探索藏区电网综合数据分析泛在提升

探索藏区电网综合数据分析泛在提升

藏区电网主要面临设备运行地理环境、气象条件恶劣，设备设防标准低，线路跨度较大，人工巡线、故障查找等效率效能不高，从当前的巡检方式来看，仅能满足杆塔巡检到位，线路档距中间受交通条件的，无法到达，因此巡检工作存在大量“真空”地带，且幅员面积广，交通工具主要依靠汽车，故障查线反应速度不够，尤其是在冬季、雨季等外部环境较差时期，受雨雪冰冻、泥石流滑坡等影响，不能确保人员能够安全到位，给抢险抢修工作造成极大的不便。目前，电网已基本建设完成的覆盖110KV及以上电压等级的网络行波系统、保护信息系统、故障录波组网系统均为系统，变电站内机器人巡视、无人机关键巡线等工作例行开展，当电网出现故障和异常时各系立发挥作用，无法实现信息共享，不能实现对故障和异常的综合分析判断。国家电网有限公司发布的2019年1号文件，要求推进泛在电力物联网建设，本文结合电网目前的情况，拟整合网络行波、保护信息、故障录波、线路杆塔数据资源，实现信息共享，开展大数据分析，实现电网故障和异常的精确全面定位，并利用变电站内机器人巡视、无人机巡线等手段，对藏区电网大数据综合数据分析泛在提升。主要针对设备日常巡视、电网出现故障和异常情况、严重自然灾害巡视时，通过行波数据、保护信息数据、故障录波数据、线路杆塔可见光等数据共享分析后，可获取电网故障的全面信息、形成综合分析报告、提高分析判断的准确度，并在最短时间提供电网故障和异常的精确区段、故障类型等的数据，利用变电站内机器人巡视、无人机巡线等手段确定故障信息，为专业管理和现场人员开展抢修和调度等工作提供技术支撑，便于电网快速恢复供电。

标签：综合数据分析;泛在物联网;故障分析;机器人巡检;无人机巡检

O 引言

2019年1月13日，国家电网有限公司发布的2019年1号文件中，排在年度重点工作首位的就是：推动电网与互联网深度融合，着力构建能源互联网。具体内容是：“持之以恒地建设运营好以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网……。充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术和先进通信技术，实现电力系统各个环节万物互联、人机交互，打造状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的泛在电力物联网，为电网安全经济运行、提高经营绩效、改善服务质量，以及培育发展战略性新兴产业，提供强有力的数据资源支撑。承载电力流的坚强智能电网与承载数据流的泛在电力物联网，相辅相成、融合发展，形成强大的价值创造平台，共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。与此同时，也给电网安全经济运行、提高经营绩效、改善服务质量等提出了更高的要求。但是随着新能源发电占比升高，电网形态日趋复杂，电力潮流和电网故障演化机理不断由可预见向难以预见演变，这对电网的安全稳定运行提出了新的课题。但是物联网技术为提高电网效率、供电可靠性提供了技术支撑，RFID技术、各类传感器、定位技术、图像获取技术等使仓库管理、变电站监控、抢修定位与调度、巡检定位、故障识别等业务实现灵活、高效、可靠的智能化应用。

一 藏区电网现状

（一）藏区电网主要面临问题

藏区电网面临的主要问题包括：（1）地理环境、气象条件恶劣;（2）设备设防标准低，线路跨度较大，人工巡线、故障查找等效率效能不高，从当前的巡检方式来看，仅能满足杆塔巡检到位，线路档距中间受交通条件的，无法到达，因此巡检工作存在大量“真空”地带;（3）州内幅员面积广，交通工具主要依靠汽车，故障查线反应速度不够，尤其是在冬季、雨季等外部环境较差时期，受雨雪冰冻、泥石流滑坡等影响，不能确保人員能够安全到位，给抢险抢修工作造成极大的不便;（4）地域辽阔，主网普遍存在单线单变、串联供电、T接等现象，负荷倒供能力较差，电网固有运行风险及检修引发的电网风险较高，风险管控压力大。例如四川西北部地区，地处青藏高原东南缘，横断山脉北端，地貌以高原和高山峡谷为主。西北部的丘状高原属高原性气候，冬季严寒漫长，夏季凉寒湿润，年最低温度零下30℃。高山峡谷地带，随着海拔高度变化，气候从亚热带到温带、寒温带、寒带，呈明显的垂直性差异，海拔2500米以下的河谷地带降水集中，蒸发快，成为干旱、半干旱地带，海拔2500～4100米的坡谷地带是寒温带，日温差超20℃。

