朱昶旭,李立蕊
(國網(wǎng)寧夏電力有限公司中衛(wèi)供電公司,寧夏 中衛(wèi) 756000)
隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,電網(wǎng)的規(guī)模和復(fù)雜度也在不斷增加。傳統(tǒng)的線損故障檢測方法主要依靠人工巡視,人工巡視依賴大量人力物力并效率低下,在檢測效率、準(zhǔn)確度、成本等方面存在一系列問題。因此,本文將提出一種電量信息采集設(shè)備線損故障自動檢測方法,即通過電量信息采集設(shè)備在輸電線路上收集電量信息與歷史信息比對,識別存在異常的節(jié)點(diǎn)或部件,實(shí)現(xiàn)對輸電線路和配電設(shè)備的在線監(jiān)測、檢修和診斷。這將極大地提高電力設(shè)備排障的效率和準(zhǔn)確度。
電量信息采集設(shè)備是指通過在線安裝在輸電線路上的傳感器節(jié)點(diǎn),收集電量數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)對輸電線路和配電設(shè)備的在線監(jiān)測和診斷。這些節(jié)點(diǎn)可以感知到輸電線路上的電流、電壓、功率及頻率等電量相關(guān)信息,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心進(jìn)行進(jìn)一步分析處理。電量信息采集設(shè)備主要組成部分包括傳感器、數(shù)據(jù)采集器、通訊模塊以及數(shù)據(jù)處理中心。其中,傳感器是最核心的組件,負(fù)責(zé)實(shí)時測量電力系統(tǒng)的各種參數(shù),并將數(shù)據(jù)采集量化輸出給數(shù)據(jù)采集器。而數(shù)據(jù)采集器則負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對各種傳感器數(shù)據(jù)的集中采集和存儲工作,并通過通訊模塊將采集的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)處理中心。同時,通訊模塊可以實(shí)現(xiàn)本地網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)方式的通訊,從而使得數(shù)據(jù)流通更加便捷。數(shù)據(jù)處理中心則是整個系統(tǒng)的核心,負(fù)責(zé)采集、處理、分析和存儲所采集到的電量數(shù)據(jù),最終生成能夠指導(dǎo)決策的結(jié)果報(bào)告。如今,電量信息采集設(shè)備已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分,它主要應(yīng)用于配電自動化、用電監(jiān)測、電量計(jì)量及故障診斷等領(lǐng)域,影響著電力系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。
電量信息采集設(shè)備是一種智能電量檢測裝置,能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)中的各項(xiàng)電量參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測和實(shí)時采集。首先,在采集電量數(shù)據(jù)時,需要根據(jù)監(jiān)測的對象和監(jiān)測目的,在采集電量數(shù)據(jù)前,根據(jù)線路或設(shè)備的不同性質(zhì)和要求選擇采集的電量參數(shù)。如電壓、電流、功率等。其次,根據(jù)不同的電力系統(tǒng)復(fù)雜度和監(jiān)測目的,在線路或設(shè)備不同位置采集電量參數(shù)時可以采用不同的方式,如分別使用直接接觸式和非接觸式的采集方式。在這個流程之后,采集的電量數(shù)據(jù)將會在數(shù)據(jù)處理模塊內(nèi)被計(jì)量和計(jì)算。在計(jì)算和計(jì)量開始前,還需要對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理,消除因其他外在因素的存在而導(dǎo)致的噪聲,提高采集數(shù)據(jù)的可靠性和精確度,同時,還需要對計(jì)算方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。在處理階段是將會對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息提取、預(yù)處理和處理工作。首先,從原始數(shù)據(jù)中提取有用的信息,然后再通過對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、去噪、濾波等預(yù)處理工作來建立故障診斷模型,最后,采集和處理完的數(shù)據(jù)將通過通信傳輸模塊傳輸回監(jiān)測中心,為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和故障判斷提供必要的依據(jù)。
