基于全景數據的智能修理與快速電力故障處置支持平臺

張勤+海龍++陳能++郭俊嶺

摘 要：近年來，國家為提升供電質量適應經濟社會的發展，不斷加大配電網改造投資力度。為加快配電網建設改造，國家能源局近日發布《配電網建設改造行動計劃（2015—2020年）》，明確加大配電網投入。配電網是國民經濟和社會發展的重要公共基礎設施，但用電水平相對國際先進水平仍有差距。該文圍繞供電可靠性問題，以配網故障檢修和搶修問題為核心，建立基于全景數據的輔助決策信息化平臺，為提高故障檢修和故障搶修效率提供智能化的管理手段。通過智能檢修流程與快速電力故障處置決策，實現快速搶修配網事故點，從而抑制災害擴大。

關鍵詞：全景數據 智能檢修 快速搶修 輔助決策

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（b）-0035-04

目前配網故障查找方式是基于在線監測技術和人員巡檢信息進行綜合數據融合分析，而在不同時期需要采用不同技術手段構建了各種配網故障搶修管理系統。然而，單純依賴這些設備和技術，對配網維護的實際作用有限。例如，在對配網電纜應急搶修或日常維護時，需要對入地電纜進行開挖、開關柜停電等重復性工作，對可能的故障點逐一排查，導致地下電纜維護工作繁重、操作復雜、難度大、風險高，不能降低電纜等地下設施管理的難度和復雜性，給電網安全運行帶來較大隱患。

麗江古城的復雜地下和地面環境決定了電纜管溝內的輸配電電纜可能長期運行在高溫、高濕、高腐蝕的環境之下。由于電纜通道路徑復雜，有許多和市政污水管道交錯，且部分電纜管溝長期水浸、積滿淤泥環境極其惡劣，極易導致有害及可燃氣體聚集，危及檢修人員身體健康，并存在爆炸隱患。如何長期有效的對配網運行狀態進行智能檢修以及快速復電搶修是迫切需要解決的問題。該文將通過配網故障管理的難點和風險點分析、配網檢修及搶修分析、快速電力故障處置平臺的構建思想幾個方面闡述。

1 配網故障管理的難點和風險點分析

在配電網中電氣柜、開關柜、變壓器、電纜和環網柜等關鍵設施受電氣老化、配網走廊周邊環境以及建筑物等因素影響，就會存在一些災害漏洞。配電線路走線復雜，點多線長面廣，所用設備新舊程度不同、設備質量參差不齊，運行環境較為復雜，受氣候或地理的環境影響較大，用戶供用電情況復雜，這些都直接或間接影響著配電線路的安全運行。這就導致了配網故障原因遠比輸電線路復雜，配電線路設備故障率居高不下。以麗江供電局為例，當前配電網是架空線和地下電纜并存，城市配電網存在分布廣、環境雜、設備多，而在巡檢工作中，主要全憑運行維護人員腦力記憶，很多線路桿塔、隧道、分支箱所處的地理位置、周圍的地形環境、線路的巡視路徑等信息隨著時間的推移，會模糊不清甚至遺忘，使得巡視和檢修人員常走錯路徑、找錯桿塔、隧道、分支箱。

經過運行統計配網常見故障可分為：自然災害、人為因素、環境災害、施工問題、配電設備等方面。具體有：電纜線路設備老化、導線斷線故障、變壓器故障、電纜接頭損壞、接地線被破壞、相間短路故障、低值、零值絕緣子造成故障、保護定值不準、電纜頭爆炸、私自違規操作設備引發故障、各類交跨距離不夠引起線路故障、偷盜線路設備、盜割導線等造成線路停電、電桿破壞引起線路停電、樹障、竊電造成短路跳閘以及其它原因不明的故障。

配網故障的種類繁多，發生故障的頻率較高，覆蓋的范圍廣，從而導致管理困難。需要專業的技術人員和設備根據具體情況和經驗拿出搶修的方案和具體措施。雖然當前電網公司已經具備GIS系統標注各項設備，但仍缺少地下電纜詳細信息和周邊環境信息，并沒有巡檢線路的管理和故障搶修管理，目前隨著城市建設不斷推進，入地電纜逐漸增多，增加了管理難度。配網故障搶修主要依靠工作經驗的積累和各部門間高效的協作與配合才能在最短的時間完成，但工作經驗的需要時間積累、工作人員間協作需要時間來磨合，這就導致了供電部門往往感覺人員不足，專業設備不足，能快速解決問題專家也不足。

