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        配電自動化系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)檢測與修正

        2018-04-19 03:21:12韓寅峰戴曉紅徐重酉康小平潘媚媚
        浙江電力 2018年3期
        關(guān)鍵詞:遙測饋線站點(diǎn)

        韓寅峰,戴曉紅,徐重酉,康小平,潘媚媚

        (國網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司,浙江 寧波 315000)

        0 引言

        配電自動化系統(tǒng)可以清晰、準(zhǔn)確地反映配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài),為配電網(wǎng)調(diào)控人員提供第一手資料,其數(shù)據(jù)質(zhì)量是關(guān)系到配電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素。實(shí)時、準(zhǔn)確、高質(zhì)量的配電網(wǎng)數(shù)據(jù)有助于調(diào)控人員正確、全面地分析判斷電網(wǎng)狀態(tài),若配電自動化系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)無法真實(shí)反映現(xiàn)場情況,調(diào)控人員便失去了日常決策和事故處理的依據(jù)[1-3]。

        從寧波配電自動化系統(tǒng)多年的實(shí)際運(yùn)行情況來看,配電自動化系統(tǒng)由于終端多、分布廣,部分配電終端運(yùn)行環(huán)境惡劣、工況復(fù)雜,數(shù)據(jù)在采集、傳輸環(huán)節(jié)不可避免地存在誤差。因此,配電自動化主站系統(tǒng)存儲的實(shí)時采樣數(shù)據(jù)中,出現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的概率遠(yuǎn)高于調(diào)度自動化系統(tǒng)。

        與此同時,饋線自動化動作的準(zhǔn)確率較低,很大一部分也是由于配電終端上傳的遙測、遙信數(shù)據(jù)有誤,主站無法準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)位置而引起的[4-5]。為此,通過深入分析影響配電自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的各項(xiàng)因素,并針對性地采取不良數(shù)據(jù)檢測與修正措施。

        目前,配電網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量完善方法主要有狀態(tài)估計算法和不良數(shù)據(jù)辨識法。狀態(tài)估計算法利用測量數(shù)據(jù)的相關(guān)度和冗余度,采用計算機(jī)技術(shù)對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行處理,以有效獲得電力系統(tǒng)實(shí)時狀態(tài)信息,適用于量測點(diǎn)不足的應(yīng)用場合;不良數(shù)據(jù)辨識法通過剔除粗大誤差提高數(shù)據(jù)質(zhì)量,適用于數(shù)據(jù)精度不高的應(yīng)用場合[6-9]。

        文獻(xiàn)[6]提出了一種基于可信度的配電網(wǎng)不良數(shù)據(jù)辨識與修正方法,根據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的可信度差異對不良數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,以配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的整體可信度最大為目標(biāo)。文獻(xiàn)[7]提出了例行辨識、突變量啟動辨識與通信中斷辨識3種配電網(wǎng)不良數(shù)據(jù)辨識和結(jié)線分析方法,能夠在個別數(shù)據(jù)受到干擾時,得出正確的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[8]提出了具有實(shí)用性的多源數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù),綜合利用上、下電壓等級的冗余量測數(shù)據(jù),對部分不良數(shù)據(jù)進(jìn)行修補(bǔ),提高狀態(tài)估計輸入數(shù)據(jù)質(zhì)量,避免數(shù)據(jù)預(yù)處理中的誤判和漏判。文獻(xiàn)[9]提出了一種基于負(fù)荷電流的抗差估計算法,將配電網(wǎng)中的功率量測變換為電流量測,實(shí)現(xiàn)了雅可比矩陣常數(shù)化和負(fù)荷電流實(shí)、虛部解耦求解,可對10 kV配電網(wǎng)非量測負(fù)荷進(jìn)行修正。

        為有效提升配電自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量、減少不良數(shù)據(jù),以下在分析配電自動化系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式的基礎(chǔ)上,采用計算機(jī)自動檢測手段,對存疑數(shù)據(jù)進(jìn)行快速篩查和匯總分析;通過現(xiàn)場排查和終端消缺,實(shí)現(xiàn)了不良數(shù)據(jù)的修正,從而有效提升配電自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

