基于三维可视化的低压配网运行智能管理研究.pdf

12 EPEM 2023.7 下电网运维Grid Operation基于三维可视化的低压配网运行智能管理研究国网北京海淀供电公司 王进贤 李林松 宋 扬 吴 钢 北京电力自动化设备有限公司 吴小涛 杨学伟摘要：进行基于三维可视化的低压配网运行管理研究，该方法能够实现对低压配网实际运行状态当中的正常、常见异常、常见故障的三类状态下的可视化呈现，有效强化低压配网的运行管理。关键词：三维可视化；低压配网；供电可靠性；主动抢修基金项目：国网北京市电力公司科技项目资助（项目号520204220005）低压配网位于整个供电系统的末端环节，直接服务于客户，具有分布广泛、负荷节点多、拓扑关系复杂等特点，其供电质量及可靠性直接影响客户用电体验。近年来，由于负荷不断增长及电能替代产品的广泛应用，低压配网时常出现线路负载率过高、低电压、三相不平衡以及大功率电气设备的接入可能导致部分线路谐波越限等异常问题.上述异常运行一方面会导致供电范围内的电能质量变差，对部分精密用电设备和不具备保护功能的老旧用电设备造成损害，另一方面，长期处于异常运行状态的线路极有可能影响线路上其他设备的正常运行，造成设备缺陷甚至产生故障。除异常运行外，在实际用电环境下，难免遇到由外力、异常天气等特殊情况导致的故障，影响了供电可靠性，特别是对一些重点用户的持续用电设备尤为如此。在现有的低压配网运行管理模式下，运维人员通过生产管理系统（PMS）能够查看低压配电台区的二维拓扑示意图，在图中可获取低压配电拓扑关系，是否在线运行，通过进一步点击线路能够查看线路电流、负载情况以及节点电压等电气参数信息，在发生故障时，系统能进行报警，通过显示不同线路颜色呈现线路处于正常带电运行、停电以及异常方式三种状态，具备一定的“三遥”能力，可满足大多数运维管理的要求。但由于低压配网负荷分布广、线路长、接线复杂，现场设备变化频繁，PMS 的配网图界面存在一定滞后性，需后期维护，不能实时、准确反映现场实际情况，且由于采用二维拓扑，其展示能力存在一定局限性，许多信息不能同拓扑图一起呈现在PMS 的配网图界面中。线路的电流、负载情况以及节点的电压情况以数字的方式呈现，若想整体了解各条支线具体的电气信息，则需要逐条查看、记录，或者将数据统一导出，再逐条比对，不便于运维人员直观、准确地查看异常运行状态；针对故障，虽能通过告警定位故障区间，但不能精确定位故障具体地理位置，仍需要提前联系用户并到现场进一步确认之后才能处理，这个过程需要往往耗费大量时间1。因此，为了掌握低压配网实际情况并提高低压配网的供电质量及供电可靠性，尽快处理低压配网的异常、故障情况，运维人员需要通过三维可视化下的实时低压配网，并结合算法分析，及时掌握低压配电网的运行状态，及早发现线路的异常运行情况，精确定位线路故障位置，根据现场情况第一时间主动做出相应处理方式，保证低压配网的正常运行。1 低压配网的三维可视化1.1 低压配网三维可视化及拓扑生成低压配网三维拓扑智能生成系统主要由基础层、平台层、服务层与用户层构成；基础层用于读取低压配网设备电气信息、地理位置、标识码信息等数据；平台层接收底层数据存储于库中，且可通过调用方式自动生成低压配网三维模型及网络拓扑；服务层对底层采集存储的信息进行综合分析，并将分析结果提交用于决策参考，提供数据服务与应用服务，各服务功能模块间相互关联，业务互通。2023.7 下 EPEM 13电网运维Grid Operation用户层通过监控指挥大屏、Web 浏览器及手机客户端等媒介展示设备三维模型、网络拓扑关系、采集信息与分析结果，同时使用者可通过上述媒介对部分组件发送指令，形成人机交互闭环。通过上述内容可实现低压配网设备的三维模型建模与网络拓扑自动生成，融合电气、环境、地理等多维度信息，还具有丰富的人机交互功能，为使用者监控、决策、调度提供有益信息2。1.2 底层设备感知通过底层设备感知，读取采集到的低压配电网线路以及节点的电气参数以及拓扑参数等，包括但不限于电压传感器、电流传感器、HPLC 装置等，这些装置可在电杆上合适地点分别架设，也可以以模块的形式嵌入于断路器、用户分界开关中；电压传感器用于采集低压配网重要节点的三相电压情况；电流传感器用于采集低压配网各段线路三相电流情况；HPLC 装置用于识别低压配网的拓扑关系是否发生变动，主要用于识别线路断线问题：当遇到线路断线情况时，某路的 HPLC 通道将会断连，即通过 HPLC 装置能够获得线路断路情况。1.3 平台后台研判平台后台研判是指将所采集到的三相电压、三相电流以及 HPLC 是否通路等数据信息通过分析、研判，最终确定线路的运行类型并在拓扑图模型中以颜色和附加状态等进行直观显示。根据 GB/T12325-2008电能质量供电电压偏差GB/T14549-1993、电能质量公用电网谐波GB/T15543-2008、电能质量三相电压不平衡度以及地区电网调度规程可以判断四类常见异常行为：过负荷、欠电压、谐波越限以及三相不平衡；两类故障：短路故障和短路故障3，具体见表1。