2 配網檢修及搶修分析

配網日常檢修對故障的早期發現早期處理具有關鍵作用，探索故障檢修的高效率方法一直是配網管理者所關心問題。設備維修是電力企業的主要工作之一，包括設備的定期現場評估、檢修、修復和更換。電力企業實施檢修計劃是為了使設備經常保持正常的工作狀態，設備檢修計劃安排的好壞至關重要。電力設備的檢修與供電可靠性密切相關，設備維修總是伴隨著整個系統運行風險的潛在上升。優化的檢修計劃可以提高供電可靠性、降低網損，直接關系到電網企業和用戶的利益，對電力系統、乃至整個社會的安全性和經濟性都有著很大的影響。因此，根據國內供電企業所有的配電網檢修工作的實際情況，建立一個兼顧電網安全性和經濟性的優化檢修計劃數據模型，并構建相應的優化系統具有重要的理論價值和現實意義。

為保證電網的安全穩定運行實現快速搶修工作，按照南方電網提出的“服務型定位”發展戰略要求，以客戶為中心、不斷提升對客戶持續供電能力，提高供電可靠性為根本，提升故障搶修的管理水平，必須通過“技術創新+管理創新”的思路，配網檢修、搶修需要與配網故障分析有機結合，實現電力故障的智能分析、統一故障分析，輔助決策，變被動服務為主動式客戶服務，提高故障搶修工作整體管理水平和搶修工作效率，從而達到降低用戶停電損失，減少電網企業的售電損失，提高電網供電可靠性的生產目標。

我們可以從多個角度將監控數據進行分類，再根據數據特征進行計算。通過對配網設備參數、設備監控數據、環境監控數據等進行融合，研究各專業設備數據（包括歷史數據）與分析方法、環境條件、結果的關系，數據的提取機制，建立數據模型，實現分析平臺上的多參量自動分析，模型本身能夠根據實時數據、經驗數據自動學習并更新算法。數據量越多、運行時間越長，分析結果將會越準確。例如，通過現場監測系統獲取的數據包括電纜線芯電流、溫度等設備運行信息（電參量），電纜型號等設備本體信息（非電參量），柜內溫度等設備環境信息（非電參量），以及氣象等公共信息（非電參量）。環網柜故障診斷、預警及運維決策模型基于上述設備運行信息、本體信息、環境信息、公共信息等全景信息，對電纜故障及老化程度進行定位、分析，對災情進行預警，并給出設備維護檢修、應急響應的決策建議，從而實現輔助決策。

通過初步智能化的配網故障分析功能給出防災、檢修、搶修、故障處置的意見。并根據生產運維單位需要的推斷分析結果要求，建立相關配電網設備統計推導模型。有效指導設備投運的全生命周期管理，給出設備老化、故障定位、設備更換等信息。

3 系統設計

用戶側配電網絡發生的故障通常需要快速搶修和處理，其管理過程牽涉到電力企業的多個服務部分和相關領域及業務，管理難度較大，與電力搶修工作密切相關的配網、配電、調度等重要信息系統由于專業性強、信息安全要求高，目前都是分散部署、獨立應用，而這些重要信息對于面向客戶直接提供服務的一線工作人員卻是信息盲區，在受理故障搶修話務時無法快速判斷出故障點位置，無法確定是否是已知故障、是否已經在搶修狀態中、是否可立即啟動應急預案等，存在故障多頭報修、資源重復調派、服務環節拉長、監控管理脫節等問題。同時整個搶修派工過程中存在大量人工溝通環節。為此設計一套基于海量監測數據的分析處理模型勢在必行，其設計流程分為數據采集部分、診斷分析部分、決策支持部分。其具體全景數據設計如圖1。

基于以上設計，結合實際搶修工作，設計實現智能修理與快速電力故障處置支持平臺。該平臺建立在不同應用系統的數據源基礎之上，首先通過數據采集平臺，從各種系統收集數據，統一經過數據清洗和過濾，再經過數據挖掘和重構形成可供分析的熟數據，再經過診斷分析的集成平臺生成標準的數據模型由不同類型的數據引擎分發到不同的應用模塊，同時通過標準數據接口解決數據兼容問題。

