基于狀態評估的配網巡檢與故障定位

崔毅，汪鵬君，王晶晶，李剛

(溫州大學 電氣與電子工程學院，浙江 溫州 325035)

0 引 言

配電網中各電力設備可靠運行是保障電網安全運行的關鍵環節，電力設備出現故障時，若維護不及時，會造成嚴重經濟損失。現階段，隨著配電網不斷升級改造，規模不斷擴大，配電設備數量快速增加，而電力運維人員配置速度遠不能滿足配電設備大規模擴展需求，容易導致設備維護不及時的情況[1-2]。因此，電力運維部門需制訂合理的檢修維護策略，解決人少設備多的問題，及時有效地保障電力設備安全穩定運行。

目前，各電力公司針對配電網建設和運維需求，制訂了一系列檢修方案，并建立了多個類型管理系統，如地理信息系統(geographic information system，GIS)[3]、數據采集與監視控制系統(supervisory control and data acquisition，SCADA)[4]、用電信息采集系統[5]、電力調度與監控系統[6]等。但各業務系統相對獨立，難以實現系統間協同配合和設備運行維護的管控支持。為此，本文提出將GIS和SCADA系統等獨立業務系統進行有效集成，實現對配電設備的數據采集監測和精準定位，并結合狀態評估、風險估計等技術，確定設備風險級別，制訂巡檢策略。當設備出現故障時，通過平臺和APP配合，快速定位故障，達到準確運維的目的。

1 配網巡檢與故障定位系統框架設計

配網巡檢與故障定位是滿足電力設備巡檢決策，實現運維管控和搶修輔助定位的管理系統。系統采用狀態評估掌握設備運行狀況，通過電力GIS快速定位設備，并輔助搶修工作，為電力運維工作提供有力支撐。

1.1 系統網絡拓撲構建

系統網絡拓撲主要采用“應用層/數據傳輸層/數據采集層”分層結構，如圖1所示。數據采集層位于配電室和變電站等低壓配電現場，主要設備包括：電流互感器、多功能電能表和電力物聯網關等。通過傳感設備采集電力設備的數據和狀態傳輸至服務器，同時執行器節點可執行系統下發的各類指令，實現對配網及運行環境智能感知、信息采集和自動控制。

數據傳輸層主要負責采集層與應用層各業務模塊的通信，采集各設備的數據參數和狀態信息，通過傳輸網絡上傳到應用層，同時傳輸應用層模塊下發的各類控制命令給執行設備。應用層主要實現電力信息的實時分析及處理、設備狀態評估、巡檢決策以及設備故障快速搶修。運維系統通過此網絡架構實現對配網設備監測、巡檢決策管理以及快速運維等功能，使電力運維工作更加快捷、準確，保障配電網穩定、高效運行。

圖1 系統網絡拓撲圖

1.2 系統功能架構和主要模塊

系統由電力GIS、電力設備狀態監測和巡檢決策管理等子系統組成基礎架構，利用圖表等對電力數據及設備運行情況實時展示。同時結合實時監測、歷史數據和巡檢數據等，使用改進模糊層次分析法計算各電力設備健康狀態，并根據當前狀態出具巡檢策略。若設備處于故障狀態，系統將通過平臺首頁和手機APP同時推送故障消息給運維人員，搶修人員利用電力GIS快速定位故障設備。到達現場后將現場情況上報，系統給出相應的檢修策略，跟蹤搶修進度，協助完成搶修工作。系統功能架構如圖2所示。

圖2 系統功能架構圖

1.2.1 配電設備狀態監測

電力設備狀態監測模塊利用各類傳感器，采集配網中各電力設備的實時狀態信息，通過傳感終端將傳感器采集到的數據經數據傳輸層上傳到系統應用層。系統根據配電網的設備分布情況搭建SCADA模型,并將獲取的數據接入模型，實時展示配電網整體運行情況。通過列表和圖表的形式實時顯示各電力設備的數值、在線狀態和告警狀態等情況，并用信號燈表示該類設備的運行狀態。

1.2.2 設備巡檢管理

設備巡檢管理由巡檢內容、計劃制訂、人員管理和流程跟蹤等組成，通過平臺與手機APP配合，實現巡檢工作的全過程管理。巡檢平臺根據設備狀態評價結果制訂巡檢計劃和內容，做出人員安排，管控巡檢過程，及時發現并消除缺陷。手機APP負責設備巡檢過程中現場與平臺之間信息傳輸，可通過APP將結果反饋給平臺，供平臺做巡檢策略分析。巡檢系統結構如圖3所示。

圖3 配電巡檢管理系統圖

1.2.3 故障快速搶修

將搶修管理與GIS、GPS和移動終端等集成到一起，形成一套完整的故障快速搶修子系統。搶修系統包括搶修工單生成、故障點定位、任務派發、現場勘查、故障上報、工單確認和工單審核等主要業務功能。系統根據故障消息生成搶修工單，并自動派發到搶修人員所持有的移動APP上，待搶修人員領取任務后，利用電力GIS確認故障點；到達故障點后完成簽到，將現場故障情況上報給平臺。若搶修人員無法快速恢復故障，可征求搶修管理平臺給出處理意見，管理人員組織專家給予現場指導；故障恢復后通過APP填報處理情況，確認工單完成，發送平臺審核，平臺完成對任務的審核及故障分析工作。具體故障搶修流程如圖4所示。

