配电网 监测背景现状研究展望.docx
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配电网监测背景现状研究展望
配电网监测
（1）配电网智能巡检
配电网巡检工作就是为了能及时监测和掌握电力线路和电气设备的运行情况，
发现设备缺陷和设备隐患，提出具体的检修方案，以便及时消除缺陷，预防事故发
生，或者尽可能将故障范围缩小，确保可靠供电和电力系统稳定，达到线路系统“安
全、经济、多供、少损”的运行目标。
以往的配电网系统巡视采用人工的方式，如
手工纸质记录法、打卡记录法等，效率低下、作业繁重【卜4】。
配电网巡检能否采取高
科技的手段，进行智能化改造，更好的完成线路巡检任务，同时提高工作效率，节
约劳动成本、减轻劳动强度，提高配电线路及电气设备的管理水平，以及在减员的
情况下也能很好的保障线路和设备运行的可靠性与安全性，建立一个智能化的配网
设备巡视系统就成为了一个必须解决的重要课题。
随着电力系统信息化技术的不断
发展，计算机和网络应用水平的不断提高，开展智能巡检工作逐渐变得更具有可操
作性。
10千伏配电网智能巡检系统建设状况正是一项体现“智能电网”建设水平的
重要指标。
上世纪，美国、日本、德国等发达国家在电气自动化领域积累了较多的经验和
科技成果，占据着较为领先的主导优势。
国外的电力设备巡检研究和实践，主要巡检目标集中在变电站巡检，采用的巡检方式为较先进的视频监控巡检、智能机器人巡检等方式，采用的采集方式为高清图像识别、机器人自动记录等方式，采取的存储方式为将巡检结果存入大型网络数据库的方式。
当时，由于受到卫星定位技术、移动PC技术、无线网络技术、视频通讯技术等高科技技术瓶颈的局限，国外鲜有对配电网线路和电气设备采取智能化巡检的例子。
可以说，当时在此方面的研究还处在止步不前的局面。
近年来，随着PocketPC技术和GPs技术的快速发展，高速智能移动终端设备
被广泛的引用到了电力建设、电网运行、配电网维护等各个领域，国外智能巡检系统项目的开发多是基于PDA，I心ID定位技术，工作人员在电力线路和电气设备巡视检查过程中使用这些技术，从而可以在较为复杂或是数量庞大的工作环境下进行准确的数据采集，然后将获取的设备状况信息通过无线通讯（GPRS、wIFI、3G等）技术手段传给相应的运行管理部门，再将所采集的数据同步至数据服务器进行存储、处理，最后再由服务器端的地理信息模块和管理信息模块进行数字化分析，找出一定的客观规律，从而进一步改进巡检工作方式方法。
此类系统的开发与应用，一方面可以使巡检人员迅速掌握系统的操作，另一方面微软等软件商对PocketPC提供了强大、方便的开发工具‘5‘7】，极大地提高了巡视检查人员的工作效率和准确性，建立了完善的设备管理和缺陷处理流程，从而大大提高配电线路和设备运行的可靠性、降低了维护成本。
采用移动手持终端设备进行数据采集的人工巡检方式是今后一个时期配电网智能巡检工作研究和实践的一个趋势，也是国内电力企业开展智能线路巡检工作最值得借鉴之处，这种具有高度的灵敏度、适应性和开放式的巡检模式，可以保证高质高效的巡检结果。
1．2．2国内研究状况及发展趋势
在国内，目前普遍采用两种主要巡线方式：
一种是人工巡检方式；另一种是采用读取信息钮的方式。
一般来说，在国内大部分供电局通常采用的方式还是前者，由每周由生技部门组织召开每周工作会议，布置全分局范围内的一周总体巡检工作计划，会后各运行、检修班组通过每日早上的班前碰头会，将巡检任务再落实到各班的工作人员开展日常巡检工作，一线班组人员日常巡检的主要流程有领取任务、携带记录本、现场巡检、纸质记录、现场电话报修（紧急故障）、巡检结束报告（安全隐患）等。
人工巡检方式存在着从事巡检工作的班组人员知识储备不一、经验能力不齐、责任心不同、参考标准不一、工作量不同等问题；同时，纸质巡检报告数量较大，一定程度存在着人工分类整理耗时较长，数据真实性有待考察，为消缺提供依据不够充分等缺点。
近年来，一方面国内DMS、GIS技术水平不断发展与成熟，另一方面移动终端
设备（PDA）、GPS设备的不断引进，移动终端设备深入到生活的各方面，为我们
的生活带来无穷便利【8'9】，同时也使得移动手持设备向行业应用开拓的步伐不断加快，信息采集、信息处理和数据通信一体化现场办公成为流行【lo’n】。
于是我们看到了开发与应用配电网智能巡检系统的“曙光”【12】。
浙江是全国最早开展配网自动化建设的省份之一，到目前为止已经有lO多年的建设经验。
目前在国内其它地区也有配电网智能巡检系统建设的经验，大家更多的还是关
注配网自动化系统本身，对管理方面作用要求较低。
