天津大學(xué)電氣自動(dòng)化與信息工程學(xué)院 范延赫

中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)天津電力設(shè)計(jì)院有限公司 王 慧 劉建偉

國(guó)網(wǎng)北京市電力公司 陳澤西 賈東強(qiáng)

■引言

在“雙碳”目標(biāo)和新型電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的大背景下，電網(wǎng)電力設(shè)備愈發(fā)智能化、信息化、數(shù)字化。與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，新型電力系統(tǒng)隨機(jī)性、波動(dòng)性更加明顯[1]。同時(shí)智能設(shè)備不斷更新，在帶來龐大數(shù)據(jù)源的同時(shí)，也使原有的管理、運(yùn)維、檢修等技術(shù)無法滿足新型電力系統(tǒng)建設(shè)的需要。

隨著配電線路在電力系統(tǒng)中所占份額越來越大，其安全運(yùn)行與否直接影響電力系統(tǒng)的供電和配電效率[2]。配電網(wǎng)系統(tǒng)龐大復(fù)雜，包含變壓器、開關(guān)柜等設(shè)備，其安全性幾乎關(guān)乎著國(guó)計(jì)民生[3-4]。因此，保障配網(wǎng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行將成為首要任務(wù)。當(dāng)前我國(guó)配網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行管理存在一系列問題，為了減少設(shè)備故障，提高供電可靠性，最大程度保證電力企業(yè)的利益，必須科學(xué)的制定相關(guān)措施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決配網(wǎng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的各種故障，從而保障配電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行，更好的滿足用戶需求。

本文將研究和分析目前配電網(wǎng)設(shè)備安全管理出現(xiàn)的問題，并從安全管理制度、運(yùn)行維護(hù)技術(shù)以及操作人員水平方面，結(jié)合“云大物移”、人工智能、區(qū)塊鏈等數(shù)字技術(shù)，提升配網(wǎng)設(shè)備安全管理水平，保障新型電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。再總結(jié)和探討新型電力系統(tǒng)配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)配網(wǎng)設(shè)備安全管理提供參照。

■配電網(wǎng)電氣設(shè)備運(yùn)行管理現(xiàn)存問題

（一）設(shè)備本身存在隱患

1.電力設(shè)備的采購(gòu)工作不夠完善

在選擇配網(wǎng)設(shè)備時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按遵守國(guó)家相關(guān)安全規(guī)定，在保證質(zhì)量的同時(shí)盡可能減少采購(gòu)成本。但一些企業(yè)并不重視采購(gòu)工作，僅從降低成本的角度隨意選擇也并不會(huì)對(duì)選購(gòu)的設(shè)備加以認(rèn)真檢驗(yàn)。甚至有些采購(gòu)部門以權(quán)謀私、以次充好使得設(shè)備的質(zhì)量得不到保障，從根本上埋下安全隱患[5-6]。

2.配電網(wǎng)設(shè)備老化嚴(yán)重

由于投資成本的限制，部分地區(qū)的配網(wǎng)設(shè)備更新速度緩慢，陳舊落后的設(shè)備已經(jīng)無法滿足新型電力系統(tǒng)建設(shè)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)的需求，甚至?xí)l(fā)安全事故[7-8]。比如沒有及時(shí)更換老化線路或者沒有及時(shí)更換其他老化材料，使配電線路絕緣性出現(xiàn)問題，進(jìn)而使導(dǎo)線之間存在漏電，從而會(huì)導(dǎo)致大量的熱量和火花出現(xiàn)，引起火災(zāi)事故，也會(huì)對(duì)周邊群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生威脅。

3.外部環(huán)境影響

配網(wǎng)設(shè)備在地震、大風(fēng)、雷雨等天氣情況下可能會(huì)受到不同程度的損害。最嚴(yán)重的問題當(dāng)屬雷擊事故。它會(huì)造成絕緣子爆裂、避雷器爆裂、設(shè)備燒毀等問題[9]。

