配电网故障智能研判与主动抢修技术分析

孙 玮

（国网盐城供电公司，江苏 盐城 224000）

当前的电力系统运行中，电力系统的运行状态大多依赖于客户提供的维修报告，无法提供高效、快捷的维修，同时缺乏对事故成因的研究和预报，导致了调度任务由多个班组轮流进行。即使在相同的情况下，派发多份维修作业单，也会造成维修资源的浪费，客观上也会导致维修延迟。归纳起来，总结出以下问题：一是感应速率低；二是缺乏对局部配电网络故障的正确认知；三是位置解析的速度很缓慢，缺少对相关停电和故障的综合分析；四是维护工作效率低、定位困难、检修进度慢及人力资源消耗大。消极的服务缺乏对用户的即时的数据分析，使得公众会有更大的意见。这些问题将在未来的发展中得以有效地解决。然后，根据电力行业的现状，提出了一种以智能化变电站为核心的低压电力负荷预报与分析的方案。

1 泛在电网中低电压配电系统物联网应用方案

1.1 低压配电网络的全监控

配电系统的“大脑”是配电系统中的智能化监控系统，其负责存储、处理配电设备的运行状况，以及配电设备的运行状况，向配电设备（配电自动化终端机和智能化仪表）发出指令。配电网络的智能监测也是电网维护的重要基础，能够对配电机房的总体运行状况进行远程监控、危险预警和异常报警。数据传送系统作为“管道”，连接了现场监测数据与后台监控平台，并通过短信、语音和微信等多种可选的方式向有权限的用户发送数据。智能监控系统作为“感官”，其任务是对端测试中的各部分进行采集，然后按照相关的技术规程向主控终端发送。智能执行器就是“手脚”，根据监控系统的数据，在超出设定的范围时，进行智能控制。使配电房的环境参数保持在预定的范围内。中低压配电网的环境监测示意图如图1 所示。

图1 电网运行状况与环境监测简图

1.2 低压配电系统的拓扑结构辨识

随着电力市场的运营和维修需求的不断增加，配电网络的拓扑结构也会随之改变，因此，无法对现有的电力系统进行实时的调整，使得电力系统的真实拓扑结构很难得到精确的体现。因此，如何正确地确定配电网的拓扑是十分有意义的。基于IP 的宽频载波技术，采用信号嵌入技术，可以动态产生电力公司配电网络，并对低压台区户变及线变的配电系统进行系统的校验，有效地解决低压台区户变及线变拓扑结构精度不高、校验手段不足等问题。配电网络的低电压拓扑结构如图2 所示。

图2 低压配电网络的结构辨识

1.3 智能台区的营配一体化

该系统将配电网络的感知层次快速延伸至低电压配电网络，并在满足原电能表计的基础上，实现低压拓扑动态管理、用户停电事件主动上报等功能，实现低压配电网的营配贯通融合。

1.4 低电压故障的积极修复

当前，电力系统的维护工作主要依赖于客户的报修被动进行。用户的用电体验差，企业的主动服务意识有待提高。目前的故障感知方法在短时间内很难提高故障类型、覆盖面和实时性，因而不能在一定程度上支持低压配电网络故障后的“主动抢修”服务。

通过对电力系统的故障状态和故障状态的实时反馈，可以对电力系统的故障进行自动修复，并通过智能台区对低压实时故障研判，进而将故障研判结果主动推送至决策人员。决策人员将故障情况通过工单上报到故障检修部门，实现对低压配电网络的主动修复，缩短了检修周期。低压故障的主动检修流程如图3 所示。

图3 低压故障的主动检修流程

1.5 低压配电网络的线损管理

低压配电网线损精细管理是利用低压监测单元和智能电表，对各进、出线关键节点的冻结电量进行实时监测，并根据低压配电网络的数学模型，将各线路的线损进行分层统计。对线路损耗的异常波动进行预警，为市场营销专区的线损管理提供支持。

2 低压电网故障智能化分析与判断

2.1 低电压故障分析的发展趋势

根据《国家电网公司关于加快推进供电服务指挥平台建设的意见》，作为抢修指挥和用户服务指挥中心的电力业务调度系统，应具备“对配变及以下设备低电压、重过载等运行状态实时监测”“主动研判故障类型、位置和影响范围，发放抢修工单”等功能。中、低电压的故障分析和判断的一般思路如图4 所示。

图4 中、低压设备的故障分析和判断

在智能台区上实现低压电力系统的故障分析，可以分为以下2 个方面。

（1）改造计量表，加装低电压收集设备。通过对配电变压器、低压分路、分支箱和表箱等进行低压监控，实现对配电变压器、低压分路、分支箱和表计量等的检测。但由于需要投入大量的低压采集设备，以及设备的更新与后期维护等原因，该方案在网络上的推广面临着很大的挑战。

（2）根据通信经营者的光猫资源，实现跨行业的告警。通信部分，光纤入户工程已经基本完成，利用电信运营商用户和市场营销之间的地址匹配，可以将运营商的信息和低压网络的模型进行整合，并利用光猫对网络的实时状态进行实时的更新，并结合网络拓扑对其进行分析。从而达到对低压带电状况的全面监控。由于系统之间的数据传递延迟和判断的时间限制，使得低压设备的分析时间缩短到了2～5 min。该方案的优点是，可以在不进行现场改造的情况下，充分利用不同行业的数据，实现对低压电网带电状态的全面感知。具有广泛的推广能力。

