基于全景数据的智能修理与快速电力故障处置支持平台

张勤+海龙++陈能++郭俊岭

摘 要：近年来，国家为提升供电质量适应经济社会的发展，不断加大配电网改造投资力度。为加快配电网建设改造，国家能源局近日发布《配电网建设改造行动计划（2015—2020年）》，明确加大配电网投入。配电网是国民经济和社会发展的重要公共基础设施，但用电水平相对国际先进水平仍有差距。该文围绕供电可靠性问题，以配网故障检修和抢修问题为核心，建立基于全景数据的辅助决策信息化平台，为提高故障检修和故障抢修效率提供智能化的管理手段。通过智能检修流程与快速电力故障处置决策，实现快速抢修配网事故点，从而抑制灾害扩大。

关键词：全景数据 智能检修 快速抢修 辅助决策

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（b）-0035-04

目前配网故障查找方式是基于在线监测技术和人员巡检信息进行综合数据融合分析，而在不同时期需要采用不同技术手段构建了各种配网故障抢修管理系统。然而，单纯依赖这些设备和技术，对配网维护的实际作用有限。例如，在对配网电缆应急抢修或日常维护时，需要对入地电缆进行开挖、开关柜停电等重复性工作，对可能的故障点逐一排查，导致地下电缆维护工作繁重、操作复杂、难度大、风险高，不能降低电缆等地下设施管理的难度和复杂性，给电网安全运行带来较大隐患。

丽江古城的复杂地下和地面环境决定了电缆管沟内的输配电电缆可能长期运行在高温、高湿、高腐蚀的环境之下。由于电缆通道路径复杂，有许多和市政污水管道交错，且部分电缆管沟长期水浸、积满淤泥环境极其恶劣，极易导致有害及可燃气体聚集，危及检修人员身体健康，并存在爆炸隐患。如何长期有效的对配网运行状态进行智能检修以及快速复电抢修是迫切需要解决的问题。该文将通过配网故障管理的难点和风险点分析、配网检修及抢修分析、快速电力故障处置平台的构建思想几个方面阐述。

1 配网故障管理的难点和风险点分析

在配电网中电气柜、开关柜、变压器、电缆和环网柜等关键设施受电气老化、配网走廊周边环境以及建筑物等因素影响，就会存在一些灾害漏洞。配电线路走线复杂，点多线长面广，所用设备新旧程度不同、设备质量参差不齐，运行环境较为复杂，受气候或地理的环境影响较大，用户供用电情况复杂，这些都直接或间接影响着配电线路的安全运行。这就导致了配网故障原因远比输电线路复杂，配电线路设备故障率居高不下。以丽江供电局为例，当前配电网是架空线和地下电缆并存，城市配电网存在分布广、环境杂、设备多，而在巡检工作中，主要全凭运行维护人员脑力记忆，很多线路杆塔、隧道、分支箱所处的地理位置、周围的地形环境、线路的巡视路径等信息随着时間的推移，会模糊不清甚至遗忘，使得巡视和检修人员常走错路径、找错杆塔、隧道、分支箱。

经过运行统计配网常见故障可分为：自然灾害、人为因素、环境灾害、施工问题、配电设备等方面。具体有：电缆线路设备老化、导线断线故障、变压器故障、电缆接头损坏、接地线被破坏、相间短路故障、低值、零值绝缘子造成故障、保护定值不准、电缆头爆炸、私自违规操作设备引发故障、各类交跨距离不够引起线路故障、偷盗线路设备、盗割导线等造成线路停电、电杆破坏引起线路停电、树障、窃电造成短路跳闸以及其它原因不明的故障。

配网故障的种类繁多，发生故障的频率较高，覆盖的范围广，从而导致管理困难。需要专业的技术人员和设备根据具体情况和经验拿出抢修的方案和具体措施。虽然当前电网公司已经具备GIS系统标注各项设备，但仍缺少地下电缆详细信息和周边环境信息，并没有巡检线路的管理和故障抢修管理，目前随着城市建设不断推进，入地电缆逐渐增多，增加了管理难度。配网故障抢修主要依靠工作经验的积累和各部门间高效的协作与配合才能在最短的时间完成，但工作经验的需要时间积累、工作人员间协作需要时间来磨合，这就导致了供电部门往往感觉人员不足，专业设备不足，能快速解决问题专家也不足。

