江蘇鑫華半導(dǎo)體科技股份有限公司 許 軍

由于交直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)相比較普通輸電系統(tǒng)，其輸送距離更遠(yuǎn)、功率更大，并且輸電能力更強(qiáng)，因此交直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于跨區(qū)域、遠(yuǎn)距離輸電領(lǐng)域，但是對輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求更高[1-2]。在實(shí)際中經(jīng)常采取一些手段對交直流并聯(lián)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)化檢修，自動(dòng)化技術(shù)可以發(fā)揮重要的作用[3]。通過對交直流并聯(lián)輸電線路的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，可以快速定位故障點(diǎn)，并提出相應(yīng)的解決方案。最初采取的檢修方式為人工檢修方式，由專業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場通過對輸電線路現(xiàn)場測試和檢查，確定線路運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)檢測結(jié)果采取相應(yīng)的維修措施。這種檢修方式不僅工作效率比較低，而且檢修成本比較高。自動(dòng)化檢修方式逐漸取代人工檢修，為此提出交直流并聯(lián)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)檢修方法研究。

1 提取輸電線路運(yùn)行狀態(tài)參量

對交直流輸電線路運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)化檢修，對每個(gè)單元進(jìn)行狀態(tài)分解，提取出輸電線路運(yùn)行狀態(tài)參量，其中絕緣子單元運(yùn)行狀態(tài)參考包括零值絕緣子片數(shù)超標(biāo)、絕緣子掉串、絕緣子爬距、傘裙脫落、表面破損等[4-5]。根據(jù)以上提取的基礎(chǔ)參量，采用因子分析法對以上提取的基礎(chǔ)參量進(jìn)行降維處理，對輸電線路運(yùn)行狀態(tài)參量進(jìn)行精簡，提取到關(guān)鍵狀態(tài)參量[6]。將輸電線路絕緣子、桿塔、接地裝置、導(dǎo)地線、基礎(chǔ)五個(gè)單元作為變量，將每個(gè)變量下的基礎(chǔ)參量作為因子變量，因子變量可以理解為在多維空間中相互垂直的坐標(biāo)軸，變量與因子變量之間的關(guān)系用公式表示為：

式中，X表示輸電線路運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)化檢修變量；A表示因子載荷矩陣；F表示因子變量；e表示因子載荷；u表示特殊因子，即不能被因子變量描述的部分[7]。根據(jù)特征值計(jì)算出每個(gè)因子變量的貢獻(xiàn)率，其計(jì)算公式為：

式中，Y表示因子變量特征值貢獻(xiàn)率；vX表示變量協(xié)方差矩陣；b表示協(xié)方差矩陣的特征量[8]。按照貢獻(xiàn)率大小對因子變量排序，如果變量的前三個(gè)因子變量特征值貢獻(xiàn)率相加接近于100%，則該三個(gè)因子變量為該因子的關(guān)鍵參量，由此可以選擇出關(guān)鍵參量，用于檢測交直流并聯(lián)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)。

2 輸電線路運(yùn)行狀態(tài)檢測

采用置信度的數(shù)據(jù)處理方法對提取的關(guān)鍵狀態(tài)參量進(jìn)行量化，提取出每個(gè)狀態(tài)參量的具體數(shù)值，置信度可以反映出關(guān)聯(lián)規(guī)則中一個(gè)事件對另一個(gè)事件的依賴程度，將以上提取的因子變量作為一個(gè)事件，將該因子變量對應(yīng)的單元狀態(tài)作為另一個(gè)事件，則置信度可以定義為輸電線路某個(gè)單元運(yùn)行狀態(tài)異常的前提下因子變量出現(xiàn)的概率，其計(jì)算公式為：

式中，C（BDY）表示輸電線路運(yùn)行狀態(tài)參量置信度；F（B∪DY）表示同時(shí)包含兩個(gè)事件的事件數(shù)；B表示一個(gè)事件；DY表示因子變量對應(yīng)的事件；|F（B）|表示包含B的事件[9]。置信度是一個(gè)相對值，是因子變量與輸電線路運(yùn)行狀態(tài)關(guān)聯(lián)準(zhǔn)確程度的一個(gè)量化，關(guān)聯(lián)程度越高則表示狀態(tài)參量對輸電線路運(yùn)行狀態(tài)檢測越重要，因此根據(jù)狀態(tài)參量的置信度以及相對劣化度計(jì)算出輸電線路運(yùn)行故障率，其計(jì)算公式為：