（二）系统建设、设备配置情况

针对藏区的实际情况，电网设备的管理人员根据现场需求，作了极大的努力。因线路跨度较大，巡线难度较高，根据电网的特点，建设了行波故障测距系统、保信子站、故障录波、输变电设备三维建模，机器人巡检等系统。

1.行波测距系统配置

行波测距法是根据行波理论实现的测距方法。行波法原理：利用行波在故障点和测量点之间传播的时间差来测量故障距离，行波法不受故障点过渡电阻、线路结构等因素的影响，测距精度高，适用范围广。

通过实际运营，行波测距系统定位的故障点与实际巡线故障点较吻合，系统精度较高，准确率达90%，如2018年某地区1-3月110kV输电线路故障及测距系统对照表所示。

2.保护信息子站建设

电网故障信息管理系统的主要功能是采集继电保护、录波器、安全自动装置等变电站内智能装置的实时/非实时的运行、配置和故障信息，对这些装置进行运行状态监视、配置信息管理和动作行为分析，在电网故障时则进行快速的故障分析，为运行人员提供处理提示，提高继保系统管理和故障信息处理的自动化水平。

3.故障录波配置

故障录波器用于电力系统，可在系统发生故障时，自动地、准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较、对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。

4.输变电设备数据三维建模

传统的二维展示已无法满足电网快速发展，结构日益复杂的需求，随着计算机、数据采集技术的不断发展，三维建模技术在电网中不断应用。公司现已完成线路的杆塔、GPS定位、线路走向等数据已在PMS系统完善勒3D建模，接下来将开展变电站的三维建模。三维建模能够直观、可视化的展现电力设备，描述设备的周围信息。5.变电站机器人巡检系统

阿坝地区地域辽阔，自然、地质灾害严重，设备运行环境恶劣，造成电网设备突发事件较多、交通风险很大，自“大检修”体系全面建设以来，变电运维业务进行了较大调整，使变电运维业务开展难度高、强度大、效率低，技术手段应用已迫在眉睫，只能依靠科技成果转化，提升劳动效率和管理水平，减少人工劳动成本，达到“提质、减员、增效”的目的，实现科技减负，在省公司的大力支持下，阿坝公司已引入了智能巡检机器人，发现了下孟220kV变电站2号主变110kV侧C相套管漏油、扎窝220kV变电站1号主变220kV侧B相套管、2号主变220kV侧 C相套管油位过高庙坪220kV变电站10kV电容六路956、955接头发热等问题，如下图所示，通过智能机器人可以发现变电站人工巡视很难发现的缺陷，通过与屡次巡视点的结果进行比对，可以发现缺陷的发展趋势。

6.无人机电力巡航

针对高压输电线路的运行管理模式和常规作业方式，表明传统巡线方式面临的困难有：劳动强度大、工作条件艰苦，而且劳动效率低，遇到电网紧急故障和异常气候条件下，线路维护人员不具备有利的交通优势、利用普通仪器或肉眼来巡查设施。这种方式已经不能完全适应现代化电网建设与发展的需求，且阿坝地区地貌以高原和高山峡谷为主，巡线问题更为突出。