2 配网检修及抢修分析

配网日常检修对故障的早期发现早期处理具有关键作用，探索故障检修的高效率方法一直是配网管理者所关心问题。设备维修是电力企业的主要工作之一，包括设备的定期现场评估、检修、修复和更换。电力企业实施检修计划是为了使设备经常保持正常的工作状态，设备检修计划安排的好坏至关重要。电力设备的检修与供电可靠性密切相关，设备维修总是伴随着整个系统运行风险的潜在上升。优化的检修计划可以提高供电可靠性、降低网损，直接关系到电网企业和用户的利益，对电力系统、乃至整个社会的安全性和经济性都有着很大的影响。因此，根据国内供电企业所有的配电网检修工作的实际情况，建立一个兼顾电网安全性和经济性的优化检修计划数据模型，并构建相应的优化系统具有重要的理论价值和现实意义。

为保证电网的安全稳定运行实现快速抢修工作，按照南方电网提出的“服务型定位”发展战略要求，以客户为中心、不断提升对客户持续供电能力，提高供电可靠性为根本，提升故障抢修的管理水平，必须通过“技术创新+管理创新”的思路，配网检修、抢修需要与配网故障分析有机结合，实现电力故障的智能分析、统一故障分析，辅助决策，变被动服务为主动式客户服务，提高故障抢修工作整体管理水平和抢修工作效率，从而达到降低用户停电损失，减少电网企业的售电损失，提高电网供电可靠性的生产目标。

我们可以从多个角度将监控数据进行分类，再根据数据特征进行计算。通过对配网设备参数、设备监控数据、环境监控数据等进行融合，研究各专业设备数据（包括历史数据）与分析方法、环境条件、结果的关系，数据的提取机制，建立数据模型，实现分析平台上的多参量自动分析，模型本身能够根据实时数据、经验数据自动学习并更新算法。数据量越多、运行时间越长，分析结果将会越准确。例如，通过现场监测系统获取的数据包括电缆线芯电流、温度等设备运行信息（电参量），电缆型号等设备本体信息（非电参量），柜内温度等设备环境信息（非电参量），以及气象等公共信息（非电参量）。环网柜故障诊断、预警及运维决策模型基于上述设备运行信息、本体信息、环境信息、公共信息等全景信息，对电缆故障及老化程度进行定位、分析，对灾情进行预警，并给出设备维护检修、应急响应的决策建议，从而实现辅助决策。

通过初步智能化的配网故障分析功能给出防灾、检修、抢修、故障处置的意见。并根据生产运维单位需要的推断分析结果要求，建立相关配电网设备统计推导模型。有效指导设备投运的全生命周期管理，给出设备老化、故障定位、设备更换等信息。

3 系统设计

用户侧配电网络发生的故障通常需要快速抢修和处理，其管理过程牵涉到电力企业的多个服务部分和相关领域及业务，管理难度较大，与电力抢修工作密切相关的配网、配电、调度等重要信息系统由于专业性强、信息安全要求高，目前都是分散部署、独立应用，而这些重要信息对于面向客户直接提供服务的一线工作人员却是信息盲区，在受理故障抢修话务时无法快速判断出故障点位置，无法确定是否是已知故障、是否已经在抢修状态中、是否可立即启动应急预案等，存在故障多头报修、资源重复调派、服务环节拉长、监控管理脱节等问题。同时整个抢修派工过程中存在大量人工沟通环节。为此设计一套基于海量监测数据的分析处理模型势在必行，其设计流程分为数据采集部分、诊断分析部分、决策支持部分。其具体全景数据设计如图1。

基于以上设计，结合实际抢修工作，设计实现智能修理与快速电力故障处置支持平台。该平台建立在不同应用系统的数据源基础之上，首先通过数据采集平台，从各种系统收集数据，统一经过数据清洗和过滤，再经过数据挖掘和重构形成可供分析的熟数据，再经过诊断分析的集成平台生成标准的数据模型由不同类型的数据引擎分发到不同的应用模块，同时通过标准数据接口解决数据兼容问题。

