探索藏區電網綜合數據分析泛在提升

周召均　楊偉

摘要：藏區電網主要面臨設備運行地理環境、氣象條件惡劣，設備設防標準低，線路跨度較大，人工巡線、故障查找等效率效能不高，從當前的巡檢方式來看，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，故障查線反應速度不夠，尤其是在冬季、雨季等外部環境較差時期，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，電網已基本建設完成的覆蓋110KV及以上電壓等級的網絡行波系統、保護信息系統、故障錄波組網系統均為獨立系統，變電站內機器人巡視、無人機關鍵巡線等工作例行開展，當電網出現故障和異常時各系統獨立發揮作用，無法實現信息共享，不能實現對故障和異常的綜合分析判斷。國家電網有限公司發布的2019年1號文件，要求推進泛在電力物聯網建設，本文結合電網目前的情況，擬整合網絡行波、保護信息、故障錄波、線路桿塔數據資源，實現信息共享，開展大數據分析，實現電網故障和異常的精確全面定位，并利用變電站內機器人巡視、無人機巡線等手段，對藏區電網大數據綜合數據分析泛在提升。主要針對設備日常巡視、電網出現故障和異常情況、嚴重自然災害巡視時，通過行波數據、保護信息數據、故障錄波數據、線路桿塔可見光等數據共享分析后，可獲取電網故障的全面信息、形成綜合分析報告、提高分析判斷的準確度，并在最短時間提供電網故障和異常的精確區段、故障類型等的數據，利用變電站內機器人巡視、無人機巡線等手段確定故障信息，為專業管理和現場人員開展搶修和調度等工作提供技術支撐，便于電網快速恢復供電。

關鍵詞：綜合數據分析;泛在物聯網;故障分析;機器人巡檢;無人機巡檢

O 引言

2019年1月13日，國家電網有限公司發布的2019年1號文件中，排在年度重點工作首位的就是：推動電網與互聯網深度融合，著力構建能源互聯網。具體內容是：“持之以恒地建設運營好以特高壓為骨干網架、各級電網協調發展的堅強智能電網……。充分應用移動互聯、人工智能等現代信息技術和先進通信技術，實現電力系統各個環節萬物互聯、人機交互，打造狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活的泛在電力物聯網，為電網安全經濟運行、提高經營績效、改善服務質量，以及培育發展戰略性新興產業，提供強有力的數據資源支撐。承載電力流的堅強智能電網與承載數據流的泛在電力物聯網，相輔相成、融合發展，形成強大的價值創造平臺，共同構成能源流、業務流、數據流“三流合一”的能源互聯網。與此同時，也給電網安全經濟運行、提高經營績效、改善服務質量等提出了更高的要求。但是隨著新能源發電占比升高，電網形態日趨復雜，電力潮流和電網故障演化機理不斷由可預見向難以預見演變，這對電網的安全穩定運行提出了新的課題。但是物聯網技術為提高電網效率、供電可靠性提供了技術支撐，RFID技術、各類傳感器、定位技術、圖像獲取技術等使倉庫管理、變電站監控、搶修定位與調度、巡檢定位、故障識別等業務實現靈活、高效、可靠的智能化應用。

一 藏區電網現狀

（一）藏區電網主要面臨問題

藏區電網面臨的主要問題包括：（1）地理環境、氣象條件惡劣;（2）設備設防標準低，線路跨度較大，人工巡線、故障查找等效率效能不高，從當前的巡檢方式來看，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）州內幅員面積廣，交通工具主要依靠汽車，故障查線反應速度不夠，尤其是在冬季、雨季等外部環境較差時期，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，主網普遍存在單線單變、串聯供電、T接等現象，負荷倒供能力較差，電網固有運行風險及檢修引發的電網風險較高，風險管控壓力大。例如四川西北部地區，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）系統建設、設備配置情況

針對藏區的實際情況，電網設備的管理人員根據現場需求，作了極大的努力。因線路跨度較大，巡線難度較高，根據電網的特點，建設了行波故障測距系統、保信子站、故障錄波、輸變電設備三維建模，機器人巡檢等系統。