應用系統層面可由多個子系統組成，數據采集既可以平行和垂直采集，子系統之間無耦合要求，只作為大數據的元數據采集來源。信息集成層定義了通用的標準數據結構用于生成特定的數據模型，起到關鍵的數據轉換和分發功能。中間件和數據引擎解決數據的傳輸瓶頸問題和高性能高并發問題。業務處理與數據展現層提供人機接口。其具體智能檢修與快速電力故障處置支持平臺結構如圖2。

智能修理與快速電力故障處置支持平臺，是一整套有機的體系結構，結合了各種應用系統的關鍵數據，并且相互協同配合完成智能處置的全過程。智能修理與快速電力故障搶修的決策支持需要同時用到平臺的移動運用APP及電子地圖技術，通過可視化的地圖標識及擴展運用，實現無紙化移動辦公，摒除辦公現場的地點限制，可便捷的開展線路運維管理工作，做到信息及時傳遞，擴充信息溝通傳遞渠道，助力運維工作的有效開展，實現配電網絡的移動精益化管理提升。其移動應用業務主要由企業內部的生產管理、GIS系統、在線監測系統為數據基礎，同時接入日常巡視的大數據（工作任務、事故信息、照片、安全措施信息等），通過大數據分析模型梳理為“任務接收、路徑導航、任務執行、結果反饋”的閉環業務流程，具體內容如圖3。從而構建一套線上、線下的快速潛修的輔助流程。

智能修理與快速電力故障處置支持平臺與多系統協同工作，通過數據的自動化接收與處理，并分發到后臺處理智能快速分析平臺形成處置方案并通過移動互聯網技術派工到相應工作人員完成故障及時處理：

（1）數據收集過程：通過標準接口和數據抽象實時監測各項相關系統的數據，經過數據匯總與處理初步判斷系統是否異常，當出現異常數據時，處置過程將匯集數據分發到后臺智能決策系統細致分析。

（2）智能處置平臺將根據接收到的數據進行知識庫匹配和相應算法進行故障分析，分析數據將通過自學習數學模型生成相應處置方案，之后納入結果回執與實際解決方案進行比較分析。

（3）處置方案生成的同時將通過移動互聯網通過工作人員和自動處理設備，實施方案解決故障問題，并將執行結果通過移動應用APP或智能終端發送到后臺由智能支持平臺收錄并總結自動生成相應的故障報告。

4 智能修理與快速電力故障處置支持平臺的優勢

（1）數據容量大，以真實大數據為基礎，方便建立更科學準確的故障數據模型。

（2）可基于全景數據結合實際的故障檢修和搶修基礎數據進行故障全生命周期管理。

（3）建立專家知識庫，可自學習、可復用，從定性與定量兩方面進行故障診斷、預警及決策。

（4）移動應用信息推送服務，針對用戶的信息需求通過數據庫和信息互聯網絡檢索到符合用戶要求的信息，人性化推送用戶關注的信息，并結合圖形化圖表化的分析結果和趨勢圖方便理解和判斷。

（5）不同組織和相關部門可向平臺充實數據，共享處理和分析結果。

（6）應用數據歸檔機制，歷史數據的可追溯性，可以以時間主線，故障類型主線，部門主線，效率性主線等為要點進行統計。

（7）可向不同的終端推送數據和提供數據采集接口具有良好的交互體驗和人機接口。

（8）基于數據建模方法建立故障數據模型和原型，將離散隨機的數據片斷提升為易于分析的可用的單元。

（9）在真實故障數據模型的基礎上建立故障事件的內在聯系和通過分析得到趨勢性結果以供決策。

5 結論

建立配網故障數據模型作為分析和統計的重要數據方法為配網故障管理提供決策依據，通過大數據平臺整合各子系統的基礎數據，解決配網故障管理的數據整合與統計利用的問題。在復雜的配電網中，利用大數據分析預測故障，為運維人員提供科學的應急預案及解決方案，不僅能大幅減輕運維人員工作，快速的故障解決還能提高客戶滿意度。

基于配網故障全景數據的建立，智能修理與快速電力故障處置支持平臺將為決策和分析提供可量化和可視化的科學依據。大幅提升客戶服務水平及服務質量。電力搶修工作效率提升后，能夠有效減少停電帶來的各項損失，從而大幅提升客戶服務水平和服務質量，提高客戶滿意度。促進企業管理模式的創新。實現信息獲取模式從孤立分散到逐步集成并最終實現信息整合的轉變；實現了搶修指揮模式從“指揮孤島”到協同有效的指揮控制轉變；事件處置模式從被動“救火隊”到主動監測預防、事件驅動控制、預案流程控制轉變。

參考文獻

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