无人机巡线较传统巡线优势明显，尤其是对于类似阿坝藏区线路巡视的优势更为突出，相关问题对比，如下表所示。

传统巡线存在的问题 无人机取而代之的优势

第一：巡线距离长、工作量大、步行巡线效率非常缓慢，无法提高巡线效率

第二：遇到冰雪水灾、地震、滑坡等自然灾害天气时，巡线工作将无法开展。

第三：山区巡线具有高风险性，时刻威胁巡线人员生命安全。在山区林区有毒生物越来越多，特别是夏季的“蜱虫“一旦被咬将危及性命，威胁最大的是那些

看不见的陷阱和捕兽夹。

无人机自身优势：携带方便、操作简单、反应迅速、载荷丰富、任务用途广泛、起飞降落对环境的要求低、自主飞行

无人机巡线优势：

第一：无人机巡线提高了电力维护和检修的速度和效率，使许多工作能在完全带电的环境下迅速完成，确保了用电安全。据相关信息表明：无人机巡线比人工巡线效率高出40陪。

第二： 采用无人机进行常规输电线路巡查，可降低劳动强度，与有人直升机巡线相比，可提高巡线作业人员的安全性，并且降低了成本。

第三：无人机具有巡线速度快、应急瞬速的特点并及时发现缺陷，及时提供信息，避免了线路事故停电，挽回了高额的停电费用损失。

二 泛在物联网解决方案

针对藏区大部分变电站距离远，运维效率低、不及时、成本高、安全风险大的问题，结合国网公司泛在电力物联网建设及应用，提升输变电设备智能运维水平、实现状态检修、提供供电质量、防范人身安全、减少非计划停电，本文提出整合网络行波、保护信息、故障录波、线路杆塔等数据资源，打通信息共享壁垒，将环境监测、山火预警等信息纳入综合数据分析系统，基于智能运检管控平台开展日常巡视、故障跳闸、特殊巡视大数据分析，同时，利用变电站内机器人巡视、无人机巡线等手段确定故障信息，实现电网故障和异常的精确判断和全面定位，为专业管理和现场人员开展抢修和调度等工作提供技术支撑，便于电网快速恢复供电，实现藏区电网综合数据分析泛在提升。

依据现有系统，主要包括网络行波、保护信息、故障录波、线路杆塔、变电站在线监测系统、地理信息系统等数据资源以及同时期气象数据等，对获得的基础数据进行大数据分析，建设综合数据分析系统，对输变电设备状态进行进行精确判断，给出合理的生产经营规划，同时结合变电站机器人巡检系统、线路无人机巡检等执行机构，建立机器人、无人机“巡检规划、巡视执行、故障检修、结果反馈”的全过程闭环管理流程，并以具备巡检数据智能化处理与辅助分析功能的统一平台为支撑，精益立体巡检体系管理。

1.定期进行日常巡线任务

根据大数据综合分析系统对设备的评估，制定巡视规则，现场巡视机器人、无人机完成巡视，将数据回传大数据综合分析系统，系统进行比对分析，重新制定巡视规则及其他生产指令。

根据大数据综合分析系统给出的指令，无人机、机器人进行自动巡检，巡检

内容包括：引流线（有无断股）、杆塔（有无鸟窝、损坏、变形、紧固金具松脱金具被盗）、绝缘子（有无闪落迹象、破损、污秽、异物悬挂）、防震锤（有无变形、存在异物）、线夹（有无松脱）、导线（有无断股、异物悬挂）、地面环境（有无在规定范围建筑房屋和超范围生长的植物）等内容，设备热缺陷红外测温，表计及运行状态识别，外观异常检测，声音异常识别，局放检测;无人机执行巡检监控，并实时同步传输到地面工作人员。无人机完成巡检任务后，地面工作人员根据巡检内容信息判断巡检结果，并根据具体情况制定相应的解决措施。

主要优势：用于日常巡线任务，相对传统巡查而言，具有工作效率高、准确率高、工作范围大等特点，且具有安全性高、运行成本低廉、实时性强等明显优勢。

2.故障排查

设备故障跳闸后，大数据综合分析系统根据网络行波、保护信息、故障录波、线路杆塔数据资源、在线监测装置等系统进行综合判断、分析，指挥无人机、机器人故障排查，为后台的指挥人员提供现场数据，可实现快速判定故障程度，隔离故障点，快速恢复供电。

主要优势：主要解决藏区幅员面积广，线路跨度较大，人工巡线、故障查找等效率效能不高，且故障查线反应速度不够，尤其是在冬季、雨季等外部环境较差时期，受雨雪冰冻、泥石流滑坡，能够快速查找故障，并恢复供电。

