周永其 孫建華 寧雪榮 廖曉春

摘要 為提高輸電搶修效率和進一步構(gòu)建輸電線路智能化管控平臺，設計了一種面向?qū)ο蟆⒎从齿旊娋€路各層次變化、容易被計算機識別的高階桿塔模型，該模型在二維桿塔信息基礎上增加了拓撲連接信息、地理屬性和責任班組信息，可全面、完整、準確的反映了輸電線路狀態(tài)，一方面可提高故障桿塔定位準確度，另一方面輔助輸電線路快速搶修，在曲靖供電局應用實踐證明了該模型可有效支撐精準桿塔定位，縮短故障恢復時間。

【關(guān)鍵詞】高階桿塔 信息建模 輸電線路 桿塔定位

1 高階桿塔建模的必要性

桿塔作為輸電線路基礎設備和輸電搶修人員確定故障點的依據(jù)，在巡線搶修中發(fā)揮著不可替代的作用，而桿塔本身作為設備，在輸電線路建設和維護中會出現(xiàn)桿塔移除、π接、T接、同桿并架等情況，如信息不及時更新，會為輸電線路故障巡線搶修造成困擾。此外，在易受雷擊、山火、鳥害等影響的桿塔范圍內(nèi)，一般是輸電線路故障常發(fā)地段，如因技術(shù)原因?qū)⒐收隙ㄎ坏街苓厳U塔，輸電搶修人員將無法快速找到故障點解決問題，導致恢復供電時間延長。目前，我國主要在對變壓器、斷路器等一次設備進行監(jiān)視和采集，很少有對輸電線路的桿塔進行系統(tǒng)的建模和監(jiān)視，因此對輸電線路桿塔進行高階建模成為一項迫切的工作。

高階建模在提升原有二維桿塔模型試驗研究基礎上做了以下改變：

1.1 模型中增加了拓撲連接信息

桿塔并不是孤立的存在，同一條輸電線路上的桿塔形成一條線路，桿塔和線路在拓撲空間中可抽象成點和線，全網(wǎng)線路可延展成一個面，實現(xiàn)了由點到面的擴展。

1.2 模型中對桿塔的地理屬性也加以描述和考量

受故障分析算法局限性影響，調(diào)控指令中桿塔定位不可避免的存在偏差，因此，在目標桿塔附近檢索地理環(huán)境因素容易觸發(fā)的故障，利用大數(shù)據(jù)鎖定故障范圍，當然這項工作需要長時間積累和完善。比如，在雷雨多發(fā)的地區(qū)，經(jīng)過長期考察可將容易受到雷電干擾的桿塔進行標記，當附近桿塔出現(xiàn)報警時，可進一步對此標記桿塔進行檢查，以快速確定故障源。

1.3 模型中增加了責任班組信息

目前，發(fā)生故障后的處理方式是由調(diào)控中心給出故障距離，輸電搶修人員收到故障距離后查閱桿塔臺賬，然后手動換算成桿塔編號，確定距離責任班組，根據(jù)桿塔位置找到故障點再進行搶修。利用此模型可以省去很多人工作業(yè)，直接由計算機算出故障距離同桿塔編號對應關(guān)系，同時明確責任班組和巡線范圍。

建設可全網(wǎng)通用的統(tǒng)一桿塔高階模型不僅為繼電保護、設備部、輸電搶修等專業(yè)提供全生命周期的桿塔管理信息化平臺，也能夠第一時間把調(diào)控中心決策的故障距離自動轉(zhuǎn)換成輸電搶修人員直觀易懂的桿塔編號，在廣域電網(wǎng)時鐘技術(shù)支持下還能對接電網(wǎng)故障處置云發(fā)布平臺，實現(xiàn)快速桿塔定位并落實到責任班組，組織快速巡線搶修，根據(jù)地理信息鎖定和標記第一時間列舉全部可疑桿塔，加快輸電搶修人員找到故障位置的速度，及時解決線路故障，縮短停電時間。

2 高階桿塔信息建模

2.1 桿塔信息模型

輸電線路稱為線路，變電站稱為節(jié)點，每根桿塔稱為子點，子點擁有編號、責任班組、地理位置、使用檔距等信息，通過桿塔間的使用檔距信息，調(diào)度系統(tǒng)通過故障點與變電站間的距離便可直接得到此故障點對應的桿塔及其所屬單位，及時分配至相應的單位進行處理。桿塔建模采用完全面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化形態(tài)，以節(jié)點、局域拓撲和網(wǎng)架拓撲層層遞進，桿塔建模信息如圖1。

這個模型的構(gòu)建的主要做有以下幾個方面的工作：

2.1.1 導入二維桿塔信息

消化吸收目前各輸電專業(yè)掌握的桿塔臺賬、表格表示方法、排列格式等，現(xiàn)有二維桿塔臺賬是歷史遺留的資產(chǎn)和前期投資的成果，對現(xiàn)有桿塔臺賬的消化吸收，也意味著對桿塔業(yè)務在電網(wǎng)運用、管理水平認知的深化理解和精準掌控，不僅能夠極大縮減項目基礎數(shù)據(jù)采集工作，還能大幅提升項目將來推廣的適用性和經(jīng)濟性。

2.1.2 錄入桿塔地理屬性

輸電線路故障的發(fā)生主要有以下六個因素：風偏、污閃、雷擊、覆冰、鳥害及山火，這些因素有一定的不確定性，但是很大程度上受到季節(jié)、環(huán)境和氣候的影響，而每根桿塔的地理屬性基本是固定的，因此，將地理屬性分為季節(jié)信息、環(huán)境信息和氣候信息具有實際意義，地理屬性的錄入不僅需要結(jié)合桿塔的歷史維修記錄并且需要工作人員現(xiàn)場考察。