2 基于狀態評估的配網巡檢決策

2.1 狀態評估

電力設備可依據狀態評估技術獲取設備健康度。針對不同健康度的設備，給出相應巡檢決策，及時調整巡檢計劃，靈活開展運維工作。系統狀態評估主要依據改進模糊層次分析法進行。首先根據設備運行數據和設備本體情況，確立影響設備健康度的指標，建立評估指標體系；其次，采集各指標相應的原始狀態數據，計算得到初始評分，并依據元素間重要程度，建立各指標優先關系矩陣B、模糊一致矩陣R和互反矩陣E；再次，利用迭代公式計算出最終權重；最后，結合初始評分，獲得設備健康度。基于改進模糊層次分析法的狀態評估策略，如圖5所示。

圖4 故障搶修處理流程圖

圖5 基于改進模糊層次分析法的狀態評估策略

2.2 風險評估和巡檢決策

電力設備運行維護部門可根據配電室內各電力設備的資產價值和故障影響范圍等因素評價各電力設備在配電系統中的重要程度[7]。在此基礎上，結合電力設備狀態評估結果，得到設備風險評估值，確立電力設備的風險管控級別。根據設備風險評估結果和管控級別，動態調整配電設備巡檢計劃和內容，制訂差異化、定制化的巡檢運維方案。

如果設備運行正常，可按照檢修規程執行日常巡檢或適當調整巡檢周期，特殊情況可根據設備實際狀態和環境條件等情況制訂巡檢方案；反之，若設備異常，可依據設備風險評估結果和預警信息，開展有針對性的搶修，給出異常處理意見，及時消除異常[8-9]。差異化巡檢決策示意圖如圖6所示。

3 配網巡檢與故障定位系統實現

配網巡檢與故障定位系統主要實現對該公司所負責客戶的臺賬管理，各電力設備的運行狀態監測與報警，根據狀態評估技

圖6 差異化巡檢決策示意圖

術獲取設備的健康程度并對應調整相應的設備日常巡檢安排，以及故障快速搶修處理等多項電力設備運行維護措施的實施與管控。

3.1 數據采集與監測

數據采集與監測模塊實現對電力設備運行狀況的實時數據監測，利用傳感設備采集數據，將設備實時狀態數據經數據網關上傳至數據庫，系統將其導入配電室SCADA系統，實現對各節點的狀態監測。同時用戶可根據不同客戶/項目快速找到需進一步查看狀態詳情的設備，系統將設備電壓、電流、功率因數和告警狀態等狀態量，通過列表形式顯示，使用戶可以對設備情況一目了然，方便用戶發現問題設備。

3.2 巡檢決策

巡檢決策通常在設備狀態評估和風險評估基礎上開展，通過運行數據和歷史數據獲取設備狀態評估基礎數據，經由改進模糊層次分析法將設備狀態健康度計算出來，將其輸入風險評估矩陣，得出設備當前風險等級。巡檢決策方案參照文獻[10]，依據不同設備風險評估等級制訂方案，確立設備巡檢優先級、巡檢周期以及類型等重要指標，做出合理的巡檢安排。通過差異化的運維方式，可解決傳統巡檢方式中定期運維和全面運維，造成的耗時長和運維周期長等問題，合理有效地開展巡檢工作，減少運維工作量、提高運維效率。

3.3 故障GIS定位與輔助搶修

將GIS與電力設備信息相結合，把設備所在位置坐標與電力GIS中的坐標對應起來，并添加此坐標點設備狀態信息，可通過定位點查看設備的狀態信息，實現快速設備定位。

當設備故障時，平臺根據告警信息生成搶修工單，并快速獲取故障設備定位，派發工單給可快速到達現場的工作人員，搶修人員接受任務后，可通過APP獲取故障設備定位，同時依據電力GIS和APP提供的設備信息及故障內容，做出故障預判，合理配置資源，減少現場勘查時間。到達任務點后搶修人員現場簽到確認，根據故障預判結果，對故障設備進一步勘查驗證，上報現場設備情況。若無重大故障可快速消缺，恢復設備正常投運；若故障嚴重，搶修人員可要求系統提供作業指導，管理人員將及時聯系相關專家給予作業指導，提高搶修效率。

4 結束語

針對目前國內多數地區運維方式落后、配電設備狀態難以準確把握和配電故障難以及時有效解決等問題。本文將地理信息定位、數據監測和臺賬管理等子系統有效結合，在此基礎上利用狀態評估技術準確評估配電設備健康狀態，并結合設備日常故障概率及其在在配電網所占的重要度，確立風險評估管控等級，制訂差異化的日常巡檢策略。在配電設備發生故障時，可實現多系統交互配合，協助現場運維人員快速消除故障。該系統能夠協助配電運維管理部門及時掌握配電設備健康狀態并做出合理、準確的檢修決策；利用該系統輔助運維人員進行配網故障處理，可減少搶修時間，提高故障搶修效率，保障配電網的正常運行。