3.严重自然灾害巡视

当发生雷电、覆冰、大风、山火、泥石流等自然灾害，大数据综合分析系统立即指挥无人机、机器人对现场进行巡视，快速做出应急反应，安排适用于自然灾害预警变电站巡视、巡查飞行和事故应急飞行;通过大范围飞行快速巡查，变电站全面巡视，第一时间掌握事故隐患点，并通过航拍测绘掌握地面受灾程度，地面工作站根据实时航拍监控数据立即通知输电管理所以及抢修队伍展开抢修维护事宜。应急抢修优势：提高了抢修队伍在处理应急事件的办事效率，快速准确的为受灾地区进行定损评估，为变电站、杆塔、电线抢修赢得宝贵充足的时间。

下面以某藏区xx220kV变电站因线路遭受雷击，导致全站失压为例进行分析。

2019年04月28日16时33分33秒，xx220kV变电站，220kV扎色一、二线线路光纤电流差动保护动作跳闸，xx220kV变电站全站失压，跳闸前的运行情况如下图所示。

监控人员通过对监控、保信子站信息的检查分析发现：

（1）xx220kV变电站内所有断路器均处于合闸位置;

（2）220kV扎色一线263线路1号、2号纵联差动、分相差动保护动作，B相跳闸，重合闸动作重合成功，B相接地故障，故障二次电流3.281A（变比2500/5），故障测距46.5km;

（3）220kV扎色二线262线路1号、2号纵联差动、分相差动保护动作，B相跳闸，重合闸动作重合成功，B相接地故障，故障二次电流0.7813A（变比2500/5），故障测距101.5km。

因變电站为无人值守，变电站离驻地约200km，公司设备运维管理人员无法获取更多的信息，导致对设备的情况不清楚，无法判定设备故障原因，从而不能实现电网的快速恢复。变电运维人员到现场后，对设备进行巡视检查变电设备无异常，但xx220kV变电站扎色一线263线路A相计数器显示数字为21，B相计数器显示数字为24，C相计数器显示数字为20，查阅运行资料，上次记录次数均为20;扎色二线262线路B相计数器显示数字均为20，查阅运行资料，上次记录次数为20。线路运维人员通过行波测距系统发现故障点在#76杆，运维人员到现场后发现扎色一、二线#76杆B相瓷瓶有明显放电痕迹，经处理后恢复送电，但已离故障跳闸时间约5小时。

若是实现了网络行波、保护信息、故障录波、线路杆塔、变电站在线监测系统、地理信息系统等数据资源的互联共享，将本次跳闸信息进行整合分析，同时远程安排变电站巡检机器人对变电站进行巡视，可以检查220kV变电站内是否有设备损坏、避雷器计数器器动作等情况;并通过行波系统判断故障点的位置，安排无人机对故障点附近位置进行巡视，查看故障点设备情况，确定本次故障造成的设备损失，隔离故障点，从而可实现快速恢复供电，且将节约大量的人工巡视，降低交通风险，降低设备的运维压力。

三 结论

重要输电通道环境复杂，重要变电站等设备，发生故障时，会对核心骨干网架、战略性输电通道、重要用户等产生严重影响;重要输电通道内输电线路同时故障时，可能造成四级及以上电网事件。输电线路“三跨”（跨越高速铁路、高速公路、重要线路）事关公共安全和电网安全大计，在高电压长距离输电通道沿途，雷电、覆冰、大风、山火、泥石流等自然灾害和外力破坏引发大面积停电的风险因素将长期存在。根据公司发展战略，迫切需要主动适应能源和电力改革等机遇与挑战，以实现电网更安全、服务更优质、运检更高效为目标，以设备、通道、运维、检修、生产管理智能化为主线，以推动新一代信息通信技术、智能技术与传统运检技术的深度融合为手段，引领运检技术变革，建成以运检智能化为核心的现代运检管控体系。

本文通过对藏区的情况、特征分析，结合藏区电网中现有的运维情况，提出了整合网络行波、保护信息、故障录波、线路杆塔数据资源、在线监测装置等，并将环境监测、山火预警、气象数据等信息纳入综合数据分析，打通信息共享壁垒，构建大数据综合分析系统，在设备的常规巡视规则制定、故障情况分析、面临自然灾害的决策等给出合理的方案，指挥现场巡检机器人、无人机、视频设备

等快速反应，提供现场情况，为后台决策提供支撑。