面向泛在电力物联网技术下配电网故障诊断方法

◎杨敏生

引言

基于泛在电力物联网技术的配电网融合了工程生产管理系统、配电网图模系统、数据采集与监控系统、配电自动化系统以及调度运行管理系统等多个专业技术的数据，能够加强电网数据的资源共享，实现数据的优化配置，从而提升整个配电网的供电质量。但是泛在电力物联网下的配电网故障诊断方法为灾后的处理方案，这就要求要加强对泛在电力物联网技术下的配电网故障诊断方法的优化，实现配电网故障的主动防御，让配电网故障恢复时间能够大大缩短。

一、传统配电网存在的问题

我国配电网的设备数量非常多，结构非常复杂，当前配电网的自动化水平较低，还没有实现对配电网运行状态的实时检测，难以对配电网故障做到有效预防。当配电网发生故障，则会导致无法向用户供电，对用户的正常生活和工作造成了巨大的影响。针对这种情况，就要求要及时获知配电网的故障信息，并做好故障分析，在最短的时间内采取有效的策略和措施来应对，缩短供电的抢修时间，及时恢复正常供电。配电网的供电抢修是一项比较复杂的工作，涉及到多个专业和多个环节，配电网故障诊断和抢修的水平反映了供电企业的服务水平。但是从实际的情况来看，一些地区的配电自动化设备配备不足，对于配电网的指挥业务盲目性非常大，对于配电故障的信息难以及时获取，所以很难形成主动配网抢修指挥[1]。在传统的配电网台区管理中，由于支线的频繁变换以及人员交接变换会导致台区拓扑架构不清晰。对于台区分支线路的计量难以实现同步，所以就导致没办法确定台区的线损，进而影响故障的诊断和处理。台区故障信息和用户之间没有实现有效的沟通，导致客户经常打电话投诉，台区故障投诉率非常高。泛在电力物联网融合了人工智能、大数据、云计算和物联网等多种先进的通信信息技术，能够实现电力系统多项业务的智能联动，促进电网和用户之间的协作共赢。

二、智能配电网台区的建设要求

智能配电网台区建设要求台区拓扑要能够精准识别，从而实现主站的自动成图；实现对台区的分段和分相精准监测，能够及时做好台区的线损分析，并制定综合降损决策；实现台区停电区段的就地定位，快速、精准检测故障，并及时处置，主动抢修，减少投诉率；加强对台区资产的清晰管理，实现台区资产的便捷录入，本地、主站互相备份。

三、面向泛在电力物联网技术的配电网故障诊断方案

泛在电力物联网技术下的配电网故障诊断和处理平台建设方案包括感知层、网络层、平台层和应用层，能够实现配电网数据共享功能、配电网故障区域快速定位功能和配网抢修指挥服务功能，如下图1 所示。

图1 面向泛在电力物联网的配电网智能化状况监测和故障处理平台方案

（一）配电网数据共享功能

配电网数据共享功能是指利用信息交互总线和用电信息采集系统来采集用电信息，实现相关业务数据的共享，对终端上报给配电台的电流数据、电压数据等都可以收集起来，并进行综合的分析和处理，为配电网的故障监测和处理提供有利的参考，避免故障处理的盲目性，实现配电网的主动工作局面。配电网的数据采集终端是通过同步相量数据集中器装置来实现的，可以对相关的数据进行收集、存储，还具有转发信息的功能。当前随着各种科学技术的不断发展，我国通信方式也变得更加丰富，天线专网、光纤以太网通道等也可以应用到信息采集单位中，更好地实现数据的共享。

（二）配电网故障区域快速定位功能

共享数据反映出来的信息通过配电网故障区域快速定位功能就可以形成配电网分支线断线不接地故障诊断主要特征库，从而将故障诊断主要的条件特征以及结果特征之间的关联规则充分挖掘出来，建立故障诊断规则库，通过故障诊断规则就可以实现对配电网故障的快速诊断。故障诊断规则库是通过频繁模式树结构来对相关的数据进行组织，然后通过数据集的扫描来将频繁的项集提取出来，关联规则挖掘效率非常高。在对配电网的故障进行诊断时，要将需要诊断的条件特征和规则库中的条件特征进行匹配，如果匹配成功则判定存在故障，如果匹配不成功则判定没有故障。通过配电网故障区域快速定位功能挖掘出来的强关联规则，不仅可以用在故障的诊断中，同时也可以实现故障定位，也就是具体查找出故障发生的位置，能够实现对故障区域的智能化确定。规则库中的条件特征来自各馈线和分支线上的电气量信息，一旦诊断出来发生了故障，则可以结合匹配到的关联规则中的条件特征来对故障发生的地点进行推断，并推断涉及到的用户所在的分支线上。