2 三维可视化平台管理研究在过往的低压线路运行管理中，运维人员主要依靠接收95598下发工单知道低压线路异常、故障情况，但由于低压线路异常、故障的发现者为用户，其无法准确掌握低压线路运行方式及情况，所以在反馈低压线路异常、故障时往往不能准确表达，还需要运维人员接收工单后再次与用户核实并去现场核对。工作流程如图1所示。该过程时间、沟通成本较高，不利于低压线路的精细化管理和效率，增大了基层人员的工作强度。2.1 应用依托三维可视化平台，运维人员可实现低压配网运行状态实时感知，并能通过系统识别低压配网表1 异常及故障类型研判及拓扑显示异常及故障类型拓扑模型研判依据研判标准状态拓扑标识过负荷线路最大运行电流值最大运行电流值额定电流的50%轻载绿色额定电流的50%最大运行电流值额定电流的80%中载黄色额定电流的80%最大运行电流值额定电流的95%重载橙色额定电流的95%最大运行电流值额定电流的105%满载红色最大运行电流值额定电流的105%过载紫色欠电压电杆节点三相电压数值节点电压额定电压的90%欠电压蓝色额定电压的90%节点电压额定电压的110%正常绿色节点电压额定电压的110%过电压红色谐波越限线路的线条样式电压谐波畸变率电压总谐波畸变率5%谐波越限虚线电压总谐波畸变率5%正常实线三相不平衡配电变压器或分支箱负序电压不平衡度负序电压不平衡度2%三相不平衡红色负序电压不平衡度2%正常绿色断路线路三相电压电流值、HpLc 装置回传信息HpLc 装置回传信息中断线路断线不显示短路附加线路三相电压电流值、HdLp 装置回传信息三相电压电流值与线路短路时相符，且 HpLc 装置回传信息未中断接地短路一条同架空线路连接，垂直向下且带箭头的线路相间短路一条连接两条线路间的线路14 EPEM 2023.7 下电网运维Grid Operation的异常、故障状态，定位实际地理位置，主动处理，实现低压配网闭环管理4。其工作流程如图2所示。图1 配网异常、故障现有 图2 三维可视化配网异常、处理方式流程图 故障管理流程图首先运行人员可通过三维可视化平台查看低压配网运行状态，当低压配网异常或故障运行时，收到三维可视化平台发送的语音、报文、短信告警，详细说明厂站、线路、设备名称，异常或故障类型，保护信息，拓扑区域研判，具体地理位置及影响用户情况，并迅速将异常或故障情况通知相关班组。班组人员收到信息后抵达现场，核实完现场实际异常或故障情况后进行处理，处理完线路恢复正常。2.2 主要功能相比于现有的低压配网运行管理，基于三维可视化平台的低压配网运行管理能实现5：低压配网运行状态全感知。通过在配电变压器、分支箱、线杆、架空线路等关键节点应用具有智能识别和感知技术的传感器及 HPLC 装置，对配电网的运行工况、设备状态、环境情况等信息全面采集。应用建立的三维拓扑模型，实现配电侧、用电侧各类感知终端互联互通，通过线路拓扑、电源相位、户变关系的自动识别支持“站线变户”关系自动适配，推动跨专业数据同源采集，实现配电网状态全感知、信息全融合、业务全管控。故障定位及主动抢修。发挥感知计算优势，快速研判故障，提升配电网智能处置能力。结合三维拓扑关系和地理信息，开展故障停电分析，展示故障点和停电地理分布，综合考虑人员物资支撑、配备情况，通过智能的优化算法，制定抢修计划，实现主动抢修。电网设备异常状态预先检修。采集台区侧电流、电压、有功、无功和谐波数据，结合低压感知设备采集并上传的各相负载电压和电流数据，经过计算技术分析、计算三相不平衡、无功、谐波等电能质量问题。根据主站下发的电能质量智能调节策略，利用配电网历史和现状的全息感知信息，针对异常开展分级评级，建立配电网及设备的动态风险管理和预警体系建立，依据生成策略或者预案组织针对性主动检修。2.3 优点配网设备实时感知。通过可视化平台实时生成低压配网三维模型及二维拓扑，准确掌握现场设备实际情况，避免了现场设备与系统图不对应情况，保证了图模的实时性和准确性；缩短配网设备抢修时间。通过配网运行中异常、故障状态的主动研判并迅速开展抢修，缩短了配网设备异常、故障的处置时间，提高了低压配网供电可靠性；提升供电服务水平。通过配网三维可视化平台发现设备异常、故障时，提前与用户沟通，并实时反馈，避免因客户投诉等造成的不良影响，提升了客户满意度。3 结语基于三维可视化的低压配网管理，为运维人员提供低压配网运行的全面、准确、稳定、可靠的实时信息，提高了配电网的可视可控可测水平，同时也为配网运行维护人员提供了有效的帮助。参考文献1胡以传.工单驱动主动运维“一体化”探索实践 J.农村电工,2021,11.2张志军,胡长悦,等.基于大数据的中低压配网运维平台的研究 J.中国新通信,2021,2.3 廖翼,施武作,等.智能配电网低压可视化技术J.农村电气化,2020,4.4罗容波,江聪世,等.一种面向可扩展三维可视化的电力设备标记语言研究 J.电气技术,2016,4.5 蔡腾飞.智能配变终端下的低压配电网智能运检体系研究 J.科技风,2021,14.