基于互联网技术的配电自动化智能运维检修系统设计
时间：2023-02-21 12:20:08 来源：千叶帆 本文已影响人
熊 军，王志超，胡熊迪，张江陵，杨倩倩，王 超
（国网咸宁供电公司高新区供电中心，湖北 咸宁 437000）
随着智能电网相关技术的大面积铺开，电网智能化得到了长足的发展，作为电网系统“最后一公里”的配电网，其智能化管理则稍显滞后[1-2]。配电网具有点多、面广、线长、变化大及通信环境差等特点，它直接对接用电终端。我国幅员辽阔，很多用电终端在自然条件极其恶劣的地方，要覆盖这些区域投入较大、维护难度也极大。如何有效地对这些区域进行运维一直是配电部门工作的重点。在电力系统的发展过程中，以往人们比较重视发电环节，对于供电和用电环节投入较少[3-4]。随着人们生活质量的不断提高，对高质量供电用电的需求也越来越高。在自然条件恶劣地区，受到各项现实不利因素的制约，使得配电网自动化的建设较为滞后。这些地区的用电无法得到全面覆盖，严重影响地区经济发展和人们的生活质量，阻碍社会发展[5-6]。为了确保配电网系统的安全运行，需要定期检修和维护智能配电网装备及线路。目前主要采用的是人工定期巡检方式，需要配备专业的维修人员、检修维护工具和零部件；
巡检人员定期对固定线路进行巡检，这种方式需要消耗大量的人力、物力，还达不到预期的效果。因此，单纯依靠人力很难实现配电网运维的全方位管理。开展配电网智能化运维管理系统的研发很有必要[7-8]。
张华正等[9]利用大数据技术对配电网终端设备进行分析，建立了设备状态评估模型。孙起鹿[10]除了考虑设备运行参数和状态参数外还创新性地考虑了设备现场监测数据、环境数据等因素的影响，使设备的状态评估更贴近实际情况。这些研究主要单纯地考虑设备的因素，没有考虑整个线路情况的影响及历史故障、检修信息的影响。
本文在充分考虑移动APP信息发布安全性的基础上，综合考虑线路情况、历史故障和检修信息，构建配电网设备运行参数及状态参数的内在逻辑关系，并建立相应模型；
运用互联网技术、大数据分析技术提出构建配电自动化智能运维检修系统的方案。通过监测配电网运行参数、设备本身状态参数、线路参数及相关故障、检修数据，在大数据关联分析的理念下对多源多类数据的相关性进行系统分析；
通过设定各类作业的标准化流程、规范化工序，提升现场作业规范化和标准化水平，从而提升配电网建设与运维的智能化管理，提升整体效率和效益。
配电网系统包括配电房、配电网络、终端设备等，其结构非常复杂，涉及到多个技术专业领域。传统的配电网系统运维管理主要存在以下突出问题：
第一，配电网点多、面广，配电房分布区域广泛且数量众多，使得常规运维管理工作量非常大。随着经济的发展，配电房、配电终端的需求将持续增加，同时配电自动化终端设备厂家众多，设备采购缺乏统一标准，使得购买回来的设备运行维护差异较大，进一步增加了运维难度。目前大部分运维、巡检工作还是靠人力完成，处理如此庞大的工作量，需要投入极大的人力成本。
第二，缺乏专业的运维管理人员及部门。配电网技术架构较为复杂，涉及到电力、软件、通信和互联网等技术专业，对运维人员的专业性和技术性都有一定要求。配电自动化系统的使用、通信、运维往往不是在同一个部门，各部门职责分工不明确，最后的运维工作难度也会增大，运维管理质量会随之下降。
第三，设备智能化管理落后。设备总是处于被动检修状态，设备监测仅仅停留在对设备运行参数的监测，缺乏对设备状态的提前预警以及对设备健康状态的评估，基本是事后进行现场故障检修，缺少提前预判检修。
第四，配电自动化系统运维数据库建设落后。配电自动化终端设备检修数据缺失，检修方案、检修台账缺失，缺少历史数据分析比对，导致无法对设备故障规律深入了解，针对最后的检修决策、科学的检修方案的设计无法提供可靠的数据支撑。
随着信息通信技术的发展，越来越多的传统行业与互联网技术结合形成一种新的行业模式。国发[2015]40号文件对重点行动（11项）进行了充分说明。其中，配网设施、用电设施与发电设施的智能化升级属于互联网技术应用的主流方向[11]。
互联网技术可以高效地集成所需数据，形成数据库；
