配电网运行状态监测与故障诊断技术研究

[摘 要]针对配电网运行状态监测与故障诊断技术的需求，文章旨在研究和探索一种高效可靠的监测与诊断方法，以提升配电网的运行效率和可靠性。通过有效监测配电网的运行状态，能够及时发现异常情况并采取相应措施，从而减少故障事故的发生，提高供电质量和用户满意度。

[关键词]配电网运行；状态监测；故障诊断；措施方法

[中图分类号]TM73 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2024）06–0174–03

Research on Monitoring and Fault Diagnosis Technology for Distribution Network Operation Status

WANG Bo，XU Yongqing

[Abstract]In order to improve the operation efficiency and reliability of distribution network， this paper aims to research and explore an efficient and reliable monitoring and diagnosis method. Through the effective monitoring of the operating state of the distribution network， the abnormal situation can be found in time and corresponding measures can be taken to reduce the occurrence of fault accidents and improve the power supply quality and user satisfaction.

[Keywords]distribution network operation； status monitoring； fault diagnosis； measures and methods

配电网的运行状态监测与故障诊断至关重要，其应用可以帮助实时了解配电网的运行状况，为用户提供更稳定、可靠的电力供应。

传统的人工巡检方式不仅耗时费力，还不能及时发现潜在的故障隐患，给电网的安全稳定运行带来了很大的风险。配电网运行状态监测技术的应用可以及时获取配电网各个节点的运行状态信息，通过实时监测电流、电压、功率因数等参数，了解整个配电网的负载情况、电能消耗情况及潜在的异常或故障情况，有助于提前发现并预防潜在的问题，从而确保配电网的稳定运行。配电网故障诊断技术的应用可以帮助快速准确地识别和定位故障，并采取相应的措施进行修复。通过引入先进的故障诊断技术，如基于模型的方法和基于数据驱动的方法，能够在故障发生时迅速做出反应，并准确找到故障点，以降低事故损失并提高供电质量。因此，进一步研究和推广这些技术对于保障城市电力系统的安全稳定运行具有重要意义。

1 配电网运行状态监测与故障诊断的现状

传统的人工巡检方式仍然是配电网运行状态监测的主要手段之一，由于配电网的规模庞大、分布广泛，人工巡检耗时费力，并且无法实时监测每个节点的运行状态，这导致潜在的故障或异常情况可能被忽视，给电网的安全与稳定带来潜在风险。同时，虽然现代化的监测设备（如传感器、智能电表等）已经应用于配电网，但在实际应用中仍存在一些局限，如监测设备成本较高、布署困难、维护复杂等问题，限制了其的大规模应用。此外，监测设备的数据采集和处理技术也需要进一步完善，以确保数据质量和可靠性。

配电网故障诊断技术包括模型诊断方法和数据驱动方法，它们各有优势和适用范围，但在实际应用中仍存在一些挑战。例如，模型的方法需要准确的配电网模型，并且对故障特征的提取和诊断算法的设计都需要进一步改进和优化；数据驱动的方法需要大量有效的训练数据，并面临数据质量、数据处理和算法性能等方面的限制

尽管存在这些挑战和局限，但配电网运行状态监测与故障诊断技术仍具有广阔的发展前景。物联网、大数据及人工智能技术的迅猛发展和广泛应用，有助于推动监测设备成本的下降、监测参数选择的扩展、监测数据采集和处理技术的改进，以及故障诊断算法的进一步优化。这将为配电网运行状态监测与故障诊断提供更多机会和可能性，促进电力系统的智能化、自动化及可持续发展。

总之，目前配电网运行状态监测与故障诊断技术正处于发展的关键时期，面临着挑战和机遇。通过不断的研究和创新，有望克服技术限制，实现对配电网运行状态的实时监测和故障诊断，为电力系统的安全、可靠运行提供有效支持。

2 配电网运行状态监测技术

2.1 监测参数选择

在配电网运行状态监测技术中，选择合适的监测参数是确保获得准确有效的运行状态信息的关键，不同的监测参数可以提供不同层面和维度的配电网运行状态数据，从而全面了解电网的工作情况。在选择监测参数时，应综合考虑监测设备的成本、可靠性及实施难度等因素，通过对不同参数的监测方法和装置进行研究和比较，选择最适合的监测方案，以获得配电网运行状态的全面信息，为电网的运行管理和故障诊断提供有效支持。常用的监测参数有以下3种。

