柳州市機(jī)關(guān)事務(wù)管理局 楊 旗

在我國城市化進(jìn)程不斷加快的時代背景下，電力需求日益提升，配電設(shè)備的可靠性需求也在不斷提升，配電設(shè)備的精簡化要求也在不斷改進(jìn)。面對當(dāng)前的配電設(shè)備常常出現(xiàn)故障的問題，需要從冗余設(shè)計的角度出發(fā)，以備份的方式提供多回路供電，并升級供電線路的配備質(zhì)量，保證負(fù)載裝置的供電不間斷。

配電室是指10kV 及以下電壓等級設(shè)備的設(shè)施，分為高壓配電室和低壓配電室。高壓配電室一般指6kV～10kV 高壓開關(guān)室；低壓配電室一般指10kV或35kV 站用變出線的400V 配電室。配電室中的設(shè)備紛繁復(fù)雜，配電設(shè)備的故障率居高不下，也是因為運維技術(shù)的落后，導(dǎo)致供電部門存在諸多難題。主要表現(xiàn)為設(shè)備線路的單一、缺乏對線路的冗余設(shè)計規(guī)劃。因此，設(shè)計公司需要重新設(shè)計配電設(shè)備的冗余方案，解決以搶代修的單一維護(hù)方式。針對以上問題，本文將主要圍繞著10kV 配電設(shè)備冗余設(shè)計方案探討及運行維護(hù)進(jìn)行進(jìn)一步的討論與分析。

1 配電設(shè)備的設(shè)計及典型故障

1.1 線路故障

由于10kV 配電設(shè)備要重新規(guī)劃到冗余設(shè)計的線路路線，在穿管線中容易出現(xiàn)分線的盒子、分線管接觸不良等問題，從而導(dǎo)致10kV 配電設(shè)備出現(xiàn)連接故障。由于10kV 配電設(shè)備系統(tǒng)的線路走向紛繁復(fù)雜，采用埋地及天橋橋架布置，且多同時采用卷筒、托令、拖鏈系統(tǒng)。與此同時，10kV 配電設(shè)備現(xiàn)場環(huán)境惡劣，也容易導(dǎo)致10kV 配電設(shè)備頻繁發(fā)生故障。因此，在人工對10kV 配電設(shè)備線路故障的調(diào)試過程中，需要根據(jù)數(shù)據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整，減少盒子中的接頭，保證穿線時一次到位，避免出現(xiàn)因為對數(shù)據(jù)的不了解而導(dǎo)致的替換線路串聯(lián)的問題，并且還需要對接頭較多而導(dǎo)致線路弄混的情況多加注意。在這樣的技術(shù)問題影響下，就需要設(shè)計上重新調(diào)整規(guī)劃設(shè)計線路，將輸出的模版驅(qū)動線路進(jìn)行重新的調(diào)試。

1.2 系統(tǒng)故障

目前，設(shè)備故障檢測更多關(guān)注設(shè)備從穩(wěn)定期到永久故障期之間過渡期的狀態(tài)參量的變化，而設(shè)備故障過渡期又可分為設(shè)備老化期和早期故障期。設(shè)備早期故障期，即潛在早期故障的顯露到轉(zhuǎn)變?yōu)橛谰眯怨收系臅r間段。早期故障定義為設(shè)備在運行狀態(tài)，由于絕緣或接觸原因?qū)е碌碾娀∵^程，電弧在不改變運行條件的情況下又可自行熄滅，通常不會觸發(fā)保護(hù)動作，隨后電網(wǎng)恢復(fù)正常狀態(tài)。在此期間的電弧過程可對設(shè)備的性能造成不可逆的損傷，并能快速演變成永久性故障。

與此同時，人力成本是當(dāng)前配電室相關(guān)支出的重要組成部分。線路改造中的運維管理將向自動化輔助的方式轉(zhuǎn)變。因此，隨著這些配電室預(yù)算越來越多地轉(zhuǎn)向自動化方向，傳統(tǒng)預(yù)置型的運維方式可能逐漸減少，而可以實現(xiàn)自動化軟件服務(wù)化模式的運維管理方式和解決方案將被越來越多地使用。線路應(yīng)用軟件平臺和產(chǎn)品是否可以支持配電室的高效能運轉(zhuǎn)，也是廠商需要考慮的重點[1]。線路改造預(yù)計在未來兩年內(nèi)，預(yù)算將從內(nèi)部資源轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向自動化。在這種趨勢下，配電室的內(nèi)部組織將變得更加小型化，并更加重視在應(yīng)用軟件到軟件基礎(chǔ)上監(jiān)控和優(yōu)化業(yè)務(wù)應(yīng)用程序和服務(wù)的能力。