        1 配電自動化系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)分析

        配電自動化主站數(shù)據(jù)可分為遙測數(shù)據(jù)、遙信數(shù)據(jù)、遙控數(shù)據(jù)等。遙測數(shù)據(jù)包括線路電流和配電終端電池電壓;遙信數(shù)據(jù)包括斷路器/接地閘刀的分、合閘信號,間隔過流信號、交流輸入失電信號、電池模塊故障告警信號、通道投退情況等;遙控數(shù)據(jù)包括遙控預(yù)置和遙控執(zhí)行記錄,以及遙控成功和遙控失敗記錄。配電自動化系統(tǒng)的不良數(shù)據(jù)主要有以下幾類[10-13]:

        (1)遙測突變,即俗稱的“毛刺”,表現(xiàn)為負(fù)荷曲線中單個數(shù)據(jù)的明顯變大/變小。

        (2)遙測跳變,是指負(fù)荷曲線中數(shù)據(jù)的快速上跳/下跌,與突變不同的是,突變僅指單個數(shù)據(jù)的異常變化,而跳變是指數(shù)據(jù)點(diǎn)的變化速度過快。

        (3)遙測不變化,表現(xiàn)為曲線拉直。需注意的是,若斷路器處于分位,則電流值始終為零,屬正常現(xiàn)象。

        (4)饋線段兩端電流不平衡,表現(xiàn)為同一饋線兩側(cè)采樣得到的電流數(shù)值不一致且相差較大。

        (5)此外,還有遙信頻繁變位、通道頻繁投退、遙信和遙測不對應(yīng)、三相電流不平衡等各種數(shù)據(jù)質(zhì)量問題。

        這些不良數(shù)據(jù)干擾了調(diào)控人員的正常判斷和分析,降低了歷史數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用價值和各種高級應(yīng)用軟件的計算精度,需加以分析和剔除。

        2 不良數(shù)據(jù)檢測工具的開發(fā)與應(yīng)用

        面對配電自動化系統(tǒng)中存儲的海量運(yùn)行數(shù)據(jù),人工查找不良數(shù)據(jù)的工作量過于龐大,因此,必須利用信息化手段,開發(fā)不良數(shù)據(jù)自動檢測工具,從歷史數(shù)據(jù)庫中快速篩選存疑數(shù)據(jù),為后續(xù)的篩查工作指明方向。

        通過功能規(guī)范確定、軟件代碼開發(fā)、現(xiàn)場實(shí)際測試,開發(fā)的不良數(shù)據(jù)檢測軟件作為OPEN3200主站系統(tǒng)中的一個實(shí)用模塊,已在全國70余個地市供電公司投入使用。該軟件通過歷史數(shù)據(jù)庫接口讀取SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控)系統(tǒng)中的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù),根據(jù)檢測時間段、區(qū)域范圍和檢測項(xiàng)目,利用檢測及統(tǒng)計判據(jù)對配電自動化主站中的歷史采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行逐一掃描,并按間隔進(jìn)行統(tǒng)計,形成分析報表,供后續(xù)使用。檢測軟件主界面如圖1所示。

        圖1 不良數(shù)據(jù)檢測軟件主界面

        2.1 遙測突變結(jié)果分析

        遙測突變的數(shù)理定義如下:對于某一個遙測量,當(dāng)某一時間采樣值和前后2個采樣點(diǎn)的值差百分比超過突變百分比閾值時,則定義為遙測突變;若采樣值小于零漂定值,將忽略此點(diǎn)。其中,零漂值和突變百分比閾值可設(shè)定,閾值參數(shù)的設(shè)置界面如圖2所示。

        圖2 閾值參數(shù)設(shè)置界面

        考慮到TA(電流互感器)的精度和DTU(站所終端)裝置測量誤差,設(shè)定零漂閾值為5 A,突變百分比閾值為100%,以躲過正常的負(fù)荷波動。表1列出了遙測突變較為頻繁的間隔,其中,突變百分比是指突變次數(shù)占總采樣點(diǎn)數(shù)的百分比。

        表1 遙測突變統(tǒng)計

        遙測突變主要由信道噪聲所致,部分由解合環(huán)操作、大功率電機(jī)啟動等引起,當(dāng)負(fù)荷較小時也有TA零漂的因素。

        2.2 遙測跳變結(jié)果分析

        遙測跳變的數(shù)理定義如下:對于某一個遙測量,當(dāng)某一時間采樣值超出前一個采樣點(diǎn)值的上、下百分比限值時,則定義為遙測跳變;若采樣值小于零漂定值,將忽略此點(diǎn)。其中,跳變上、下限百分比可設(shè)定。