结合大数据分析技术，可以极大限度地减少业务对地域的依赖性，有效解决配电系统点多、面广的难题。通过同一互联网平台可以有效实现统一业务流与信息流，实现运维的标准化，有效解决配电网终端设备复杂多样的难点问题。对于电网企业来说，基于互联网技术的运维管理的基础是借助传感器技术对其设备状态、运行状态进行实时检测与分析。另外，通过对数据库数据的深度学习和剖析，实现对配网以及相关设备运行情况进行科学预测及健康状态评估，提前发现故障隐患，及时制定应对策略，对设备进行精准调度、检修与运维，进而有效提高电能的使用效率，保证配电网安全运行[12]。
智能运维检修平台整合了配网故障信息、配网缺陷信息、配电自动化设备运行信息、配电自动化设备缺陷信息、线路信息、线路设备信息以及设备维保信息等全方位信息，既包括了配电系统的运行参数，也包括了配电设备及环境等的状态参数。基于大数据分析的理论，为配电网建设及运行维护提供支持。
3.1 系统架构
配电自动化智能运维检修系统架构共分三层：现场感知层、数据分析传输层、平台应用层，总体架构如图1所示。现场感知层：采用各类设备安全状态传感器、探测器、采集器、智能检测终端或第三方仪器仪表类智能设备等，对现场电流、电压、设备运行参数等进行采集及预处理，同时将检修历史数据、设备参数数据、历史状态信息等也作为感知层数据内容。数据分析传输层：融合多种通信方式的通信网络，对感知层数据进行基于风险的设备维修管理分析、历史维修分析、综合维修分析等，从而对设备的健康状态进行评估，提出巡视、检修策略。平台应用层：在应用层界面实时展示设备异常情况、人员检修情况、故障预测信息、设备状态评估信息，使管理者、运维人员实时掌握配电网状态信息。
图1 配电自动化智能运维检修系统架构
利用上述系统可以实现在设备出现异常时准确判断异常原因，并及时告知运维人员。系统可以将数据派发到附近巡视人员或提醒设备负责人员，可通过坐标定位巡检设备位置、确定导航人员巡检路径，通过巡检轨迹分析巡检人员的工作效率和工作质量，优化巡检工作。根据设备异常原因制定标准化的检修计划，实现科学检修。通过人机协同，及时提升运维人员对配电网巡检数据核查、异常分析和复校能力以及巡检质量，解决人工线路巡检精度低、劳动强度大、存在巡检盲区等问题，最大限度发挥人员、装备的作业互补，建立全方位立体巡检模式，提升设备状态管控力和运检工作的效率效益。
3.2 系统功能
系统功能包括：故障信息管理、巡检线路信息管理、检修信息管理。通过这些功能模块的分析，最终实现巡检作业、检修作业的标准化和规范化，提升配电网建设与运维的智能化管理。
（1）故障信息管理
配电自动化设备运行信息、设备缺陷信息属于供电公司的宝贵数据资产，不能随意传播。在考虑数据安全性基础上，系统以巡检线路为单元，根据线路现场监测及历史故障信息分析结果，准确记录故障地点、故障时间以及对故障进行分类，自动生成设备故障信息表；
利用大数据分析技术对设备进行风险评估，实现故障打分评级。同时，系统具备将故障信息根据设备主人进行准确推送的功能。
（2）巡检信息管理
巡检信息管理包括巡检线路基础信息及所包含的开关和环网柜信息、与巡检相关的其他信息的管理。对线路上设备利用巡检信息大数据，结合故障数据、运维数据对设备状态和变化趋势做出科学预测，形成综合评价清单；
根据此清单，结合巡检人员值班表、巡检情况表，系统自动生成预测巡检计划，优化巡检流程。
（3）检修信息管理
利用以往故障信息、巡检信息、检修信息数据库的数据分析，实现设备状态的健康评估。对关键设备的实时状态进行提前预警，提前安排检修，有效降低设备故障率；
根据设备缺陷风险综合分析，可以查看设备健康度和重要度评级，提高检修有效率和准确率。
上述功能紧密围绕着配电网智能化运维检修工作展开，主界面设计如图2所示。
图2 配电自动化智能运维检修平台主界面
本文对配电自动化智能运维检修系统进行了设计，并开发出了相应的APP软件。综合考虑线路情况、历史故障和检修信息，构建配电网设备运行参数及状态参数的内在逻辑关系并建立相应模型，运用互联网技术、大数据分析技术提出构建配电自动化智能运维检修系统的解决方案。通过监测配电网运行参数、设备本身状态参数、线路参数及相关故障、检修数据，在大数据关联分析的理念下对多源多类数据的相关性进行系统分析；
通过设定各类作业的标准化流程、规范化工序，有效提升现场作业规范化和标准化水平，从而提升配电网建设与运维的智能化管理水平，提升整体效率和效益。
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