式中，p表示交直流并聯(lián)輸電線路運(yùn)行故障率；n表示輸電線路運(yùn)行狀態(tài)關(guān)鍵參量數(shù)量；rn表示第n個(gè)狀態(tài)參量的相對劣化度；xn表示第n個(gè)狀態(tài)量[10]。根據(jù)輸電線路故障率計(jì)算出輸電線路運(yùn)行狀態(tài)異常率，其計(jì)算公式為：

式中，g表示交直流并聯(lián)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)異常率；N表示輸電線路單元數(shù)量；表示第N個(gè)單元對交直流并聯(lián)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的重要度權(quán)重。根據(jù)計(jì)算數(shù)值可以確定輸電線路運(yùn)行狀態(tài)，如果g值在0～0.15，則表示當(dāng)前交直流并聯(lián)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)正常；如果g值在0.15～0.35，則表示當(dāng)前交直流輸電線路運(yùn)行處于一般異常狀態(tài)，繼續(xù)運(yùn)行可能會(huì)出現(xiàn)故障；如果g值在0.35～0.75，則表示當(dāng)前交直流輸電線路運(yùn)行處于嚴(yán)重異常狀態(tài)，繼續(xù)運(yùn)行可能會(huì)出現(xiàn)輕微故障；如果g值在0.75～1，則表示當(dāng)前交直流輸電線路運(yùn)行處于危急異常狀態(tài)，繼續(xù)運(yùn)行可能會(huì)出現(xiàn)重大故障。根據(jù)以上規(guī)則得出交直流并聯(lián)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)檢測結(jié)果。

3 輸電線路運(yùn)行狀態(tài)維修

根據(jù)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)檢測結(jié)果，確定輸電線路運(yùn)行狀態(tài)維修時(shí)限以及措施，如果檢測結(jié)果為輸電線路運(yùn)行狀態(tài)正常，則無須開展任何維修工作，繼續(xù)保持當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)即可；如果檢測結(jié)果為輸電線路運(yùn)行狀態(tài)為一般異常狀態(tài)，則維修時(shí)限為適時(shí)開展（≤1個(gè)月），適時(shí)開啟故障單元兩端的隔離開關(guān)，將故障區(qū)段隔離，并對故障單元進(jìn)行適時(shí)維修；如果檢測結(jié)果為輸電線路運(yùn)行狀態(tài)為嚴(yán)重異常狀態(tài)，則維修時(shí)限為盡快開展（≤1周），盡快開啟故障單元兩端的隔離開關(guān)，將故障區(qū)段隔離，并對故障單元進(jìn)行盡快維修；檢測結(jié)果為輸電線路運(yùn)行狀態(tài)為危急異常狀態(tài)，則維修時(shí)限為立即開展（≤24h），立即開啟故障單元兩端的隔離開關(guān)，將故障區(qū)段隔離，并對故障單元進(jìn)行立即維修。按照上述規(guī)則確定輸電線路運(yùn)行狀態(tài)維修時(shí)限以及措施，以此完成了交直流并聯(lián)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)檢修。

4 試驗(yàn)論證

4.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備與設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)方法在實(shí)際應(yīng)用中效果的檢驗(yàn)，采用對比試驗(yàn)對設(shè)計(jì)方法的適用性進(jìn)行檢驗(yàn)，以某區(qū)域交直流并聯(lián)輸電線路為試驗(yàn)對象，輸電線路長度為12.45km，共計(jì)56基桿塔，利用本次設(shè)計(jì)方法對該交直流并聯(lián)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)檢修，選擇兩種傳統(tǒng)方法作為比較對象，兩種傳統(tǒng)方法分別為基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢修方法和基于數(shù)據(jù)挖掘的檢修方法，以下分別用傳統(tǒng)方法1與傳統(tǒng)方法2表示。調(diào)取該交直流并聯(lián)輸電線路本年度第一季度、第二季度運(yùn)行數(shù)據(jù)以及巡視記錄，獲取輸電線路各狀態(tài)參量數(shù)據(jù)共10000Byte，按照上述流程對各個(gè)狀態(tài)參量量化，計(jì)算每個(gè)參量的故障率以及狀態(tài)異常率，確定運(yùn)行狀態(tài)、維修時(shí)限，具體檢修結(jié)果見表1。

