10kV配电设备冗余设计方案探讨及运行维护
时间：2023-01-16 18:40:07 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
柳州市机关事务管理局 杨 旗
在我国城市化进程不断加快的时代背景下，电力需求日益提升，配电设备的可靠性需求也在不断提升，配电设备的精简化要求也在不断改进。面对当前的配电设备常常出现故障的问题，需要从冗余设计的角度出发，以备份的方式提供多回路供电，并升级供电线路的配备质量，保证负载装置的供电不间断。
配电室是指10kV 及以下电压等级设备的设施，分为高压配电室和低压配电室。高压配电室一般指6kV～10kV 高压开关室；
低压配电室一般指10kV或35kV 站用变出线的400V 配电室。配电室中的设备纷繁复杂，配电设备的故障率居高不下，也是因为运维技术的落后，导致供电部门存在诸多难题。主要表现为设备线路的单一、缺乏对线路的冗余设计规划。因此，设计公司需要重新设计配电设备的冗余方案，解决以抢代修的单一维护方式。针对以上问题，本文将主要围绕着10kV 配电设备冗余设计方案探讨及运行维护进行进一步的讨论与分析。
1.1 线路故障
由于10kV 配电设备要重新规划到冗余设计的线路路线，在穿管线中容易出现分线的盒子、分线管接触不良等问题，从而导致10kV 配电设备出现连接故障。由于10kV 配电设备系统的线路走向纷繁复杂，采用埋地及天桥桥架布置，且多同时采用卷筒、托令、拖链系统。与此同时，10kV 配电设备现场环境恶劣，也容易导致10kV 配电设备频繁发生故障。因此，在人工对10kV 配电设备线路故障的调试过程中，需要根据数据情况进行调整，减少盒子中的接头，保证穿线时一次到位，避免出现因为对数据的不了解而导致的替换线路串联的问题，并且还需要对接头较多而导致线路弄混的情况多加注意。在这样的技术问题影响下，就需要设计上重新调整规划设计线路，将输出的模版驱动线路进行重新的调试。
1.2 系统故障
目前，设备故障检测更多关注设备从稳定期到永久故障期之间过渡期的状态参量的变化，而设备故障过渡期又可分为设备老化期和早期故障期。设备早期故障期，即潜在早期故障的显露到转变为永久性故障的时间段。早期故障定义为设备在运行状态，由于绝缘或接触原因导致的电弧过程，电弧在不改变运行条件的情况下又可自行熄灭，通常不会触发保护动作，随后电网恢复正常状态。在此期间的电弧过程可对设备的性能造成不可逆的损伤，并能快速演变成永久性故障。
与此同时，人力成本是当前配电室相关支出的重要组成部分。线路改造中的运维管理将向自动化辅助的方式转变。因此，随着这些配电室预算越来越多地转向自动化方向，传统预置型的运维方式可能逐渐减少，而可以实现自动化软件服务化模式的运维管理方式和解决方案将被越来越多地使用。线路应用软件平台和产品是否可以支持配电室的高效能运转，也是厂商需要考虑的重点[1]。线路改造预计在未来两年内，预算将从内部资源转向转向自动化。在这种趋势下，配电室的内部组织将变得更加小型化，并更加重视在应用软件到软件基础上监控和优化业务应用程序和服务的能力。
2.1 冗余设计技术原理
10kV 配电设备在运行的过程中，需要预先完成电线作业，需要冗余设计按照10kV 配电设备的冗余设计需要分散原来的线路。冗余设计可以通过多线路重新分散线路的流通设备方向，以自动化操作模拟原有的人工操作方式，通过多线路的方式完成电源输送，并利用高精密的雷达准确找到需要电线的方位，再利用自动化的定位和多轴线调整的方式，以雷达系统完成三维建模，通过多传感器将应用场景的识别画面传输到终端。10kV 配电设备自动化系统就是利用这一工作原理完成工作的。随着数字化、自动化和网络化的持续推进，冗余设计应用场景的多样化也得到了发展。
2.2 线路系统运行
数字化转型时代已经来临，各个工厂在加快推动配电室这一应用场景方面包括组织创新、技术创新、融合创新、跨界创新，深入推进数字化转型工作，促进质量变革、效率变革、动力变革。智能化的加入也让10kV 配电设备在各个不同场景中的应用进一步加深，解决了场景化中人工电线的安全问题和便利问题。在大数据的应用下，自动化工具可以进一步提升图片识别的效率和精准度，从而提升对10kV 配电设备的改造效果。
可编程序控制器通常也简称可编程控制器和线路，可编程序控制器由于其强大而完善的功能、高可靠性、优越的性价比使其在国民经济的各个领域都得到了广泛应用，主要包括数据处理、通信、过程控制、操作手臂的控制等[2]。线路的突出特点是编程简单，改变程序容易。在生产应用中需要改变系统的控制功能时，往往不必改变硬件设备，只需改变一下应用程序就可达到目的。比如发电室内设备中卸煤用的10kV 配电设备系统见图1所示，整个设备的工业流程都是通过对线路的编程来实现的，线路是整个控制系统的核心。
3.1 加快推进冗余设计改造环节进程