        遙測跳變成因有負(fù)荷快速攀升及下降、正常操作或事故所導(dǎo)致的停送電、通道投退、信道噪聲、TA零漂等,影響因素較為復(fù)雜。其中,TA零漂引起的遙測跳變可通過零漂定值躲過,毛刺所導(dǎo)致的遙測跳變可與遙測突變記錄相互印證,通道投退所導(dǎo)致的遙測跳變可與通道投退記錄相互印證,正常操作或事故處理中的停送電可與SOE(事件順序記錄)記錄相互印證。

        設(shè)定零漂值為5 A,考慮到負(fù)荷增減的變化速度,通過對歷史負(fù)荷變化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,設(shè)定跳變下限百分比為50%,跳變上限百分比為200%,可有效躲過負(fù)荷的正常波動。

        由于定值很難準(zhǔn)確區(qū)分負(fù)荷正常變化和數(shù)據(jù)異?,F(xiàn)象(如圖3是一次負(fù)荷的突增突減所引起的遙測跳變,圖4是一次合解環(huán)操作引起的遙測跳變),遙測跳變的準(zhǔn)確原因需要通過曲線比對、信號核查、操作票核實(shí)等多種手段進(jìn)行逐一確認(rèn)。

        2.3 遙測不變化結(jié)果分析

        圖3 負(fù)荷變化引起的遙測跳變

        圖4 合解環(huán)操作引起的遙測跳變

        遙測不變化的數(shù)理定義如下:若某一個遙測量超過一定時間,其采樣值未發(fā)生改變,則定義為遙測不變化;若采樣值小于零漂定值,將忽略此點(diǎn)。其中,零漂值和不變化時間限值可設(shè)定。

        遙測不變化的最主要原因是通信中斷,其次為DTU采樣板或通信板故障所致;部分站點(diǎn)的遙測數(shù)據(jù)在主站被錯誤地設(shè)置為非實(shí)測值,或其電流狀態(tài)被錯誤地設(shè)置為不變化/無效;此外,采用中壓載波通信方式的單個站點(diǎn)的通道投退并不會在主站中記錄,需進(jìn)行系統(tǒng)升級。

        設(shè)定零漂值為5 A,考慮到夜間及輕負(fù)荷狀態(tài)下負(fù)荷波動較為緩慢,不變化時間限值設(shè)定為20 min。遙測不變化時間大于總時間50%的部分記錄如表2所示。

        表2 遙測不變化統(tǒng)計

        通過查看環(huán)網(wǎng)站圖發(fā)現(xiàn),部分遙測不變化記錄是由于遙測數(shù)據(jù)未接入、遙測數(shù)據(jù)為非實(shí)測值、遙測數(shù)據(jù)工況退出、電流狀態(tài)被設(shè)置為不變化/無效等原因所致。此外,通過查閱通道投退記錄發(fā)現(xiàn),有相當(dāng)多的站點(diǎn)在發(fā)生遙測不變化時,沒有對應(yīng)的通道投退記錄,需對ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)或DTU進(jìn)行現(xiàn)場消缺。

        進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),少量站點(diǎn)的負(fù)荷曲線呈階梯狀變化,如圖5所示,導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是負(fù)荷較小時TA未進(jìn)入線性區(qū),工作狀態(tài)不穩(wěn)定。

        圖5 負(fù)荷呈階梯狀變化曲線

        2.4 饋線段兩端電流不平衡結(jié)果分析

        饋線段兩端電流平衡度的計算方法如下:實(shí)時檢測饋線段兩端的配電網(wǎng)斷路器A相電流值,計算其平衡度,包括出線斷路器所連的饋線段。其中,出線斷路器電流用負(fù)荷電流參與計算。

        饋線段兩端電流不平衡如圖6所示,部分兩端電流不平衡度大于60%的饋線段詳見表3。饋線段一端電流為零的原因可能是DTU通信板故障、TA未接、遙測線松動等;饋線段兩端電流相差較大的可能原因是兩側(cè)TA變比不一致,需現(xiàn)場確認(rèn);表3中最后2行是由于GIS(地理信息系統(tǒng))圖模對應(yīng)錯誤所致。