傳統(tǒng)的線損檢測方法依賴人工巡檢和手動抄表,存在效率低、準(zhǔn)確度不高的問題。因此,本文提出了一種基于嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的在線線損檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)線路功率傳輸?shù)娜俣葯z測,實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)采集、分析和處理。本系統(tǒng)的硬件部分主要包括傳感器采集單元,運(yùn)算模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和通信模塊等。此外,該系統(tǒng)還具備一些特殊的功能,比如,節(jié)點(diǎn)異常檢測和故障定位等功能。一旦發(fā)現(xiàn)某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常,系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)分析技術(shù)迅速找到出現(xiàn)異常的節(jié)點(diǎn),并在維修人員迅速響應(yīng)的情況下實(shí)現(xiàn)故障定位和維修。而軟件部分主要用于對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。軟件部分設(shè)計(jì)主打分布式后臺數(shù)據(jù)處理技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)特點(diǎn),并充分考慮系統(tǒng)的易操作性和易維護(hù)性。其主要模塊包括數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、預(yù)警處理模塊和故障分析模塊等。當(dāng)一條電線路電流傳輸數(shù)據(jù)到被測終端時,系統(tǒng)采集電流值獲得功率和線損率。系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)算出線路的功率損耗率,并通過通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測中心。如果檢測到功率線損率過高,系統(tǒng)會進(jìn)行預(yù)警提示。
負(fù)荷模式線損故障檢測方法的本質(zhì)是利用功率負(fù)荷模式來檢測線路中的故障區(qū)段。該方法根據(jù)不同線路的電力負(fù)載特點(diǎn),設(shè)計(jì)出相應(yīng)的負(fù)荷模式。通過對電量數(shù)據(jù)的分析,并結(jié)合各線路的負(fù)荷模式,可以準(zhǔn)確地檢測出具體故障區(qū)段,實(shí)現(xiàn)線路故障的高效檢測和定位。負(fù)荷模式的設(shè)計(jì)是該方法的核心。實(shí)際應(yīng)用中,需要根據(jù)各個線路的負(fù)載特點(diǎn)以及歷史故障數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)相應(yīng)的負(fù)荷模式。這需要對負(fù)荷性質(zhì)和線路特征有一定的了解,并利用現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)的技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和建模。該方法的設(shè)計(jì)方案包括三個組成部分:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和故障診斷。(1)數(shù)據(jù)采集。采集電量數(shù)據(jù),利用電量信息采集裝置獲取近期的電量數(shù)據(jù),包括電壓、電流、功率等,進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。(2)數(shù)據(jù)處理。對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,以確定電線故障的具體區(qū)段。該方法采用多元線性回歸分析,根據(jù)各線路負(fù)荷模式,對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和預(yù)測,并基于預(yù)測結(jié)果進(jìn)行線路故障檢測。分析儀采集數(shù)據(jù)一般包括以下幾類:電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、電能等。(3)故障診斷?;诙嘣貧w模型和數(shù)據(jù)分析的結(jié)果,檢測線路中的具體故障區(qū)段。該過程采用負(fù)荷模式線損故障檢測算法,對電路特征進(jìn)行解析,結(jié)合歷史故障數(shù)據(jù),確定具體故障區(qū)段。因此,該方法可以檢測出電線故障的真實(shí)區(qū)段。與高壓地下電纜故障檢測方法相比,負(fù)荷模式線損故障檢測方法所檢測出的故障范圍更準(zhǔn)確,而且負(fù)荷模式線損故障檢測方法所需的時間和人工成本更少。
電量信息采集設(shè)備線損故障自動檢測方法核心在于故障檢測過程,該過程需要應(yīng)用一定的檢測技術(shù)及算法,才能準(zhǔn)確、高效地發(fā)現(xiàn)故障,及時糾正線路故障,保障電力設(shè)備和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
2.3.1 線路分段
為了便于檢測輸電線路上的故障點(diǎn),需要將輸電線路進(jìn)行分段,對每段進(jìn)行獨(dú)立的檢測和分析。線路分段有利于提高故障檢測的效率和準(zhǔn)確度,減少誤判和漏檢,從而提高電力的可靠性和穩(wěn)定性。具體可以從兩個方面實(shí)現(xiàn):(1)根據(jù)輸電線路的電氣特性,將線路按照長度或桿塔分段;(2)構(gòu)建分段模型,并根據(jù)該模型定位故障發(fā)生位置。
2.3.2 特征變量計(jì)算
特征變量計(jì)算是判定故障的關(guān)鍵技術(shù),對電量信息采集設(shè)備的精確度要求很高。通過特征量計(jì)算,可以從大量細(xì)節(jié)的電量信息中提取出能夠反映故障信息的特征變量,用于故障診斷和判斷。常見特征變量有以下幾種:(1)查找電壓或電流突變的點(diǎn)。突變的幅度和時間可以反映出故障的嚴(yán)重程度和持續(xù)時間;(2)計(jì)算線路的等效電阻、等效電容和等效電感,來識別線路的狀況和故障類型;(3)計(jì)算不同時間電壓和電流的波形特征,如峰值、頻率、相位等,通過波形變化識別故障類型。
