基于电力物联网缩短欧变停电抢修时间的技术研发及应用
缩短配网故障抢修时间、提升供电可靠性已成为上海地区电力发展的一项重要任务。国网上海市电力公司市南供电公司的研究人员刘芳、王骅，在2020年第7期《电气技术》杂志上撰文，针对欧变自身特点进行分析，阐述了欧变低压开关跳闸后导致的停电抢修时间较长的现状。为积极响应国网公司电力物联网建设的要求，在感知层使用新型、可带电安装的传感器，从而提出缩短欧变低压开关跳闸的停电抢修时间的有效措施，提升了配网的可靠性。在市南供电公司辖区内推广，取得的经济效益验证了其可行性，为建设一流城市智能配电网提供了实践方案。随着社会经济的不断发展，电力企业各方面建设也有了新的标准和需求。如今，上海已跻身国际一线大都市行列，停电将造成重大负面影响，因此缩短配网故障抢修时间、提升供电可靠性成为上海电力发展的首要任务。欧变作为上海市南公司常用的居民小区供电电源，其稳定可靠的供电因直接关乎民生问题而显得尤为重要。截至2018年12月，在市南供电公司的辖区内，欧变在10kV配变中的占比已达到41%。欧变将高压开关柜、变压器、低压开关柜分装在高压室、变压器室、低压室，三室彼此间隔，再以电缆或母排联接，其平面布置如图1所示。从图中可以看出，欧变结构较紧凑，每个箱均构成一个独立系统，应用时组合方式灵活多变。传统的10kV欧变虽结构简单，但与其他配套设备的配合性差，自动化水平较低，难以满足世界一流配电网对快速抢修的要求。欧变低压开关跳闸后，进入停电抢修阶段有6步流程，如图2所示。为分析出导致欧变抢修时间过长的主要原因，翻阅查找抢修过程中的调度电话录音、抢修报告等记录内容，对图2中所列出的各个流程所用平均时间进行了统计和整理，分别如表1、图3所示。从表1和图3可以直观看出，30次抢修的平均用时，即停电时间为537.7min。其中，判断开关跳闸原因所用时间占比最大，找到可以降低判断开关跳闸原因用时的方法，将会对缩短欧变抢修时间提供有力支持。然而，由于欧变配电自动化水平低，抢修现场无法查到准确清晰的告警信号，也无法获取跳闸前的电气量，这对“低压开关跳闸原因”的判断无疑是一个严重的阻碍。如果有一项可行的技术方案，能够为抢修人员提供准确的自动化信息，可为整个停电抢修过程提供很大帮助。通过对市南供电公司辖区范围内的抢修数据进行统计，可将导致欧变低压开关跳闸故障的原因分为3类，即短路故障、过负荷和开关误动作。通过对短路电流特征的分析，结合市南10kV配网的运行特点以及开关跳闸前后的电气量变化情况，可得出发生短路故障的判据，即当检测到电流突变，突变值大于6倍的额定电流，且突变电流持续一段时间后，各相电流大幅下降，残余电流不超过5A零漂值时，可以判断为短路。结合市南10kV配网的运行特点，以及开关跳闸前后的电气量变化情况，得出发生过负荷导致开关跳闸的判据为，当检测到电流突变，突变值大于1.2倍额定电流值、小于6倍的额定电流，且突变电流持续一段时间后，各相电流大幅度下降，残余电流不超过5A的零漂值时，可判断为过负荷。在实际运行中，低压开关由于各种原因发生误动作导致跳闸的情况时有发生。结合市南供电公司10kV配网的运行特点，以及开关跳闸前后的电气量变化情况，得出开关误动作导致跳闸的判据为，检测到的电流大于5A且持续稳定运行超过T1，突然发生电流急速降为0，并且持续时间超过2s，则认为是由于开关误动作而引起的开关跳闸。查阅欧变电气图和相关测量规定后，从实际需求出发，设计出智能告警仪的工作流程图，如图8所示。由此，根据抢修工作的实际需求，设计出智能告警信号仪的人机界面功能模块，如图9所示。当开关跳闸后，如果某仓开关遇到短路电流，则会进行红色背景醒目提示。人机界面显示屏的顶部可以显示跳闸的开关，屏幕上依次显示A、B、C三相电流。运行人员和抢修人员可以使用“∧”、“∨”，上下翻页查看其他几仓开关是否存在故障及运行情况。当开关遇到过负荷电流时，则为黄色背景显示。如果是开关误动作导致的跳闸情况，则用绿色背景进行提示。此功能可以准确、直观地提供跳闸类型的告警及跳闸开关的电气量数据，为低压开关跳闸抢修提供信号指示。对告警信号仪进行测试，如图10所示。分别对短路故障、过负荷运行及开关误动作进行模拟实验。