        2.5 通道頻繁投退分析

        通道頻繁投退分析的數(shù)理定義如下:通道投退在一定的時間間隔內(nèi)超過投退次數(shù)閾值,則判斷為頻繁投退。其中,時間間隔和投退次數(shù)閾值可設(shè)定。

        圖6 饋線電流不平衡曲線

        通道投退累計超過1 000次的站點(diǎn)中,日均通道投退超過7次的站點(diǎn)清單如表4所示,可見:無線信道干擾嚴(yán)重、投退頻繁;部分光纖接入的站點(diǎn)由于DTU通信板或ONU設(shè)備穩(wěn)定性不高,亦出現(xiàn)了頻繁投退現(xiàn)象,需現(xiàn)場核查。

        表4 通道頻繁投退統(tǒng)計

        3 配電自動化系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)修正措施

        根據(jù)檢測結(jié)果,對不良數(shù)據(jù)較多的站點(diǎn)進(jìn)行了全面排查,通過采取主站和終端參數(shù)修改、故障板卡更換、通信升級等各種措施,成效明顯。

        從現(xiàn)場排查結(jié)果來看,導(dǎo)致“三遙”數(shù)據(jù)不正常的原因主要有:DTU板卡損壞、程序死機(jī)、DTU失電;網(wǎng)線松動、網(wǎng)口損壞、光纜受外力破壞、光鏈路中斷;輔助接點(diǎn)動作不到位等。此外,部分站點(diǎn)自行恢復(fù)正常[14-15]。

        從數(shù)量上來看,因各種原因?qū)е翫TU或ONU失去電源,從而引起通道退出、通信中斷的站點(diǎn)占了大多數(shù),包括電源插座松動、照明回路短路、低壓空氣開關(guān)跳閘、電源模塊故障、電源切換繼電器故障、電壓互感器柜熔絲熔斷、交流電源線漏接、端子排浸水等各種情況。此外,部分站點(diǎn)DTU或ONU死機(jī),重啟后恢復(fù);另有部分站點(diǎn)的CPU(中央處理器)模塊、遙測模塊或通信模塊出現(xiàn)故障,導(dǎo)致故障多次反復(fù)。

        表3 饋線段兩端電流不平衡統(tǒng)計

        另有部分站點(diǎn)的不正?,F(xiàn)象系人為所致,如TA短接片未取導(dǎo)致間隔過流信號不上送;TA漏裝導(dǎo)致間隔上送電流始終為零;通信網(wǎng)線插頭被拔下后未恢復(fù)導(dǎo)致站點(diǎn)通信中斷;斷路器柜內(nèi)分、合閘接線短路導(dǎo)致間隔信號壞數(shù)據(jù)。

        經(jīng)現(xiàn)場消缺,相關(guān)站點(diǎn)均基本恢復(fù)正常。如某環(huán)網(wǎng)單元在消缺前通道頻繁投退,消缺后恢復(fù)正常,如圖7所示。

        圖7 某環(huán)網(wǎng)單元消缺前、后的周負(fù)荷曲線

        4 結(jié)語

        配電自動化系統(tǒng)中,可靠的運(yùn)行數(shù)據(jù)是一切工作的基礎(chǔ)。不良數(shù)據(jù)將給配電網(wǎng)調(diào)控人員帶來很大困擾,故需對配電自動化系統(tǒng)的不良數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測與修正。不良數(shù)據(jù)的產(chǎn)生具有隨機(jī)性,逐一檢查并不可取。利用統(tǒng)計規(guī)律,借助檢測軟件,對一定運(yùn)行時間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行全面排查和分類統(tǒng)計,有助于從海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)問題,從而對異?,F(xiàn)象的根源進(jìn)行準(zhǔn)確定位。通過全面獲取異常數(shù)據(jù),及時整改終端缺陷,可以大幅降低勞動強(qiáng)度,顯著提高配電自動化系統(tǒng)的運(yùn)維水平。

        到2018年底,浙江省配電自動化將基本實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)區(qū)域全覆蓋,各類配電終端的數(shù)量將大幅增加。在此情形下,以運(yùn)行數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)的配電終端運(yùn)維狀態(tài)檢修模式必將全面取代“地毯式”的定期巡檢模式,從而實(shí)現(xiàn)對配電自動化系統(tǒng)運(yùn)行狀況的實(shí)時監(jiān)測和全面跟蹤,也為后續(xù)饋線自動化的全面應(yīng)用和準(zhǔn)確動作提供有力保障。

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