（二）缺乏健全的安全運(yùn)行管理體系

1.安全意識(shí)薄弱

首先對(duì)于一些企業(yè)來說，缺少法律意識(shí)、對(duì)配網(wǎng)設(shè)備發(fā)生故障造成的影響認(rèn)識(shí)不足，相關(guān)的安保和應(yīng)急措施不夠完善，無法給管理人員和操作人員給予足夠的安全保障；其次，對(duì)于操作人員來說，在運(yùn)行維護(hù)時(shí)一些人存在僥幸心理。圖省事，怕麻煩的思想仍然存在，對(duì)較小的故障可能選擇視而不見，認(rèn)為其無關(guān)緊要。此外，運(yùn)行人并沒有對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，這可能導(dǎo)致漏掉一些異常情況。

2.安全管理制度缺陷

制度是保障配網(wǎng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，但電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備安全管理制度仍不完善。配網(wǎng)設(shè)備安全管理制度不符合實(shí)際情況，并沒有根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行條件嚴(yán)格制定安全管理制度?，F(xiàn)有的制度無法覆蓋購(gòu)置、安裝、使用、運(yùn)維、更新、淘汰等全部環(huán)節(jié)，在細(xì)節(jié)處也存在紕漏，配網(wǎng)設(shè)備管理不規(guī)范、不嚴(yán)謹(jǐn)、不具體。

除了安全管理制度不完善，配網(wǎng)設(shè)備安全管理制度的執(zhí)行也存在不到位的情況。部分管理工作人員并沒有認(rèn)識(shí)到安全管理制度的重要性，沒有將相應(yīng)的規(guī)章制度落實(shí)到工作中。

配網(wǎng)管理人員不足和專業(yè)素質(zhì)無法滿足崗位需求的現(xiàn)象也制約著安全管理制度有效落實(shí)。許多操作人員過分依賴經(jīng)驗(yàn)作業(yè)，對(duì)新型設(shè)備不夠了解。專業(yè)知識(shí)和職業(yè)技能很難達(dá)到配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行和管理的水平[10-11]。

綜上，建立、健全、落實(shí)配網(wǎng)設(shè)備安全管理制度是十分有必要的。

3.缺少完善的監(jiān)督體系

首先，缺少專門的監(jiān)督機(jī)構(gòu)。政府和企業(yè)在監(jiān)督過程中都起到一定作用，但這樣也會(huì)導(dǎo)致責(zé)任不清的現(xiàn)象，大大降低監(jiān)督質(zhì)量。同時(shí)，監(jiān)督混亂，沒有真正做到“專業(yè)人做專業(yè)事”。其次，監(jiān)督制度不全。一方面相應(yīng)的監(jiān)管制度并未建立起來，如上下級(jí)溝通，事故報(bào)告制度等，另一方面，缺乏與監(jiān)管制度對(duì)應(yīng)的獎(jiǎng)懲制度，因此在監(jiān)管過程中難免不出現(xiàn)缺乏系統(tǒng)性、針對(duì)性、規(guī)范性等問題。最后，監(jiān)督對(duì)象不全面。除了對(duì)配電網(wǎng)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督管理之外，還需要對(duì)操作人員進(jìn)行監(jiān)督考核。

（三）配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)技術(shù)落后

一方面，缺乏配網(wǎng)設(shè)備集成系統(tǒng)。無法及時(shí)獲取電氣設(shè)備編號(hào)，位置信息，運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)。另一方面，運(yùn)維技術(shù)落后。傳統(tǒng)的運(yùn)維方式通常是故障后檢修，這樣一來無法保證對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，二來比較耗費(fèi)人工[12]。而且，隨著新型電力設(shè)備的不斷出現(xiàn)，現(xiàn)有的運(yùn)維技術(shù)無法滿足精確性，可靠性，時(shí)效性等要求。

■健全配網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行管理體系

配電網(wǎng)設(shè)備安全管理是對(duì)設(shè)備壽命周期全過程的管理，包括配網(wǎng)線路規(guī)劃設(shè)計(jì)，設(shè)備選型、采購(gòu)、安裝驗(yàn)收、運(yùn)行維護(hù)、及檢修、淘汰等多個(gè)環(huán)節(jié)。為了使配網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行，完善的安全管理體系是重中之重。必須根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建立安全管理制度并嚴(yán)格執(zhí)行、加強(qiáng)各部門監(jiān)管聯(lián)動(dòng)、依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物品編碼等信息技術(shù)加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)等。圖1 為配電網(wǎng)設(shè)備安全管理體系。

