監(jiān)測故障電流變化，以判斷是否存在隔離故障，并及時修復(fù)或更換設(shè)備。

除了以上幾種常見的故障，還有其他類型的故障，如電壓波動、諧波擾動等。針對不同類型的故障，可以采用不同的診斷技術(shù)和設(shè)備進行故障定位、分析及解決，以保障配電網(wǎng)的安全可靠運行。

4 配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)融合

配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的融合是一種將實時監(jiān)測和分析配電網(wǎng)運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)與故障診斷技術(shù)相結(jié)合的方法，通過使用傳感器、監(jiān)測設(shè)備及智能算法和模型，對配電網(wǎng)進行持續(xù)監(jiān)測，并基于監(jiān)測數(shù)據(jù)進行故障診斷和預(yù)測。

運行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)用于收集配電網(wǎng)中各個節(jié)點的電流、電壓、功率因數(shù)等參數(shù)，以及其他環(huán)境數(shù)據(jù)（如溫度、濕度等），這些數(shù)據(jù)可以通過傳感器和監(jiān)測裝置實時獲取，并傳輸?shù)奖O(jiān)控中心或云平臺進行存儲和分析。故障診斷技術(shù)則利用機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等算法，對歷史數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練和分析，建立起故障模型，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化和異常情況，自動識別和定位潛在的故障，提供準(zhǔn)確的故障診斷結(jié)果。

融合方法的關(guān)鍵在于將運行狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)與故障診斷模型相連接，實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)采集、處理及反饋。監(jiān)測數(shù)據(jù)不僅用于故障診斷，還可以為配電網(wǎng)的運維管理提供更多決策依據(jù)，如設(shè)備健康評估、負(fù)載預(yù)測及能源優(yōu)化等。通過結(jié)合運行狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)和故障診斷模型，算法和模型可以自動分析大量數(shù)據(jù)，識別潛在故障，減少誤報和漏報的可能性，優(yōu)化配電網(wǎng)的運維管理策略。且可以加快故障定位和修復(fù)過程，減少停電時間，提高供電可靠性。

然而，融合技術(shù)的有效性受到數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響，因此，確保傳感器和監(jiān)測裝置的準(zhǔn)確性和可靠性非常重要。同時，將運行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)融合到配電網(wǎng)中，需要進行系統(tǒng)集成和改造，需要高水平的專業(yè)知識和技術(shù)支持，以及持續(xù)的模型優(yōu)化和更新，且構(gòu)建準(zhǔn)確可靠的故障診斷模型需要大量的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的算法。

5 結(jié)束語

配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用有助于實時了解配電網(wǎng)的運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)和處理潛在的故障，提高供電可靠性和用戶滿意度。通過融合配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)，能夠更準(zhǔn)確地監(jiān)測配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，更及時地診斷潛在的故障隱患，從而提高配電網(wǎng)的安全性和可靠性，對于保障城市電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要的參考價值。

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