1.行波測距系統配置

行波測距法是根據行波理論實現的測距方法。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、線路結構等因素的影響，測距精度高，適用范圍廣。

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

2.保護信息子站建設

電網故障信息管理系統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監視、配置信息管理和動作行為分析，在電網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，可在系統發生故障時，自動地、準確地記錄故障前、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、提高電力系統安全運行水平有著重要作用。

4.輸變電設備數據三維建模

傳統的二維展示已無法滿足電網快速發展，結構日益復雜的需求，隨著計算機、數據采集技術的不斷發展，三維建模技術在電網中不斷應用。公司現已完成線路的桿塔、GPS定位、線路走向等數據已在PMS系統完善勒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、可視化的展現電力設備，描述設備的周圍信息。

應急搶修優勢：提高了搶修隊伍在處理應急事件的辦事效率，快速準確的為受災地區進行定損評估，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xx220kV變電站因線路遭受雷擊，導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。

監控人員通過對監控、保信子站信息的檢查分析發現：

（1）xx220kV變電站內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，公司設備運維管理人員無法獲取更多的信息，導致對設備的情況不清楚，無法判定設備故障原因，從而不能實現電網的快速恢復。變電運維人員到現場后，對設備進行巡視檢查變電設備無異常，但xx220kV變電站扎色一線263線路A相計數器顯示數字為21，B相計數器顯示數字為24，C相計數器顯示數字為20，查閱運行資料，上次記錄次數均為20;扎色二線262線路B相計數器顯示數字均為20，查閱運行資料，上次記錄次數為20。線路運維人員通過行波測距系統發現故障點在#76桿，運維人員到現場后發現扎色一、二線#76桿B相瓷瓶有明顯放電痕跡，經處理后恢復送電，但已離故障跳閘時間約5小時。

若是實現了網絡行波、保護信息、故障錄波、線路桿塔、變電站在線監測系統、地理信息系統等數據資源的互聯共享，將本次跳閘信息進行整合分析，同時遠程安排變電站巡檢機器人對變電站進行巡視，可以檢查220kV變電站內是否有設備損壞、避雷器計數器器動作等情況;并通過行波系統判斷故障點的位置，安排無人機對故障點附近位置進行巡視，查看故障點設備情況，確定本次故障造成的設備損失，隔離故障點，從而可實現快速恢復供電，且將節約大量的人工巡視，降低交通風險，降低設備的運維壓力。

三 結論

重要輸電通道環境復雜，重要變電站等設備，發生故障時，會對核心骨干網架、戰略性輸電通道、重要用戶等產生嚴重影響;重要輸電通道內輸電線路同時故障時，可能造成四級及以上電網事件。輸電線路“三跨”（跨越高速鐵路、高速公路、重要線路）事關公共安全和電網安全大計，在高電壓長距離輸電通道沿途，雷電、覆冰、大風、山火、泥石流等自然災害和外力破壞引發大面積停電的風險因素將長期存在。根據公司發展戰略，迫切需要主動適應能源革命和電力體制改革等機遇與挑戰，以實現電網更安全、服務更優質、運檢更高效為目標，以設備、通道、運維、檢修、生產管理智能化為主線，以推動新一代信息通信技術、智能技術與傳統運檢技術的深度融合為手段，引領運檢技術變革，建成以運檢智能化為核心的現代運檢管控體系。

本文通過對藏區的情況、特征分析，結合藏區電網中現有的運維情況，提出了整合網絡行波、保護信息、故障錄波、線路桿塔數據資源、在線監測裝置等，并將環境監測、山火預警、氣象數據等信息納入綜合數據分析，打通信息共享壁壘，構建大數據綜合分析系統，在設備的常規巡視規則制定、故障情況分析、面臨自然災害的決策等給出合理的方案，指揮現場巡檢機器人、無人機、視頻設備等快速反應，提供現場情況，為后臺決策提供支撐。