（三）配网抢修指挥服务功能

面向泛在电力物联网的配电网智能化状况监测和故障处理平台能够将采集终端上报配电台区的电流和电压数据进行综合分析和判断，从而掌握电网配电台区的低压网络运行特征，从多个角度和层面来对配电台区进行全方位的管理，提升管理精细化和全面性，从而提升平台辅助决策的能力。对于各种运行数据的变化，可以对异常和故障进行预判，做好配电网整体运行工作状况的实时监测，主动提升停电的区域，从而改变以往配电网被动抢修的状况，提供主动抢修服务，同时还可以通过相关的通信手段来发出配电区域的停电信息通告，以提升整体的服务质量，给人们提供满意的服务。

三、泛在电力物联网配电网功能介绍

（一）线路电参测量

泛在电力物联网配电网能够实现对电压、电流、无功功率、有功功率、电网频率、视在功率以及三相电压电流的谐波畸变率等的实时测量，同时可计量三相有功电能和三相无功电能以及正反向谐波有功电能，并记录三相有无功最大需量和发生时间。

（二）拓扑自动识别

泛在电力物联网配电网能够实现拓扑自动识别，电容投切为短时投切，维持数十ms，对电网造成的影响非常小，可以忽略不计。通过投切的长短和有无，可以组成特定的无功状态序列，具有良好的抗干扰能力和可识别性，以此来实现自动识别。

（三）精准故障定位

泛在电力物联网背景下的配电网智能化状态监测与故障处理平台能够实现对配电网信息的实时监测，智能化分析处理故障，并实现精准故障定位，以此来实现电网故障的主动防御。泛在电力物联网配电网能够对线路的停电工况进行实时监测；确保计量的采样测量一体化，从而对线路的电压和电流进行实时监测，及时检测短路故障；智能配电网可以配置剩余电流互感器，这样就能够实现对接地漏电故障的实时监测。根据拓扑图和各个节点的故障状态，就能够对线路的短路、停电工况以及接地漏电故障等进行实时判断，并进行定位。

（四）精确台账管理

智能配电网台区还具有对台账进行精确管理的功能，可以提供设备台账信息文件的生成、保存和上送。工程安装时，工程安装人员通过手机或者平板上的专用的APP 扫描设备的二维码，将设备的型号、生产日期、规格和厂家等台账的信息数据生成XML 文档，在蓝牙的作用下输送到低压多路监测单元中保存起来，TTU 就可以通过无线通信或者载波获得这个设备的台账信息文件，以此来实现对设备台账的精确管理。

（五）线路损耗精准计量

智能配电网台区可以实现线路损耗的精准计量，将低压多路监测单元安装在台区的各个分支点上，提供按时间冻结的电参数据和电量数据，这样TTU 就可以获得同一时间各个节点的电流功率和电能等数据，然后结合自动识别到的拓扑信息就能够对线路的损耗进行精准的计量。

（六）其他功能

智能配电网台区还可以实现谐波污染源的定位，谐波电能区分正负，对谐波污染源和谐波被污染者正确区分。可以实现对谐波电能的分相计量和保存，定位非常准确，不仅可以确定线路，还能够进一步定位到相别。谐波电能定时冻结，对谐波污染源实现时间区段上的定位。智能配电网还可以实现分散式的无功就地补偿。传统的配电台区无功补偿方式主要是以集中补偿为主，可调补偿的档位不够精细。智能配电网台区使用LTU 自带的拓扑信号源终端，就可以实现就地多级的灵活补偿，自主补偿的可调补偿单位非常低。智能配电网的维护非常便捷，并且拥有多种可扩展功能。

四、结语

泛在电力物联网技术下的配电网建设是为了适应我国当前发展形势的新型配电网，通过多种现代化通信技术的应用能够有效解决配电网抢修工作中的盲目性问题，充分利用现有电网中可采集的数据量和采集系统数据转化、数据共享技术来实现对配电网的智能化状态监测和故障处理，能够有效提升配电网的智能化水平，给用户提供更加优质的供电服务。对于当前的泛在电力物联网技术下的配电网，可以从多个层面来进行优化，从而实现对极端天气下的故障预测，进一步强化配电网的主动防御功能。