（1）电流。电流参数反映了电能在配电网中的传输情况，通过监测电流的大小和波动情况，可以评估负载情况、检测过载和短路等异常情况，同时电流的监测还能帮助预测电网未来的负荷变化，为电网的调度和管理提供参考依据。

（2）电压。电压参数直接影响到供电质量和用户体验，通过对电压的监测，可以及时发现并纠正电压偏差和波动，保证电网的稳定供电，此外，电压的监测也可以帮助检测电网的电压平衡性，避免出现不均匀的电压分布情况。

（3）功率因数。功率因数反映了电能的有效利用程度和电网的运行效率，通过对功率因数的监测，可以及时发现并纠正功率因数过低或过高的情况，提高电能的利用效率，还有助于评估电网的无功功率平衡情况，减少无效功率的损耗。

除了以上监测参数，还可以根据实际需要选择其他相关参数进行监测，如频率、谐波等。这些参数的选择应结合配电网的特点和需求进行综合考虑，以获取更全面、准确的配电网运行状态信息。

2.2 监测方法和装置

在配电网运行状态监测技术中，选择合适的监测方法和装置对于获取准确有效的运行状态信息至关重要。传感器是一种常见的配电网监测装置，采用多种原理工作，如霍尔效应、电阻变化、电容检测等，以实现对电网运行状态的监测。通过安装在关键位置的传感器，连接到数据采集系统，可以实时感知电流、电压、功率因数、温度等参数的变化，并将所获得的数据传送给监测设备进行进一步处理和分析。智能电表也是一种常用的监测装置，尤其适用于低压配电网的监测。智能电表具有计量功能和通信功能，能够实时测量电流、电压、功率等参数，并通过通信技术将数据传输到监测系统。其优势在于成本低、安装方便，并且能够提供更精确和实时的运行状态数据。

除了传感器和智能电表，还有其他监测装置可供选择。例如，相位比较装置可以用于检测并记录电网中不同节点之间的相位差异，以评估电网的相位平衡性。数字保护装置通过对电网中故障事件的监测和响应，帮助诊断故障情况。需要注意的是，选择合适的监测方法和装置应根据具体的监测目标、监测参数及配电网的特点来确定，不同的装置和方法在成本、准确性、可靠性、布署复杂度等方面存在差异。因此，在选择监测方法和装置时，需要进行综合评估，并考虑与现有设备的兼容性和扩展性。

2.3 数据采集与处理

在配电网运行状态监测中，有效的数据采集系统设计是确保获得高质量和实时数据的前提。其设计包括以下方面：①确定监测点的位置。考虑到配电网的拓扑结构、电压等级及负载情况等因素，主要选择在关键节点和重要设备上安装传感器或智能电表。②在网络通信方面，可选择现代化的通信技术，如无线通信、互联网及物联网等，实现远程数据的传输和接收。③在数据存储方面，可以选择云计算和大数据技术来存储和管理大量的监测数据，以便后续的处理和分析。④采用冗余设计，如备份系统和多路径通信等，以提高系统的可靠性，同时确保数据采集的实时性，尽量减少数据采集的延迟，使得运行状态信息能够及时反映配电网的实际情况。

配电网的运行状态数据通常存在噪声、异常值及缺失值等问题，因此需要进行数据预处理来提高数据的质量和可用性。数据预处理包括数据清洗、数据插补及数据平滑等步骤。数据清洗是指通过使用统计方法和数据分析技术，对原始数据进行去除异常值、修复错误数据及剔除重复数据等操作，以检测和纠正数据中的异常或错误值，保证所使用的数据是准确和可靠的。数据插补是指采用均值插补、线性插值及多重插补等，对存在缺失值的数据进行填充，以完善缺失数据的类型和分布情况。数据平滑是采用移动平均、加权平均或滤波器等技术对数据进行平均化或滤波处理，以减少数据中的噪声和波动，提高数据的稳定性和可读性。