圖1 配電網(wǎng)設(shè)備安全管理體系

（一）建立配電網(wǎng)設(shè)備安全管理制度

配電網(wǎng)設(shè)備安全管理必須在制度的規(guī)范和引導(dǎo)下進(jìn)行。各生產(chǎn)單位、電力企業(yè)必須結(jié)合工作安全要求和自身實(shí)際情況制定和完善安全管理制度，并確保能落實(shí)到實(shí)處[6,13-15]。建立各級(jí)崗位責(zé)任制，明確參與配網(wǎng)建設(shè)全部人員和機(jī)構(gòu)的目標(biāo)和責(zé)任，完善交接班制度。完善操作規(guī)程，確保操作人員嚴(yán)格按照安全規(guī)程操作，同時(shí)確保人身安全。建立安全檢查制度，定期對(duì)設(shè)備檢查維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)老化破損的設(shè)備，并建立檔案制度，對(duì)檢查進(jìn)行全記錄。除此以外，建立事故報(bào)告制度，在事故發(fā)生后第一時(shí)間提交事故類型、原因、解決辦法等詳細(xì)信息。建立運(yùn)行維護(hù)制度和應(yīng)急預(yù)案制度，配備專業(yè)隊(duì)伍模擬實(shí)際情況，開展應(yīng)急演習(xí)等提高運(yùn)維水平和應(yīng)對(duì)突發(fā)情況能力。

（二）建立設(shè)備入網(wǎng)安全管理體系

首先建立專門的采購(gòu)小組，在采購(gòu)之前對(duì)不同產(chǎn)品的質(zhì)量和價(jià)格進(jìn)行對(duì)比，選擇性價(jià)比高的產(chǎn)品。采購(gòu)后對(duì)設(shè)備的進(jìn)行檢查，包括資質(zhì)，質(zhì)量證明，產(chǎn)品性能，凡不合規(guī)定一律不使用，然后依托電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建配網(wǎng)設(shè)備信息管理系統(tǒng)。如圖2 結(jié)合數(shù)字化技術(shù)，使類型多樣，差異化大的設(shè)備組成智能化、信息化的集成系統(tǒng)，強(qiáng)化配網(wǎng)設(shè)備管理水平，也為后續(xù)運(yùn)行維護(hù)體系打下良好基礎(chǔ)。如利用實(shí)物ID 編碼技術(shù)，將變電設(shè)備、換流設(shè)備、輸電設(shè)備、配電設(shè)備等進(jìn)行賦碼貼簽再入網(wǎng)[16]；或者利用高壓感應(yīng)取電技術(shù)取得各個(gè)部分的數(shù)據(jù)并進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸[17]。通過建設(shè)設(shè)備入網(wǎng)安全體系，保證設(shè)備的質(zhì)量，使其在運(yùn)行過程中更加安全可靠。

圖2 基于電力物聯(lián)網(wǎng)的信息管理層級(jí)結(jié)構(gòu)

（三）運(yùn)行維護(hù)工作

新型電力系統(tǒng)的復(fù)雜運(yùn)行條件對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)提出了更高要求。“云大物移”，人工智能等數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，為運(yùn)行維護(hù)提供了更好的支撐。以設(shè)備信息互通互聯(lián)的配電物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，將數(shù)字化技術(shù)與數(shù)字孿生融合，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)的精準(zhǔn)檢測(cè)、預(yù)測(cè)和智能診斷。關(guān)鍵技術(shù)架構(gòu)如圖3 所示。

圖3 配網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)關(guān)鍵技術(shù)架構(gòu)

首先，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)和智能感知終端，為監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行提供全面、完備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息。同時(shí)，在工作人員移動(dòng)終端的顯示主界面顯示這些數(shù)據(jù)，根據(jù)人工決策和機(jī)器決策綜合判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。其次，針對(duì)配網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過對(duì)預(yù)測(cè)模型的應(yīng)用、仿真模擬數(shù)據(jù)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，較為精確的模擬配網(wǎng)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行在狀態(tài)，并在預(yù)測(cè)的結(jié)果基礎(chǔ)上制定有效措施[1,18-19]。最后，以實(shí)際數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)狀態(tài)為基礎(chǔ)，分析設(shè)備運(yùn)行中的故障問題。