浙江省配网建设工作通过多年的实践，已经由原来的以自动化为主逐渐升级成了提升管理为主、实用化为主的建设模式。
配电网智能巡检系统开发和应用过程，也完成了杭州市电力局配电网自动化管理的升级，目前杭州该系统已经成为日常配电网巡检工作的管理平台，已经基本达到了实用化，发挥了较大的社会效益和经济效益。
6．2下阶段研究方向
10千伏配电网智能巡检系统虽然在开发和应用上取得了一定的成果，但研究和
实践的还将继续。
下阶段，主要在以下三方面进行进一步深入的研究：
6．2．1开发和应用巡检车辆GPS定位模块
巡检车辆GPS实时定位和轨迹查询是一项实用的功能，目前该模块尚未进行开
发，需加大投入、加快研发此模块。
通过该模块的应用，将进一步促进整个巡检系
统的运行更为合理化和智能化。
巡检计划制定人员可以更为科学的安排每日的巡检
计划，计算出最短的巡检路线，节约巡检人力和时间。
同时，在巡检过程中，运管
中心的调度人员还可以根据车辆运行轨迹，下达突发任务的查勘工作，安排事故点
最近的巡检车辆在最短的实践里赶赴现场，进行踏勘调处。
6．2．2开发和应用配电网远程视频监控模块
随着当前视频技术和无线网络技术的高速发展，以及视频采集设备的成本大大
降低，配电网远程视频监控功能的实现变成了可能。
远程视频监控是一项新技术，
应尽量的加快该模块的开发和应用。
通过该模块的应用，部分10千伏配电网线路
和设备就可以实现远程巡检，可以大大降低巡检工作的压力，大大减少巡检人工开
支成本。
同时，该功能还有助于打击盗窃电力设施犯罪，对盗窃电力设施作案人员
予以震慑作用，并且可以保存犯罪记录。
6．2．3加强与新的配电网自动化管理系统数据源融合
目前，市局层面还在开发和应用负控系统、TTu系统等实时数据采集系统，数
据的来源不仅限于FTU、DTU。
因此，在配电网智能巡检系统今后的开发和应用上，
还应考虑到多数据源的融合，为新的系统融入只能巡检系统，提供通用的接口，从
而确保配电网智能巡检系统在新的领域，发挥更大的作用。
（2）农村配电网监测
1．1课题背景及研究的目的和意义
农村配电网作为电网的重要组成部分，目前已覆盖了全国95％以上的人
口，在电网企业中占有相当的比例和十分重要的位置，是企业经济效益、社会
效益、政治效益的集中体现。
因此，加快推进坚强智能化的农村配电网建设是
电网发展和公司自身发展的需要，也是社会和政治的需要。
但是，由于受投资体制、管理体制，农村配电网的发展缓慢，技术装备落
后，供电能力不强，在一定程度上制约着县域经济发展。
主要表现在：
一是总体投入不足，供电能力不强。
由于历史欠账多，发展速度、发展质
量与城网和主网相比还有较大差距，网架薄弱，电源点少，电网互带能力差，
装备技术水平较低；农村配电网点多面广，设备陈旧老化，健康水平低，抵御
自然灾害能力较差，设备故障率高；供电半径大，设备“卡脖子”问题普遍存
在，供电质量差、线路损耗高，可靠性和电压合格率低；农村用电需求侧管理
不到位，人均用电量不足城市人均1／3，随着“新农村”建设、扩大内需和家
电下乡等一系列惠民政策的实施，供需矛盾逾显突出。
但随着第二轮的大规模
农村配电网升级改造工程的实施，这一矛盾将会得到彻底解决【lJ。
二是农村配电网设备运行管理水平不高，现有电网资源和管理资源没有发
挥最大化效益。
农村配电网点多面广，技术装备水平和管理方法落后，目前仍
停留在传统的粗放式管理的水平，精益化管理水平不高，信息化建设相对滞
后，在输配电设备在线运行监控方面，仍停留在对变电站主设备的监控层面，
各级农电管理人员对配电变压器的电压、电流、有功、无功、电压越限、过负
荷、三相不平衡等运行信息难以实时掌握。
…同时电压合格率、负载率、供电
可靠率、线损率等指标无法及时计算和分析，制约了农村配电网运行管理水平
的有效提高。
而大量的输配电线路，尤其是配电变压器运行监控缺乏有效的解
决办法；再加上长期以来，电网企业的调度、配电、营销等专业之间专业壁垒
较为严重，各专业现有信息化平台孤岛运行，一体化信息平台的建设和应用滞
后，不能实现信息资源共享，造成大量信息资源的浪费，不能有效提高运行管
理水平、管理效率较低。
随着农村配电网规模的逐步扩大、电网结构的日益复
杂，以及全社会对电网企业的供电服务提出越来越高的要求，这一矛盾愈显突
出。
为此，在加快农村配电网升级改造的同时，大力提高电网运行管理水平和管理新型农村配电网的能力，充分发挥现有电网的能力，是目前国网山西省电
力公司的一项非常重要而十分迫切的任务。
也是落实国家电网公司建设统一坚
强智能电网，加快建设新型农村配电网，着力提高农村配电网智能化水平，推
动农村配电网晋级发展的!