2.1.3 錄入責任班組信息

利用桿塔模型中的檔距信息可以得出桿塔編號，對戶外作業(yè)的輸電搶修人員，收到的調(diào)度指令中的故障距離反映出來的是具體桿塔編號，同時也明確了責任班組和巡線范圍;對調(diào)度側(cè)，故障桿塔確定后，搶修人員反饋的桿塔編號反映到調(diào)度側(cè)即是巡線距離。

2.1.4 子點關(guān)聯(lián)建立

輸電網(wǎng)具有規(guī)模大、結(jié)構(gòu)性強的特點，為了反映電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，不僅需要桿塔相關(guān)的數(shù)據(jù)，同時還需要采集桿塔間的連接關(guān)系和拓撲關(guān)系。對于π接、T接等情況，子點則處于不同線路上，其相鄰桿塔也有多個，模型中設計有一個或多個指針，指向相鄰桿塔。

我國的輸電線路隨著城鄉(xiāng)建設經(jīng)常處于變動中，這就導致桿塔信息發(fā)生變化，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變動大，桿塔模型維護工作多次反復，維護人員和責任班組需要建立有效的協(xié)作機制，確保輸電線路維修的快速準確性。

2.2 輸電線路網(wǎng)絡拓撲建立

由輸電線路特點決定，任意兩節(jié)點間的線路有且僅有一條，子點的首尾節(jié)點信息根據(jù)模型信息確定，整個電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單清晰，可用如圖2示意圖簡單說明，選用主變電站Po為根節(jié)點。

假設P0和P4節(jié)點間出現(xiàn)了故障，其故障距離是D，根據(jù)故障線路首尾端節(jié)點信息找到子點7，假設其間檔距為do，其相鄰子點8和11，此時根據(jù)子點的尾端節(jié)點確定出來是子點8屬于故障線路桿塔，do加上其間檔距d1，同樣的找到子點9，其間檔距逐個相加，直到∑di>曉D。其過程可表示如下：

①選中故障線路中的第一個子點。

②該桿塔是否最后故障線路尾端節(jié)點，如果不是則跳轉(zhuǎn)到③，如果是則跳轉(zhuǎn)至步驟⑥。

③判斷桿塔到故障線路節(jié)點距離是否大于故障距離，如果不是，運行步驟④;如果是則跳轉(zhuǎn)至步驟⑤。

④遍歷該子點的下一個相鄰子點，找到相應故障線路的唯一子點，桿塔到故障線路節(jié)點距離加上相應檔距。

⑤取出指針中的桿塔相關(guān)信息，比較該桿塔前后相鄰幾個桿塔是否處于易發(fā)事故地理環(huán)境中，如果是則將該桿塔附近的桿塔作為故障點發(fā)送給責任班組。

⑥桿塔定位結(jié)束，反饋子點對應位置信息。

對于輸電線路的變動、增加或刪除的情況，如果用傳統(tǒng)的修改方式，改動不能全網(wǎng)共享，而且改動線路多，難免造成誤差，而采用高階模型的拓撲結(jié)構(gòu)則相對容易，比如在已經(jīng)形成的拓撲結(jié)構(gòu)中添加一根桿塔，則只需要添加該桿塔信息并更改相鄰桿塔相應信息，整體拓撲結(jié)構(gòu)自動重構(gòu)。

3 應用情況

高階桿塔模型部署在曲靖供電局電力調(diào)度控制中心的故障錄波組網(wǎng)分站系統(tǒng)，由該系統(tǒng)完成電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、故障分析及確定故障線路及故障點，經(jīng)過模型測算出具體桿塔編號并發(fā)布到桿塔責任班組。表l為加載高階桿塔模型及相應算法前后一年時間窗內(nèi)，曲靖供電局故障錄波組網(wǎng)分站系統(tǒng)給出的輸電線路故障后首次定位命中次數(shù)的對比數(shù)據(jù)。

對比數(shù)據(jù)可以看出，在雷擊、鳥害和風偏情況下，故障定位的首次桿塔定位準確率得到了提升，而其他原因情況下準確率尤其明顯，則是因為在原有調(diào)度管理體系下主要依賴于成熟經(jīng)驗，一旦出現(xiàn)不可預期因素則暴露出算法失靈的弊端，而本模型的拓撲算法和綜合故障定位技術(shù)的支持，對場景因素具有明顯的適應性，因此在運用效果上提升幅度最高。

對比表2數(shù)據(jù)可以看出，不論在山區(qū)或城區(qū)故障平均搶修時間均得到了有效減少，地形越復雜，時間相對減少越多，模型應用的優(yōu)勢越明顯。

更高的準確度和更快捷的發(fā)布有效縮短了停電時間，以每次事故平均縮短停電時間100分鐘計算，每年可為曲靖局減少停電損失逾3000余萬元。

4 結(jié)束語

高階桿塔信息建模的運用有效支撐了電力系統(tǒng)繼保自動化和智能化的發(fā)展，改變過去人工測算和多頭管理的低效方式，提升了專業(yè)管理的精密度，提高了廣域電網(wǎng)背景下故障桿塔定位的精度，縮短了巡線搶修時間.保障了輸電可靠性，具有較大的經(jīng)濟效益和推廣前景。下一步研究可結(jié)合大數(shù)據(jù)理論進行更深入的模型構(gòu)建，實現(xiàn)輸電線路監(jiān)視、狀態(tài)評價、風險評估、桿塔定位、巡線搶修、地理定位和軌跡導航于一體的決策支持系統(tǒng)。

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