隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)智能化成為大勢所趨，在電力監(jiān)測領(lǐng)域或引發(fā)一場巨大變革。而以智能化配電網(wǎng)線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)深耕近十年的映翰通無疑在該領(lǐng)域具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。
要問現(xiàn)代社會人們最怕什么?恐怕非“停電”莫屬!沒有電，工廠里轟鳴的機(jī)器一個(gè)個(gè)都成了動彈不得的“啞巴”;辦公室里高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電腦一臺臺都成了愚笨至極的“傻瓜”;人們閑暇時(shí)更是沒法吹著空調(diào)追著劇，手里剝著小龍蝦……
2012年4月，深圳市主城區(qū)以及羅湖、福田、龍崗等地就曾罕見地遭遇了兩個(gè)小時(shí)左右的停電。這是深圳至少十年來最大范圍的停電，事故相當(dāng)嚴(yán)重。受此次斷電影響，深圳城區(qū)道路紅綠燈癱瘓，交通混亂;廣深和諧號暫停運(yùn)行近一個(gè)小時(shí)，D7009次等19輛列車出現(xiàn)3-70分鐘晚點(diǎn)，火車站內(nèi)旅客躁動不安;一些市民被困電梯，很多小區(qū)陷入黑暗。
據(jù)專業(yè)人士透露，深圳市此次停電事件社會影響大，可見電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要性。電網(wǎng)包括輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)，因?yàn)闅v史原因，中國配電網(wǎng)建設(shè)相對薄弱，隨著用電負(fù)荷不斷加大，故障幾率也不斷增加，人們?nèi)粘Ｔ庥龅耐ｋ姶蟛糠侄际怯捎谂潆娋W(wǎng)故障所引起。
配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分支眾多，一旦發(fā)生故障，特別是小電流接地故障，通常只能先通過變電站試?yán)l確定故障出線，再通過對故障線路分段試?yán)_定故障區(qū)段，最后通過人工巡線查找線路故障發(fā)生的具體位置。這一過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，如果遇到線路穿山越嶺、交通不便，單純依靠人工巡線不僅強(qiáng)度大、成本高、效率低，而且難以應(yīng)對各種突發(fā)事故。
因此，如何降低故障率、縮短停電時(shí)間、增強(qiáng)電網(wǎng)可靠性成為配電網(wǎng)現(xiàn)階段重要的發(fā)展方向。隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)智能化成為大勢所趨，在電力監(jiān)測領(lǐng)域或引發(fā)一場巨大變革。而以智能化配電網(wǎng)線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)深耕近十年的映翰通無疑在該領(lǐng)域具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)或成電力監(jiān)測領(lǐng)域核心解決方案
與其他工業(yè)項(xiàng)目相比，電力系統(tǒng)更加復(fù)雜且龐大。
以配電網(wǎng)為例，配電網(wǎng)是指從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能，通過配電設(shè)施就地分配或按電壓逐級分配給居民小區(qū)、工廠、醫(yī)院、商業(yè)樓等地的電力網(wǎng)。配電網(wǎng)的電壓等級多，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜。其中，一般將電壓等級10-35kV(我國主要為10kV)的配電網(wǎng)稱為中壓配電網(wǎng)。中壓配電網(wǎng)的規(guī)模龐大、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，接地故障、復(fù)雜故障多發(fā)，是制約供電可靠性提升的重要因素之一。
國內(nèi)中壓配電網(wǎng)普遍采用中性點(diǎn)小電流接地方式(稱為小電流接地系統(tǒng))，該方式允許在接地故障發(fā)生后帶故障運(yùn)行，無需立即停電，因此供電可靠性較好。但是，小電流接地系統(tǒng)也存在復(fù)雜故障多發(fā)、故障定位困難等問題。特別是中壓架空線路，故障發(fā)生頻率較高，各種復(fù)雜故障占總故障比例可高達(dá)80%以上，其中單相接地故障占比很高。
在中學(xué)物理中我們學(xué)過，三相電發(fā)生單相接地故障時(shí)，線路中會產(chǎn)生零序電流。因此，測量零序電流也就成為排查線路故障的重要方法。但是，小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，零序電流的故障信號具有頻率高、幅值微弱、持續(xù)時(shí)間短等特點(diǎn)，導(dǎo)致難以精確檢測和測量，特別是架空線路中更是難以實(shí)施零序電流的測量，這些技術(shù)困難導(dǎo)致小電流接地系統(tǒng)單相接地故障檢測和定位問題長期得不到解決，被公認(rèn)為行業(yè)難題。