3 配电网故障诊断技术

3.1 故障诊断分类

（1）基于模型的故障诊断方法依赖于建立配电网的数学模型来分析和诊断故障，这些模型可以基于物理规律或系统仿真进行建立，以描述配电网的运行状态和故障行为。

（2）基于数据驱动的故障诊断方法通过收集和分析大量的历史运行数据来发现故障的规律和特征。该方法不要求事先建立精确的数学模型，而是借助机器学习、数据挖掘及统计分析等技术，从数据中自动识别和提取出故障特征。

（3）基于规则的故障诊断方法是根据事先定义好的规则和经验知识进行故障诊断。这些规则可以基于专家知识、标准操作程序及经验总结等得出。

3.2 常见的配电网故障及诊断技术

常见的配电网故障包括短路故障、过载故障、接地故障等。短路故障是指两个或多个相之间，或相与地之间发生异常低阻抗连接，诊断技术包括利用保护装置（如差动保护、过电压保护）进行短路位置定位，以及通过故障指示器和远程监测系统实时监测故障发生情况。过载故障是指电网负载超过设备额定容量，导致设备过热或烧毁，可使用电能质量分析仪监测电流、电压等参数，分析负载变化规律，及时判断是否存在过载现象。接地故障是指线路或设备出现对地短路或部分接触的情况，可通过故障指示器和故障录波器等设备检测故障电流和电压波形，结合绝缘测试和接地电阻测试等手段，判断接地故障类型和位置。断线故障是指线路中部分导线或设备出现断开的情况，可使用电缆故障定位仪、回程测量法等方法，确定断线位置，以便及时修复。隔离故障是指隔离开关或刀闸等设备无法正常断开故障电路，可用电流检测装置监测故障电流变化，以判断是否存在隔离故障，并及时修复或更换设备。

除了以上几种常见的故障，还有其他类型的故障，如电压波动、谐波扰动等。针对不同类型的故障，可以采用不同的诊断技术和设备进行故障定位、分析及解决，以保障配电网的安全可靠运行。

4 配电网运行状态监测与故障诊断技术融合

配电网运行状态监测与故障诊断技术的融合是一种将实时监测和分析配电网运行状态的数据与故障诊断技术相结合的方法，通过使用传感器、监测设备及智能算法和模型，对配电网进行持续监测，并基于监测数据进行故障诊断和预测。

运行状态监测技术用于收集配电网中各个节点的电流、电压、功率因数等参数，以及其他环境数据（如温度、湿度等），这些数据可以通过传感器和监测装置实时获取，并传输到监控中心或云平台进行存储和分析。故障诊断技术则利用机器学习、深度学习等算法，对历史数据进行训练和分析，建立起故障模型，根据监测数据的变化和异常情况，自动识别和定位潜在的故障，提供准确的故障诊断结果。

融合方法的关键在于将运行状态监测数据与故障诊断模型相连接，实现实时的数据采集、处理及反馈。监测数据不仅用于故障诊断，还可以为配电网的运维管理提供更多决策依据，如设备健康评估、负载预测及能源优化等。通过结合运行状态监测数据和故障诊断模型，算法和模型可以自动分析大量数据，识别潜在故障，减少误报和漏报的可能性，优化配电网的运维管理策略。且可以加快故障定位和修复过程，减少停电时间，提高供电可靠性。

然而，融合技术的有效性受到数据质量的影响，因此，确保传感器和监测装置的准确性和可靠性非常重要。同时，将运行状态监测和故障诊断技术融合到配电网中，需要进行系统集成和改造，需要高水平的专业知识和技术支持，以及持续的模型优化和更新，且构建准确可靠的故障诊断模型需要大量的数据和复杂的算法。

5 结束语

配电网运行状态监测与故障诊断技术的应用有助于实时了解配电网的运行状况，及时发现和处理潜在的故障，提高供电可靠性和用户满意度。通过融合配电网运行状态监测和故障诊断技术，能够更准确地监测配电网的运行状态，更及时地诊断潜在的故障隐患，从而提高配电网的安全性和可靠性，对于保障城市电力系统的安全稳定运行具有重要的参考价值。

参考文献

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