数据结果分别如表2、图11所示。在实验室中，每种跳闸类型均模拟了4组开关运行的情况。通过测试，多功能告警仪皆能准确显示出各开关、各相电流数据。告警仪可准确推送出发生短路故障的开关，如图11（a）所示，即为第3组的低压3号开关发生了短路故障，红色背景即为短路故障的提示。在过负荷运行的4组模拟实验中，告警仪清晰准确地推送出了第2组实验结果，低压4号开关，黄色背景即为过负荷的提示，如图11（b）所示。在开关误动作的4组模拟实验中，告警仪清晰、准确地推送出了第3组实验结果，低压3号开关，绿色背景即为开关误动作的提示，如图11（c）所示。通过以上数据和实验结果可以看出，测试结果能真实、准确地反映出电流值及故障类型，即红色为短路故障、黄色为过负荷、绿色为开关误动作，并可以推送出开关编号以及各相电流。市南供电公司响应国网公司精益化管理的要求，积极推进带电作业技术的研发工作，在此次研发过程中提出带电安装设备的解决方案。通过系统测试及实验后，在市南供电公司辖区范围内选用了30个欧变进行不停电改造。对配电运检专业的检修及运维人员进行相应的技术培训，对查看告警信号的用时进行50人/次的测试，数据统计分析见表3，并制成了过程能力分析图如图12所示。可见，查看告警信号用时平均时长为5.18min，在上限时间9min以内，Cpk=1.10＞1，过程能力正常。将欧变技术升级前后的效果进行比较，如图13（a）（b）所示。改造前由于欧变缺乏自动化设施，因此告警信号不清晰、跳闸类型不清晰，遇到抢修时，工作人员仅通过自身积累的抢修经验和设备损坏程度进行模糊判断，设备定位不明确将导致不同专业（电缆、开关、用户）的抢修人员工作安排混乱，造成人力物力的重复浪费。经过此次技术升级改造后：①欧变低压开关跳闸的告警信号清晰可见，跳闸仓位电流数据皆可在主显示屏中翻阅、查看；②跳闸类型清晰可见，可按照不同颜色对跳闸类型提示，使抢修人员能够快速定位故障设备，进而帮助调度人员合理安排相应设备负责人前往现场抢修，有效缩短了时间。为积极响应国网公司建设“三型两网”的要求，此次欧变技术升级改造使用了新型电流互感器，不仅可实现不停电安装，而且可为感知层建设助力。通过搭建供电服务指挥平台，如图14所示，可实时在线收到欧变故障信息，如图15所示。打破以往的被动抢修局面，欧变低压开关跳闸后，调度从95598平台收到电力用户停电投诉后再进行抢修任务的派发。经过此次技术升级改造后，变以往的“被动抢修”为“主动消缺”，不仅可以提高供电可靠性，而且可提升公司服务质量。对市南公司2018年1—12月内欧变低压开关跳闸停电抢修时间进行统计和分析，见表4。从表4中可以看出，在升级过程中，抢修时间逐步减少。升级后每个月的平均抢修时间相比升级前已大大缩短，每个月的平均停电时间都缩短至220min内，10月的平均停电时间最短，已缩短至183min。考虑了设备本身的运维及成本费用，此次欧变技术升级为公司节约了大量经济成本，如图16所示，2018年9—12月经济效益为59354元。1）提高了公司的社会效益。有效缩短了欧变低压开关跳闸停电抢修时间，提高了公司供电的可靠性，减少了停电时间较长导致的电力用户投诉。2）降低了抢修人员的工作负荷。有效缩短了欧变低压开关跳闸停电抢修时间，减少了抢修人员出勤次数和工作时间，节约了人物力资源，使抢修人员可以用更饱满的精神面貌投入到第二天的日常工作中。本文详细分析了市南公司辖区内欧变低压开关跳闸后，导致停电抢修时间过长的原因，通过实际运行数据找出问题的关键，即判断开关跳闸原因用时过长；制定了缩短停电时间的可行性方案，在欧变上加装小型配电自动化设备，可将准确、清晰的告警指示信号、跳闸前电气量推送至智能告警仪的人机界面上和电力物联网供电服务指挥平台，为抢修人员提供数据支持。此次技术升级旨在解决欧变的配电自动化水平低与建设世界一流配电网高水平要求之间的矛盾，在实际的生产中得到了检验，3个月内在30个技术升级的欧变上就收获了可观的经济效益和无形效益。如果在市南供电公司及其他地区进行推广，将获得更大的效益。
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