2 解決10kV 配電設(shè)備冗余的設(shè)計方案

2.1 冗余設(shè)計技術(shù)原理

10kV 配電設(shè)備在運行的過程中，需要預(yù)先完成電線作業(yè)，需要冗余設(shè)計按照10kV 配電設(shè)備的冗余設(shè)計需要分散原來的線路。冗余設(shè)計可以通過多線路重新分散線路的流通設(shè)備方向，以自動化操作模擬原有的人工操作方式，通過多線路的方式完成電源輸送，并利用高精密的雷達(dá)準(zhǔn)確找到需要電線的方位，再利用自動化的定位和多軸線調(diào)整的方式，以雷達(dá)系統(tǒng)完成三維建模，通過多傳感器將應(yīng)用場景的識別畫面?zhèn)鬏數(shù)浇K端。10kV 配電設(shè)備自動化系統(tǒng)就是利用這一工作原理完成工作的。隨著數(shù)字化、自動化和網(wǎng)絡(luò)化的持續(xù)推進(jìn)，冗余設(shè)計應(yīng)用場景的多樣化也得到了發(fā)展。

2.2 線路系統(tǒng)運行

數(shù)字化轉(zhuǎn)型時代已經(jīng)來臨，各個工廠在加快推動配電室這一應(yīng)用場景方面包括組織創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、融合創(chuàng)新、跨界創(chuàng)新，深入推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作，促進(jìn)質(zhì)量變革、效率變革、動力變革。智能化的加入也讓10kV 配電設(shè)備在各個不同場景中的應(yīng)用進(jìn)一步加深，解決了場景化中人工電線的安全問題和便利問題。在大數(shù)據(jù)的應(yīng)用下，自動化工具可以進(jìn)一步提升圖片識別的效率和精準(zhǔn)度，從而提升對10kV 配電設(shè)備的改造效果。

可編程序控制器通常也簡稱可編程控制器和線路，可編程序控制器由于其強(qiáng)大而完善的功能、高可靠性、優(yōu)越的性價比使其在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，主要包括數(shù)據(jù)處理、通信、過程控制、操作手臂的控制等[2]。線路的突出特點是編程簡單，改變程序容易。在生產(chǎn)應(yīng)用中需要改變系統(tǒng)的控制功能時，往往不必改變硬件設(shè)備，只需改變一下應(yīng)用程序就可達(dá)到目的。比如發(fā)電室內(nèi)設(shè)備中卸煤用的10kV 配電設(shè)備系統(tǒng)見圖1所示，整個設(shè)備的工業(yè)流程都是通過對線路的編程來實現(xiàn)的，線路是整個控制系統(tǒng)的核心。

3 對10kV 配電設(shè)備的運行維護(hù)路徑

3.1 加快推進(jìn)冗余設(shè)計改造環(huán)節(jié)進(jìn)程

由于10kV 配電設(shè)備運行場景的多樣性和使用率較高，設(shè)備在常年累月的運行后總會出現(xiàn)一些問題。有些問題是主觀原因引起的，有些則是由客觀環(huán)境決定的。自動化就可以通過自動化的調(diào)配手段對線路程序的重新編寫、解決這些問題。由于配電設(shè)備早期供電的線路單一，進(jìn)而導(dǎo)致較大電流的供路較少，承載的負(fù)荷較大。美國Tollgrade 公司從2014年開始，陸續(xù)在美國底特律等地安裝了大量的線路監(jiān)測裝置，采集線路的電場和電流信號，根據(jù)其監(jiān)測的近3000個事件記錄分析，84%的觸發(fā)事件為線路擾動、12%的事件為瞬時故障、僅4%的事件為永久性故障。上述84%的擾動事件信號中就包含了大量的配電設(shè)備早期故障信號。

國家電網(wǎng)公司推出的暫態(tài)型故障錄波指示器現(xiàn)場應(yīng)用后，也發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場存在大量的瞬時性、間歇性的故障，其發(fā)生頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過永久性接地故障。為此增加了對射解除開關(guān)、雷達(dá)、攝像頭，并將對應(yīng)的程序進(jìn)行了修改，從而實現(xiàn)了在天氣惡劣的情況下將對射開關(guān)解除運行、同時輔助以雷達(dá)掃描和視覺識別更加自動化的技術(shù)，使得10kV 配電設(shè)備系統(tǒng)各模塊的運行狀態(tài)得到更準(zhǔn)確的反饋，以多重識別方式保障生產(chǎn)的正常運行[3]。

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)在行業(yè)內(nèi)的廣泛應(yīng)用，能力是支撐場景實現(xiàn)的底座，猶如一棵參天大樹，枝繁葉茂的場景一定需要同樣發(fā)達(dá)扎實的根基?！耙宰詣踊芰?gòu)建為支撐”說明底座能力的重要性，底座能力的構(gòu)建既是場景實現(xiàn)過程中的經(jīng)驗沉淀，也可通過合理規(guī)劃為未來更多場景實現(xiàn)做好支撐儲備。

冗余設(shè)計對線路的改造主要集中于增加聯(lián)鎖運行的多重保障，并通過電腦視覺識別技術(shù)與雷達(dá)建?？刂齐娋€自動化的動作。部分故障可能是由基礎(chǔ)設(shè)施組件故障引起的應(yīng)用問題，特別是在服務(wù)器數(shù)量較多、設(shè)備運行較為復(fù)雜產(chǎn)生時，如何快速定位問題是個挑戰(zhàn)。機(jī)器定位分析算法可以在異常發(fā)現(xiàn)后，通過運維圖譜數(shù)據(jù)獲取應(yīng)用依賴的基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用間依賴等關(guān)系，利用指標(biāo)聚類、時序檢測等算法排查存在異常波動的機(jī)器指標(biāo)，提升故障排查的效率。