表1 輸電線路運(yùn)行狀態(tài)檢修結(jié)果

本文設(shè)計(jì)方法基本可以完成線路運(yùn)行狀態(tài)檢修任務(wù)，以下將對具體檢修效果進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

試驗(yàn)以檢修用時(shí)作為三種方法評(píng)價(jià)指標(biāo)，以獲取輸電線路運(yùn)行狀態(tài)參量數(shù)據(jù)時(shí)間為開始時(shí)間，以輸電線路維修決策時(shí)間為結(jié)束時(shí)間，兩個(gè)時(shí)間作差求出輸電線路檢修時(shí)間。試驗(yàn)以輸電線路運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)量為變量，使用電子表格記錄不同狀態(tài)數(shù)據(jù)量下三種方法檢修時(shí)間，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 三種方法檢修用時(shí)對比（s）

從表2中數(shù)據(jù)可以看出，本文設(shè)計(jì)方法線路運(yùn)行狀態(tài)檢修時(shí)間相對比較短，雖然三種方法檢修時(shí)間均隨著線路運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)量的增加而增加，但是設(shè)計(jì)方法檢修時(shí)間增長幅度比較小，當(dāng)線路運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)量達(dá)到10000Byte時(shí)，檢修時(shí)間僅為1.57s，可以將檢修時(shí)間控制在2s以內(nèi)。而兩種傳統(tǒng)方法檢修時(shí)間均隨著線路運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)量的增加而大幅度增長，當(dāng)線路運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)量達(dá)到10000Byte時(shí)，傳統(tǒng)方法1檢修時(shí)間比設(shè)計(jì)方法長約14s，傳統(tǒng)方法2檢修時(shí)間比設(shè)計(jì)技術(shù)長約16s，因此從檢修時(shí)間方面來看，設(shè)計(jì)方法優(yōu)于傳統(tǒng)方法。為了進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的適用性，對三種方法錯(cuò)檢率進(jìn)行對比，以檢修次數(shù)為變量，記錄三種方法錯(cuò)誤檢修次數(shù)，將其與總檢修次數(shù)作商求出錯(cuò)檢率，根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制三種方法錯(cuò)檢率對比圖如圖1所示。

圖1 三種方法錯(cuò)檢率對比圖

從圖1可以看出，在本次試驗(yàn)中設(shè)計(jì)方法錯(cuò)檢率相對比較低，雖然三種方法錯(cuò)檢率均隨著檢修次數(shù)的增加而增加，但是設(shè)計(jì)方法增長比例比較小，當(dāng)檢修次數(shù)達(dá)到600次時(shí)，設(shè)計(jì)方法錯(cuò)檢率僅為1.35%，可以將錯(cuò)檢率控制在2%以內(nèi)，相比之下傳統(tǒng)方法1錯(cuò)檢率是設(shè)計(jì)方法的3.86倍，傳統(tǒng)方法2錯(cuò)檢率是設(shè)計(jì)方法的4.52倍。因此，本次試驗(yàn)證明了，無論是在檢修時(shí)間方面還是在錯(cuò)檢率方面，設(shè)計(jì)方法均表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，相比較兩種傳統(tǒng)方法更適用于交直流并聯(lián)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)檢修。

5 結(jié)語

狀態(tài)檢修是交直流并聯(lián)輸電線路穩(wěn)定、安全、可靠運(yùn)行的重要保障手段，此次參考相關(guān)文獻(xiàn)資料，針對傳統(tǒng)方法存在的不足與缺陷，提出了一個(gè)新的檢修思路，有效縮短了輸電線路檢修時(shí)間，降低了錯(cuò)檢率，實(shí)現(xiàn)了對傳統(tǒng)方法的優(yōu)化與創(chuàng)新，以及對當(dāng)前交直流并聯(lián)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)檢修理論的補(bǔ)充與完善。此次研究有助于提高交直流并聯(lián)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)檢修工作的自動(dòng)化、智能化水平，同時(shí)還為實(shí)際操作提供了參考依據(jù)，具有良好的研究價(jià)值。