2.2 低压设备故障分析的技术途径

基于配电网的自动绘图模式，通过整个销售体系，完成了“站-行-变-箱-户”的立体建模、内部的数据协作和中压力的识别。该方法采用实时配变、智能配变、智能设备采集及用电系统的资料进行综合处理，对专线、专变发生的中电压事故进行了检测。跨行业的数据处理，包括所有的低电压装置的故障，符合通信运营商的要求，并根据客户的需求对跨行业的数据进行拟合。通过对电力系统的全面覆盖，实现对低压电力的全面感知，并将其与电网的拓扑结构相结合，实现对低压电力的全面感知。

配电网络的经营管理是一项新兴的、非核心的业务。当前，由于电力系统本身的智能终端普及率较低，无法实现对低压居民的实时覆盖。经过数年的发展，我国的通信运营商网络已基本实现了城镇和乡村地区的网络终端的普及。与通信公司合作，在不改变现有配电网的低压端基础上，使其能够在不改变现有电网的低压端条件下，对其进行实时的无电预警。

目前，在本地区所有电网区域的宽带用户中，电信宽带用户占据了45%（或者50%），本地区的宽带用户中，有45%（50%）是移动宽带用户，这2 大通信运营商的市场份额超过了95%。由于缺乏来自移动通信公司的光猫数据，以及2 大通信运营商在一定范围内的分布不均匀，以及缺乏足够的数据，无法对用户端的停电状况做出客观、准确、全面的反映，从而为制定相应的抢修作业单提供了困难和障碍。

为了更好地提高对低压配电网络用户的失电感知能力，及时、准确地发放维修作业单、增加“故障感知系统”的数量，必须构建以手机用户为基础的失电感知系统。将通信光猫的有效失能数据与移动光猫的有效失能数据进行比对，得到的故障数据将更加准确、客观和及时。同时，通过对故障类型、位置和影响程度的分析，建立了1 个基于人工智能的辅助判断数据库，为建设和完善“数字电网”提供了基础数据库。基于光猫的断电活动感知流程图如图5 所示。

图5 断电状态感知流程图

3 快速复电的改进策略

由于中低电压配电线路的供电半径一般都很大，所对应的电力负荷分布也比较分散，因此，在低电压配电网中，容易受到地形、环境和天气等因素的影响，如果不能及时进行维护，将会导致系统的运行问题。同时，由于电力系统的建设周期较长，电力系统的配置也不够合理，从而造成了电力系统的运行状况。本地区的10 kV 输电线路，主要是城市供电和乡村供电，城市供电线路以电缆或架空绝缘线路为主，乡村供电线路以架空裸露线路为主。城乡电网的供电范围和供电半径由供电范围的差异而引起的失效概率也有很大差异。归纳起来，故障断电可以分为3 类：天气因素、设备缺陷和人为因素。本文分析了本地区低压配电网络中常见的故障成因，并在此基础上提出了在智能台区基础上采取二分法快速恢复供电的对策。

当低压配电网跳闸后，在没有发现明显故障信号的情况下，首先对线路进行强供电，以判定是否存在永久性故障。强传输的判别失效模式如图6 所示。

图6 电力强制供应模式

当051 线断路器在跳闸后，采用强送电源，如果成功，表明该线路为暂态故障。如果强行送电失败，那就是永久故障。在实际应用中，可以远程控制断路器，达到强供电，提高工作效率。减少再送电的时间，从而达到迅速的恢复。

当强制供电失败时，通过智能台区内的自动配电网切换，实现快速恢复供电。二分法是在不确定的情况下，使用二分点开关将其分离出来，这种方法可以同时恢复50%的线路。首先，对断开的2 个开关进行测试。如果成功，就设置2 个分接开关，采用分段检查，试送恢复系统的电源。如果不能，则按单辐线回拨，要找到前一条线路的故障，按分段检查、试送的方法进行供电。对环形线路，关闭开关，进行负载切换，分段检查，试送，恢复系统的电源。

例如，如图7 中所示的单辐线，在051 线断路器跳闸时，不能进行强传输，而不能确定故障点。切断G01开关，将线路分成前、后2 部分，再进行051 断路器的出线测试，如果成功，然后，对G01 切换后的线路进行检查；如果G01 开关失败，那么首先要检查G01 开关的前一条线路，将主干线的电源恢复到G01，再将G01的电源恢复。

图7 单点放射线

如果是环网联络线，出线051 线断路器跳闸，如果强制送电失败，在不清楚的情况下，该电路采用切断二分点G01 开关的方法，将其分成前、后2 部分。接上051 断路器的出线测试，如果成功，将对G01 开关的后一部分进行检测；如果失败，首先用电源连接开关A01来恢复后一段的电力供应，然后用011 线为二分点G01 和A01 号线提供电力，然后再对前一条线路进行检查，重新启动电源。

4 结束语

本文介绍了中、低电压配网环境监控及配电网低压拓扑识别等领域的应用。在智能台区营配一体化、低压线路主动检修和低压配电网线损管理等方面，并在智能台区基础上，给出了一种新的低压故障分析方法。针对电网运行情况，在智能电网低压故障研判平台的基础上，对不良天气、设备老化等相关影响因素进行排查，以便更加科学地对线路运行进行改进，提高供电的可靠性，减少用户的停电时间。