由于10kV 配电设备运行场景的多样性和使用率较高，设备在常年累月的运行后总会出现一些问题。有些问题是主观原因引起的，有些则是由客观环境决定的。自动化就可以通过自动化的调配手段对线路程序的重新编写、解决这些问题。由于配电设备早期供电的线路单一，进而导致较大电流的供路较少，承载的负荷较大。美国Tollgrade 公司从2014年开始，陆续在美国底特律等地安装了大量的线路监测装置，采集线路的电场和电流信号，根据其监测的近3000个事件记录分析，84%的触发事件为线路扰动、12%的事件为瞬时故障、仅4%的事件为永久性故障。上述84%的扰动事件信号中就包含了大量的配电设备早期故障信号。
国家电网公司推出的暂态型故障录波指示器现场应用后，也发现现场存在大量的瞬时性、间歇性的故障，其发生频率远远超过永久性接地故障。为此增加了对射解除开关、雷达、摄像头，并将对应的程序进行了修改，从而实现了在天气恶劣的情况下将对射开关解除运行、同时辅助以雷达扫描和视觉识别更加自动化的技术，使得10kV 配电设备系统各模块的运行状态得到更准确的反馈，以多重识别方式保障生产的正常运行[3]。
随着大数据技术在行业内的广泛应用，能力是支撑场景实现的底座，犹如一棵参天大树，枝繁叶茂的场景一定需要同样发达扎实的根基。“以自动化能力构建为支撑”说明底座能力的重要性，底座能力的构建既是场景实现过程中的经验沉淀，也可通过合理规划为未来更多场景实现做好支撑储备。
冗余设计对线路的改造主要集中于增加联锁运行的多重保障，并通过电脑视觉识别技术与雷达建模控制电线自动化的动作。部分故障可能是由基础设施组件故障引起的应用问题，特别是在服务器数量较多、设备运行较为复杂产生时，如何快速定位问题是个挑战。机器定位分析算法可以在异常发现后，通过运维图谱数据获取应用依赖的基础设施、应用间依赖等关系，利用指标聚类、时序检测等算法排查存在异常波动的机器指标，提升故障排查的效率。
总体来说，平台会实时检测系统指标数据、日志数据实现对系统运行状态的建模，结合多维明细定位和机器指标定位实现模块间作用影响分析，构建对实际生产系统的数字化表达，实现相关故障检测以及定位分析。采用重新设计的方法论将复杂冗余设计系统抽象为线路模型，并实现线路的合理分配，通过实时在线数据驱动建模，监控和低延时系统的运行状态，基于模糊测度和马尔科夫链理论评估系统健康度、发现系统隐性故障[4]。
3.2 应用程序自动化改造
在对配电设备进行运行维护的过程中，需要加入人工智能技术的应用对设备盒子进行合理的调试，具体而言，在保证技术便利的同时也需要了解技术带来的风险与挑战。随着数字化转型的推进，自动化应用愈发广泛，随时随地按需接入使得边界更加模糊，防护难度更大，特别是自动化系统一旦失控将会造成巨大的危害，因此需在处理技术安全的过程中不断地加强安全防御，争取早识别、早预警、早处置，同时充分考虑在自动化电线动作手段失效或电路失控情况下的补偿策略和应对方法。
一个完整的运维场景建设分析过程，应该基于数据管理、分析决策、自动控制能力域充分评估，以确定待建设的能力项和待提升的能力要素。就是说，在构建配电设备的智能运维场景前，先要全面梳理从场景到能力域、能力项、能力要素之间的关系，统筹考虑、全局谋划，制订合理且可行的智能运维场景建设方案。在这个过程中场景是抓手，没有场景的建设方案是不可行的；
能力是底座，构建能力项要特别关注其组合性和可复用性。只有同时兼顾“自上而下的场景驱动”和“自下而上的能力支撑”，才能真正把自动化电路场景建设好[5]。
3.3 自动化的应用提升配电装置线路质量
在人工智能和互联网技术融入产业的现状下，自动化是较早就用来减轻电网运维工作负担的一种重要手段。因此，应站在信息系统建设的全生命周期视角来看，很多系统在操作和维护过程中暴露出来的问题，其根治方案不在维护自动化运行的本身，而在自动化冗余系统的需求规划、架构设计、研发测试等前道环节。如果没有一种可持续、工程化的解决方案，维护工作就会很被动，维护压力也会不断增加。
在研制标准过程中，技术人员需要在实际的配电设备装置中总结出一套适用于场景建设的方法论。尤其需要关注在前期的场景分析阶段，特别是冗余设计的场景建设、改变线路的调试功能和过程。因为对于配电场景实现并非一朝一夕之事，技术人员需要提前设立场景建设可评估、可量化的指标，在场景建设过程中不断进行比照、不断迭代是尤为重要的。
重大的变革需要一些早期的成功来证明其价值和方法的可行性，数字化转型也是如此。首先是机器设备的更新与升级，其次是数字技术的使用和破局，最后是基于这些技术和平台的业务创新。
对配电设备的早期故障进行监测和辨识有助于将处理故障的方式由“事后抢修巡检”转变为“事前预警主动处理”，从而在永久性故障发生前消灭隐患，大幅降低因设备故障导致停电的发生概率。其研究重点在于早期故障的机理、故障检测与定位方法，以及故障类型辨识3个方面，实现在少量故障样本数据的情况下对配网设备的早期故障辨识与精确定位，并对故障严重程度进行评估，有望为提高供电可靠性、减少运维工作量、提高故障检测效率提供一种新思路，通过自动化应用到配电室的各个场景中。
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