正是由于這些問題的存在，隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，我們亟須找到一種能夠準(zhǔn)確進(jìn)行故障診斷、事故后數(shù)據(jù)分析、保護(hù)動作行為評價(jià)等功能完善的電網(wǎng)故障信息綜合分析系統(tǒng)，這也就催生了故障錄波的產(chǎn)生。
理論分析表明，當(dāng)接地故障發(fā)生時(shí)，故障線路的故障點(diǎn)前后暫態(tài)錄波信號的幅值、極性、形狀均存在顯著差異。因此，我們可以通過相電壓變化等方式觸發(fā)故障錄波，并通過分析故障發(fā)生時(shí)刻故障點(diǎn)前后波形的差異，來確定故障線路及位置。
我們可以發(fā)現(xiàn)，在故障錄波系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過程中，一定少不了傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的支持。而隨著這些技術(shù)的不斷發(fā)展，這一系統(tǒng)也有望變得更智能、更高效。
事實(shí)確是如此，作為國內(nèi)較早自主研發(fā)制造物聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)備產(chǎn)品企業(yè)之一，映翰通于2011年率先開始研究將暫態(tài)錄波技術(shù)應(yīng)用于配網(wǎng)監(jiān)測領(lǐng)域，如今已形成一套完善的智能化配電網(wǎng)線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
映翰通智能配電網(wǎng)線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)解析
2012年，映翰通推出第一代基于暫態(tài)錄波技術(shù)的智能配電網(wǎng)線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括安裝在線路上的采集單元、安裝在桿塔或線路上的匯集單元，以及部署于云端或集成在配電自動化主站中的大數(shù)據(jù)智能分析平臺等三部分。整個(gè)系統(tǒng)能夠提供故障檢測與定位、線路工況識別、故障類型分析、供電質(zhì)量監(jiān)測、故障預(yù)測及分析、電網(wǎng)運(yùn)維數(shù)據(jù)支撐等眾多功能。
以故障檢測與定位過程為例，其整個(gè)系統(tǒng)的工作原理如下：
“端”側(cè)實(shí)現(xiàn)故障檢測。通過將故障指示器安裝至配電線路的各個(gè)角落，從而能夠?qū)崟r(shí)采集線路電流、對地電場等信息，并能通過內(nèi)置的工況分類算法實(shí)現(xiàn)對線路擾動、異常、故障的識別，然后根據(jù)工況類別來差異化處理。
“云”側(cè)實(shí)現(xiàn)故障定位。通過將AI技術(shù)主要應(yīng)用于平臺端的智能大數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)線路故障區(qū)段精準(zhǔn)定位、線路工況識別、線路故障分類以及未來將要實(shí)現(xiàn)的故障預(yù)測等。最終，平臺還會把故障定位結(jié)果以短信和手機(jī)APP消息推送的方式發(fā)送給線路運(yùn)檢人員，幫助他們快速查找到故障點(diǎn)。
與傳統(tǒng)人工模式相比，智能配電網(wǎng)線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)通過在配電網(wǎng)線路布滿傳感結(jié)點(diǎn)，能夠快速有效獲取電流、場強(qiáng)、溫度等信息并及時(shí)上傳系統(tǒng)，之后再利用AI及大數(shù)據(jù)綜合分析技術(shù)，實(shí)時(shí)掌握線路狀態(tài)，不僅能夠大幅縮短巡線時(shí)間、降低巡線勞動強(qiáng)度，還有效解決了結(jié)構(gòu)性缺員矛盾、變粗放型模式為精益性管理模式，更可對可能出現(xiàn)的停電事故進(jìn)行預(yù)警，有效預(yù)測線路缺陷和隱患，更好保障電網(wǎng)“健康高效”運(yùn)行。
作為領(lǐng)先的智能配電網(wǎng)線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可謂亮點(diǎn)多多。首先，該系統(tǒng)高精度時(shí)間同步傳感器性能優(yōu)異，能夠?qū)崟r(shí)可靠的獲得高精度、高質(zhì)量的線路狀態(tài)信息;其次，基于多年來積累的海量數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)訓(xùn)練的小電流接地故障識別模型準(zhǔn)確率高。