（四）建立配電網(wǎng)監(jiān)督體系

首先，組建專門的監(jiān)督機(jī)構(gòu)。并分出不同部門負(fù)責(zé)監(jiān)督購(gòu)入設(shè)備人員、質(zhì)檢人員、運(yùn)行維護(hù)人員等，加強(qiáng)各部門協(xié)調(diào)合作和確保上下級(jí)高效溝通，建立全覆蓋無死角的監(jiān)督體系，通過信息共享，群策群力提高監(jiān)督效率和效果。然后，明確各部門的工作職責(zé)、工作程序進(jìn)而建立監(jiān)督工作制度以及辦法。此外構(gòu)建監(jiān)督資源共享制度、監(jiān)督傳遞制度、監(jiān)督人員調(diào)配制度等。最后，優(yōu)化監(jiān)督方式方法，強(qiáng)化對(duì)與重點(diǎn)設(shè)備有關(guān)的人員監(jiān)督綜合運(yùn)用日常巡查檢查、專項(xiàng)審計(jì)、專項(xiàng)檢查等監(jiān)管方式，及時(shí)找出問題并采取有效措施積極改進(jìn)。

（五）建立人員培訓(xùn)體系

首先，要依照《配網(wǎng)設(shè)備安全規(guī)范》，從實(shí)際出發(fā)制定完善的培訓(xùn)制度，主要針對(duì)教學(xué)培訓(xùn)人員、運(yùn)維管理人員、檢修人員等。建立專門培訓(xùn)管理人員隊(duì)伍以保證培訓(xùn)質(zhì)量。再針對(duì)現(xiàn)有各種人員的水平，制定不同的課程，確保大家“術(shù)業(yè)有專攻”[20]。然后，創(chuàng)新培訓(xùn)方法。不再完全采用傳統(tǒng)的理論式學(xué)習(xí)或者“師傅帶徒弟”等方式，要緊跟時(shí)代潮流，創(chuàng)新培訓(xùn)方法。定期或者不定期舉行測(cè)評(píng)考試和比武競(jìng)賽來鞏固人員專業(yè)技術(shù)理論基礎(chǔ) 、提高業(yè)務(wù)素質(zhì)，并建立績(jī)效考評(píng)機(jī)制，對(duì)表現(xiàn)優(yōu)異者給予獎(jiǎng)賞，對(duì)多次考核不及格的人予以罰款，強(qiáng)制學(xué)習(xí)甚至開除的懲罰[13]。最后豐富培訓(xùn)內(nèi)容。從國(guó)家法律法規(guī)、企業(yè)規(guī)章制度、設(shè)備操作技能設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與隱患治理、應(yīng)急預(yù)案等等諸多方面深入著手，使得操作人員能夠?qū)W到系統(tǒng)性的知識(shí)。

■配網(wǎng)設(shè)備安全管理關(guān)鍵技術(shù)

（一）電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)

先進(jìn)、可靠的傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備數(shù)字化和智能化的基礎(chǔ)。目前，物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，考慮到配電設(shè)備運(yùn)行維護(hù)過程中數(shù)據(jù)繁多，時(shí)效性要求高等特點(diǎn)，將電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)應(yīng)用到在線監(jiān)測(cè)工作中已經(jīng)非常有必要。傳感器與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成龐大的系統(tǒng)。傳感器技術(shù)能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，并完成收集、傳輸、儲(chǔ)存、顯示等工作，對(duì)采集到的信息進(jìn)行全面分析和評(píng)估，判斷運(yùn)行狀態(tài)并給出應(yīng)對(duì)策略[21-23]。

為了進(jìn)一步提升電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用水平，以下問題需要引起關(guān)注：

1.傳感器長(zhǎng)期可靠難以保證。目前傳感器設(shè)備壽命很難匹配一次設(shè)備，使傳感器技術(shù)可靠性大大下降。必須從材料、器件、工藝、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)評(píng)估等方面提高傳感器的可靠性和有效性。此外，目前我國(guó)大部分高端傳感器依賴進(jìn)口，超聲、磁場(chǎng)、震動(dòng)等重要傳感器的傳感材料、核心器件和芯片被外國(guó)企業(yè)壟斷。我國(guó)亟須突破傳感器核心技術(shù)，擁有自主制造高端傳感器的能力。