總體來說，平臺會實時檢測系統(tǒng)指標(biāo)數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)的建模，結(jié)合多維明細(xì)定位和機(jī)器指標(biāo)定位實現(xiàn)模塊間作用影響分析，構(gòu)建對實際生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)字化表達(dá)，實現(xiàn)相關(guān)故障檢測以及定位分析。采用重新設(shè)計的方法論將復(fù)雜冗余設(shè)計系統(tǒng)抽象為線路模型，并實現(xiàn)線路的合理分配，通過實時在線數(shù)據(jù)驅(qū)動建模，監(jiān)控和低延時系統(tǒng)的運行狀態(tài)，基于模糊測度和馬爾科夫鏈理論評估系統(tǒng)健康度、發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)隱性故障[4]。

3.2 應(yīng)用程序自動化改造

在對配電設(shè)備進(jìn)行運行維護(hù)的過程中，需要加入人工智能技術(shù)的應(yīng)用對設(shè)備盒子進(jìn)行合理的調(diào)試，具體而言，在保證技術(shù)便利的同時也需要了解技術(shù)帶來的風(fēng)險與挑戰(zhàn)。隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推進(jìn)，自動化應(yīng)用愈發(fā)廣泛，隨時隨地按需接入使得邊界更加模糊，防護(hù)難度更大，特別是自動化系統(tǒng)一旦失控將會造成巨大的危害，因此需在處理技術(shù)安全的過程中不斷地加強(qiáng)安全防御，爭取早識別、早預(yù)警、早處置，同時充分考慮在自動化電線動作手段失效或電路失控情況下的補償策略和應(yīng)對方法。

一個完整的運維場景建設(shè)分析過程，應(yīng)該基于數(shù)據(jù)管理、分析決策、自動控制能力域充分評估，以確定待建設(shè)的能力項和待提升的能力要素。就是說，在構(gòu)建配電設(shè)備的智能運維場景前，先要全面梳理從場景到能力域、能力項、能力要素之間的關(guān)系，統(tǒng)籌考慮、全局謀劃，制訂合理且可行的智能運維場景建設(shè)方案。在這個過程中場景是抓手，沒有場景的建設(shè)方案是不可行的；能力是底座，構(gòu)建能力項要特別關(guān)注其組合性和可復(fù)用性。只有同時兼顧“自上而下的場景驅(qū)動”和“自下而上的能力支撐”，才能真正把自動化電路場景建設(shè)好[5]。

3.3 自動化的應(yīng)用提升配電裝置線路質(zhì)量

在人工智能和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀下，自動化是較早就用來減輕電網(wǎng)運維工作負(fù)擔(dān)的一種重要手段。因此，應(yīng)站在信息系統(tǒng)建設(shè)的全生命周期視角來看，很多系統(tǒng)在操作和維護(hù)過程中暴露出來的問題，其根治方案不在維護(hù)自動化運行的本身，而在自動化冗余系統(tǒng)的需求規(guī)劃、架構(gòu)設(shè)計、研發(fā)測試等前道環(huán)節(jié)。如果沒有一種可持續(xù)、工程化的解決方案，維護(hù)工作就會很被動，維護(hù)壓力也會不斷增加。

在研制標(biāo)準(zhǔn)過程中，技術(shù)人員需要在實際的配電設(shè)備裝置中總結(jié)出一套適用于場景建設(shè)的方法論。尤其需要關(guān)注在前期的場景分析階段，特別是冗余設(shè)計的場景建設(shè)、改變線路的調(diào)試功能和過程。因為對于配電場景實現(xiàn)并非一朝一夕之事，技術(shù)人員需要提前設(shè)立場景建設(shè)可評估、可量化的指標(biāo)，在場景建設(shè)過程中不斷進(jìn)行比照、不斷迭代是尤為重要的。

4 結(jié)語

重大的變革需要一些早期的成功來證明其價值和方法的可行性，數(shù)字化轉(zhuǎn)型也是如此。首先是機(jī)器設(shè)備的更新與升級，其次是數(shù)字技術(shù)的使用和破局，最后是基于這些技術(shù)和平臺的業(yè)務(wù)創(chuàng)新。

對配電設(shè)備的早期故障進(jìn)行監(jiān)測和辨識有助于將處理故障的方式由“事后搶修巡檢”轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆虑邦A(yù)警主動處理”，從而在永久性故障發(fā)生前消滅隱患，大幅降低因設(shè)備故障導(dǎo)致停電的發(fā)生概率。其研究重點在于早期故障的機(jī)理、故障檢測與定位方法，以及故障類型辨識3個方面，實現(xiàn)在少量故障樣本數(shù)據(jù)的情況下對配網(wǎng)設(shè)備的早期故障辨識與精確定位，并對故障嚴(yán)重程度進(jìn)行評估，有望為提高供電可靠性、減少運維工作量、提高故障檢測效率提供一種新思路，通過自動化應(yīng)用到配電室的各個場景中。