映翰通最初的目的是想結(jié)合傳感器、無線通信等技術(shù)，嘗試用物聯(lián)網(wǎng)的思維解決小電流接地系統(tǒng)故障難題。經(jīng)過多年的不斷發(fā)展，如今的智能配電網(wǎng)線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展至第三代，不但解決了配電網(wǎng)故障定位問題，還實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)的主動運(yùn)維以及規(guī)?；瘧?yīng)用。
毫無疑問，該系統(tǒng)正成為電力系統(tǒng)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化的重要案例，其實(shí)用價(jià)值也獲得電網(wǎng)公司的認(rèn)可，并于2016年形成了該產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)范沿用至今。截至目前，在全國已有數(shù)萬套該系統(tǒng)裝置正在運(yùn)行。
眾所周知，電力物聯(lián)網(wǎng)也是近年來電力領(lǐng)域應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵舉措，二者之間也在不約而同形成協(xié)同效應(yīng)。
未來，當(dāng)各種高性能傳感器應(yīng)用于電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)，運(yùn)行人員將能夠?qū)崟r(shí)掌握電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，與AI技術(shù)深度融合，電網(wǎng)將變得更高效、更智慧。當(dāng)然，映翰通也并非止步于此，其在電力領(lǐng)域還有更多嘗試與助力。
如今，在電力行業(yè)中，映翰通已經(jīng)在發(fā)電、輸變電、配電和用電的全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，滿足智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，除智能配電網(wǎng)線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)外，映翰通工業(yè)無線路由器、工業(yè)交換機(jī)、工業(yè)無線數(shù)據(jù)終端，邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)等通信產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電、風(fēng)電、輸電線監(jiān)測、配網(wǎng)自動化、智能表計(jì)、新能源充電樁等行業(yè)。如嵌入了電網(wǎng)專用加密芯片的工業(yè)無線數(shù)據(jù)終端就廣泛應(yīng)用于配電自動化終端中，為電力主站與現(xiàn)場設(shè)備之間的雙向數(shù)據(jù)交互和控制提供了安全可靠的無線通道。
結(jié)語
當(dāng)然，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在未來還將越來越深層次地為傳統(tǒng)電網(wǎng)賦能，逐漸應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，不斷提升電網(wǎng)的感知能力、互動水平和運(yùn)行效率。
早在2016年，國家發(fā)展改革委、國家能源局、工業(yè)和信息化部就曾聯(lián)合印發(fā)《推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》和《中國制造2025-能源裝備實(shí)施方案》，指出在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，以智能電網(wǎng)為基礎(chǔ)，與熱力管網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)、交通網(wǎng)絡(luò)等多種類型網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通協(xié)同控制;將智能制造和智能運(yùn)維貫穿至煤、電、油、氣、核電、新能源、燃料電池、儲能裝備、電網(wǎng)等15個(gè)領(lǐng)域。而美國電科院更早于2012年就啟動了智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)研究項(xiàng)目，研究在輸配電上的大數(shù)據(jù)應(yīng)用。
可以預(yù)見，在未來的相當(dāng)長一段時(shí)間，智能化改造將成為一項(xiàng)非常重要的基礎(chǔ)建設(shè)，而處于風(fēng)口之上的物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也將為電力行業(yè)帶來不可估量的價(jià)值。
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