2.電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)在相關(guān)設(shè)備，系統(tǒng)層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這嚴(yán)重制約在線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和推廣。

（二）云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)

云計(jì)算具有規(guī)模大、效率高、成本低、可靠性強(qiáng)和拓展性高等特點(diǎn)，還具備海量存儲(chǔ)空間，[24]能夠支持用戶隨時(shí)隨地，按需便捷的訪問共享資源，其強(qiáng)大的計(jì)算能力能夠迅速處理各種數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)資源高效管理[25]。利用云計(jì)算技術(shù)處理新型電力系統(tǒng)中配網(wǎng)設(shè)備的海量數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在容量很大的存儲(chǔ)空間，在提升計(jì)算能力的同時(shí)構(gòu)建云平臺(tái)[26]。將云平臺(tái)與電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)融合，實(shí)時(shí)監(jiān)控所有配網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況并存儲(chǔ)起來，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，云計(jì)算平臺(tái)就會(huì)比對(duì)此時(shí)的數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)出的正常值，然后傳遞給運(yùn)維人員，再立即開展檢測(cè)與運(yùn)維工作[27]。

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，配電網(wǎng)需要的設(shè)備數(shù)量增加，型號(hào)、也更加復(fù)雜，檢測(cè)對(duì)象的數(shù)量級(jí)很高。溫度、濕度、電流、電壓、震動(dòng)等參數(shù)指數(shù)型上升也對(duì)數(shù)據(jù)處理能力提出了更高要求，大數(shù)據(jù)技術(shù)和其思想方法有助于用戶快速高效的處理海量數(shù)據(jù)[25,28-29]，解決設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)與故障預(yù)測(cè)的難題?；诖髷?shù)據(jù)的配網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)，數(shù)據(jù)去噪技術(shù)，特征提取技術(shù)，模式識(shí)別技術(shù)，可視化技術(shù)?？梢灶A(yù)見，大數(shù)據(jù)在電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)上的深入應(yīng)用能提高狀態(tài)評(píng)價(jià)和故障診斷的精確性方面將發(fā)揮重要作用。

（三）數(shù)字孿生技術(shù)

數(shù)字孿生作為一項(xiàng)迅速發(fā)展的數(shù)字信息化技術(shù)，利用物理模型，傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備在虛擬數(shù)字空間中的映射，構(gòu)建和真實(shí)設(shè)備“同步運(yùn)行”的數(shù)字孿生體，反應(yīng)相應(yīng)實(shí)體設(shè)備的全生命周期過程[30]。電力設(shè)備數(shù)字孿生主要運(yùn)用高保真數(shù)字化建模、多物理場(chǎng)仿真技術(shù)，精確描述電力設(shè)備運(yùn)行特性。構(gòu)建高精度的配網(wǎng)設(shè)備空間信息三維數(shù)字化模型，在電力設(shè)備高度逼真虛擬重現(xiàn)的前提下展現(xiàn)多為狀態(tài)感知和仿真分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)實(shí)體設(shè)備轉(zhuǎn)化為虛擬數(shù)字設(shè)備，再綜合考慮設(shè)備的幾何形狀、物理參數(shù)、狀態(tài)信息和規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)等，建立多物理場(chǎng)、多尺度、多區(qū)域的設(shè)備數(shù)字孿生仿真模型。但目前數(shù)字孿生技術(shù)還處在研究初級(jí)階段，其關(guān)鍵技術(shù)和核心基礎(chǔ)理論方法還有待深入研究[31-32]。

■結(jié)語

在“雙碳”目標(biāo)和建設(shè)新型電力系統(tǒng)的背景下，以保證電力設(shè)備安全運(yùn)行為目標(biāo)。本文首先分析了配網(wǎng)線路設(shè)備運(yùn)行管理中存在的安全問題，并融合云計(jì)算，大數(shù)據(jù)、電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)等數(shù)字化技術(shù)，從安全管理制度、設(shè)備安全入網(wǎng)，監(jiān)督管理，運(yùn)行維護(hù)，人員培訓(xùn)等多個(gè)角度進(jìn)行頂層設(shè)想，構(gòu)建配電網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行體系，提高設(shè)備安全管理水平，并為未來相關(guān)設(shè)備管理提供參考。