檢測結(jié)果反饋是將檢測到的故障信息通知給操作員并及時糾正問題的過程。這一過程通??梢酝ㄟ^監(jiān)控中心的顯示屏、報(bào)警器等方式實(shí)現(xiàn),對于嚴(yán)重的故障,還需要及時派出維修人員進(jìn)行維修處理。同時,還需要對檢測結(jié)果進(jìn)行記錄和分析,為今后的檢測和故障排查提供數(shù)據(jù)支持。
在電網(wǎng)行業(yè)中,線損故障的發(fā)生對電力系統(tǒng)運(yùn)行和穩(wěn)定具有重要影響。因此,對于線路故障及時預(yù)警,減少其對電網(wǎng)的影響,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對這一問題,本文提出了一種利用多源數(shù)據(jù)綜合預(yù)測線損故障影響區(qū)域的方法。該方法主要由以下三個步驟構(gòu)成。首先,需要構(gòu)建線損故障影響區(qū)域預(yù)測模型。這個模型的主要思想是利用多源數(shù)據(jù)進(jìn)行建模,包括電量信息、氣象信息、地理信息和設(shè)備指標(biāo)等。多元回歸模型用于預(yù)測線損故障影響區(qū)域。其次,該模型能夠識別潛在的線損故障,并給出影響區(qū)域的預(yù)測結(jié)果。在實(shí)踐中,模型通常被集成到電力運(yùn)維平臺中進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測。一旦檢測到線損故障,預(yù)測模型通過預(yù)測模型預(yù)測出故障影響區(qū)域,并實(shí)時發(fā)出警報(bào)。同時,通過模型的反饋機(jī)制,對模型進(jìn)行優(yōu)化,提高預(yù)測準(zhǔn)確率和實(shí)際應(yīng)用效果。根據(jù)線損故障影響區(qū)域的預(yù)測結(jié)果,能夠快速響應(yīng)外部特殊情況,為運(yùn)維人員提供及時有效的決策支持,減輕對特殊情況的響應(yīng)成本。
針對傳統(tǒng)的人工檢測方法效率低下的問題,可以利用電量信息采集設(shè)備,結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)構(gòu)建了一種基于歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時數(shù)據(jù)相結(jié)合的故障診斷模型,可以實(shí)現(xiàn)線路的實(shí)時監(jiān)測和故障診斷。該模型主要分為三個部分。(1)歷史數(shù)據(jù)的構(gòu)建,通過歷史數(shù)據(jù)的收集和處理,構(gòu)建了一個長期的數(shù)據(jù)集,包含設(shè)備的運(yùn)行情況和維修記錄等信息。(2)實(shí)時數(shù)據(jù)的采集和分析,可以通過電量信息采集設(shè)備獲取實(shí)時的數(shù)據(jù),包括線路電壓、電流、功率等。(3)基于歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時數(shù)據(jù)相結(jié)合,采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對線路開路、短路、接地故障等情況進(jìn)行分類和診斷。這樣的方式能夠有效診斷不同種類的故障,并且對異常數(shù)據(jù)有很好的抗干擾能力,具有較高的診斷準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,可應(yīng)用于電力企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)中。
隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的發(fā)展和電力智能化的推進(jìn),電量信息采集設(shè)備逐漸被應(yīng)用于電力監(jiān)測和管理中。但是,電量信息采集設(shè)備采集的數(shù)據(jù)規(guī)模龐大,涉及復(fù)雜的數(shù)據(jù)清洗、處理和分析等問題。因此,需要借助大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)一步升級和優(yōu)化。電量信息采集設(shè)備可以通過傳感器和調(diào)控器等裝置對電力線路進(jìn)行實(shí)時、高精度的數(shù)據(jù)采集。而大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行定期清洗、處理和存儲,確保數(shù)據(jù)質(zhì)量和安全性,同時還能提高數(shù)據(jù)傳輸和共享的效率。電量信息采集設(shè)備采集的數(shù)據(jù)中潛藏著許多有用的信息和模式規(guī)律,通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的數(shù)據(jù)分析和挖掘,可以有效發(fā)現(xiàn)其中的特征,并利用這些特征來判斷電力線路的運(yùn)行情況和故障危險(xiǎn)性,達(dá)到實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警的目的。
本文主要介紹了基于電量信息采集設(shè)備的線損故障自動檢測方法。通過電量信息采集設(shè)備和大數(shù)據(jù)技術(shù)的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對電力線路和配電設(shè)備的全方位檢測,有效避免了人工巡檢效率低下的問題,極大地提高了檢測效率和準(zhǔn)確性。此外,本文還提出了線損故障影響區(qū)域預(yù)測的技術(shù)方案,提高對故障的預(yù)警和快速響應(yīng)。雖然本文所提出的方法和模型已經(jīng)在電力企業(yè)中得到了應(yīng)用并取得了一定的成果,但也存在不少的問題。因此,在實(shí)際工作中,還需要深入地探索和優(yōu)化,幫助改善電力設(shè)備排障、提高生產(chǎn)效率,進(jìn)一步促進(jìn)電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。