应用系统层面可由多个子系统组成，数据采集既可以平行和垂直采集，子系统之间无耦合要求，只作为大数据的元数据采集来源。信息集成层定义了通用的标准数据结构用于生成特定的数据模型，起到关键的数据转换和分发功能。中间件和数据引擎解决数据的传输瓶颈问题和高性能高并发问题。业务处理与数据展现层提供人机接口。其具体智能检修与快速电力故障处置支持平台结构如图2。

智能修理与快速电力故障处置支持平台，是一整套有机的体系结构，结合了各种应用系统的关键数据，并且相互协同配合完成智能处置的全过程。智能修理与快速电力故障抢修的决策支持需要同时用到平台的移动运用APP及电子地图技术，通过可视化的地图标识及扩展运用，实现无纸化移动办公，摒除办公现场的地点限制，可便捷的开展线路运维管理工作，做到信息及时传递，扩充信息沟通传递渠道，助力运维工作的有效开展，实现配电网络的移动精益化管理提升。其移动应用业务主要由企业内部的生产管理、GIS系统、在线监测系统为数据基础，同时接入日常巡视的大数据（工作任务、事故信息、照片、安全措施信息等），通过大数据分析模型梳理为“任务接收、路径导航、任务执行、结果反馈”的闭环业务流程，具体内容如图3。从而构建一套线上、线下的快速潜修的辅助流程。

智能修理与快速电力故障处置支持平台与多系统协同工作，通过数据的自动化接收与处理，并分发到后台处理智能快速分析平台形成处置方案并通过移动互联网技术派工到相应工作人员完成故障及时处理：

（1）数据收集过程：通过标准接口和数据抽象实时监测各项相关系统的数据，经过数据汇总与处理初步判断系统是否异常，当出现异常数据时，处置过程将汇集数据分发到后台智能决策系统细致分析。

（2）智能处置平台将根据接收到的数据进行知识库匹配和相应算法进行故障分析，分析数据将通过自学习数学模型生成相应处置方案，之后纳入结果回执与实际解决方案进行比较分析。

（3）处置方案生成的同时将通过移动互联网通过工作人员和自动处理设备，实施方案解决故障问题，并将执行结果通过移动应用APP或智能终端发送到后台由智能支持平台收录并总结自动生成相应的故障报告。

4 智能修理与快速电力故障处置支持平台的优势

（1）数据容量大，以真实大数据为基础，方便建立更科学准确的故障数据模型。

（2）可基于全景数据结合实际的故障检修和抢修基础数据进行故障全生命周期管理。

（3）建立专家知识库，可自学习、可复用，从定性与定量两方面进行故障诊断、预警及决策。

（4）移动应用信息推送服务，针对用户的信息需求通过数据库和信息互联网络检索到符合用户要求的信息，人性化推送用户关注的信息，并结合图形化图表化的分析结果和趋势图方便理解和判断。

（5）不同组织和相关部门可向平台充实数据，共享处理和分析结果。

（6）应用数据归档机制，历史数据的可追溯性，可以以时间主线，故障类型主线，部门主线，效率性主线等为要点进行统计。

（7）可向不同的终端推送数据和提供数据采集接口具有良好的交互体验和人机接口。

（8）基于数据建模方法建立故障数据模型和原型，将离散随机的数据片断提升为易于分析的可用的单元。

（9）在真实故障数据模型的基础上建立故障事件的内在联系和通过分析得到趋势性结果以供决策。

5 结论

建立配网故障数据模型作为分析和统计的重要数据方法为配网故障管理提供决策依据，通过大数据平台整合各子系统的基础数据，解决配网故障管理的数据整合与统计利用的问题。在复杂的配电网中，利用大数据分析预测故障，为运维人员提供科学的应急预案及解决方案，不仅能大幅减轻运维人员工作，快速的故障解决还能提高客户满意度。

基于配网故障全景数据的建立，智能修理与快速电力故障处置支持平台将为决策和分析提供可量化和可视化的科学依據。大幅提升客户服务水平及服务质量。电力抢修工作效率提升后，能够有效减少停电带来的各项损失，从而大幅提升客户服务水平和服务质量，提高客户满意度。促进企业管理模式的创新。实现信息获取模式从孤立分散到逐步集成并最终实现信息整合的转变；实现了抢修指挥模式从“指挥孤岛”到协同有效的指挥控制转变；事件处置模式从被动“救火队”到主动监测预防、事件驱动控制、预案流程控制转变。

参考文献

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