必然要求。
2012年，中低压电网在线监测与综合管理平台在阳泉供电公司试点成
功，2013年该系统的深化应用“农村配电网运行监控系统”在全省进一步推广
应用，实现了全省所属11个地市共6万余台农村公用配变和近10万台客户配
变运行信息在线集中监测，使各级管理人员可以及时准确地掌握农网设备的过
载【2】、低电压、电能损耗等状况，使山西省农村配电网设备运行管理水平迈上
新的台阶。
国网山西省电力公司以强化农电“四率”（供电可靠率、电压合格
率、负载率、线损率）管理为目标，本系统以电力用户用电信息采集系统、营
销业务应用系统、变电站电能量采集等系统数据为支撑计算“四率”指标，应
用全省统一的信息平台，实现农村配电网线路、配变及客户设备在线监测和智
能统计分析，可准确反映农村配电线路和配电变压器的运行信息及电压越限、
过负荷、三相不平衡、电能损耗等异常信息，为农村配电网设备的故障预警、
运行分析、大修、技改决策提供了技术支撑。
山西省智能电网的发展方向以长治潞城具有代表性。
在国网电科院支持
下，审定了《潞城智能电网建设实施方案》，一期投资2968万元以建设配调一
体化主站及以智能FTU和环网柜为代表的线路智能化改造。
但目前一期仍处
于施工前期准备阶段。
二期目标是：
围绕以建设“营配合一"运营模式的、具
有信息化、自动化、互动化特征的高可靠性的坚强智能配电网的总体目标，结
合我省配网实际情况，稳妥、有序地推进智能化建设，构筑以省级地理信息系
统（GIS）和生产管理系统（SGl86）为基础平台pj，以配电调度控制系统、配
电自动化系统及配电设备状态监控系统为数据平台，以配电网信息化系统、配
网检修中心、配电网安全预警中心为应用平台，并与智能变电、智能用电模块
建立起实时数据交互联系，实现数据共享和控制匹配，组建成涵盖上一级高压
电网、配电网和用户界面的高度集成的智能指挥和控制系统，提升驾驭配电网能力，实现规范化、精益化生产管理。
潞城智能电网全部投入运行后，将有效
提高城网互供互备能力和供电灵活性，一旦整条线路发生故障，会在短时间内
自动把故障点隔离，并迅速恢复其他用户供电，从而大幅度提高电网设备的利
用效率，最大限度降低设备维护成本，有效避免大面积、长时间停电现象发
生。
潞城农网智能化试点建设对地区农网发展模式进行了有益探索，有效促进
了企业发展和供电水平的提高，为农网智能化成果的推广奠定了基础。
（1）山东维纺供电公司高密公司：
在农村配线路运行监测方面，推广应用线路自动无功补偿装置，在6条路
径长、负荷大的1O千伏线路上加装箱式一体化自动无功补偿装置，可根据时间、
电压、无功功率、功率因数自动进行投切，达到设备管理和数据统计分析等功
能，实现无功就地平衡。
在线路故障监测方面开发应用的配电线路故障在线智
能检测系统，在40条配电线路上安装了故障指示器【4】。
在客户服务方面，以95598客户服务系统为基础，整合应用了GPS卫星定
位现场服务系统、客户配电运行监控系统、四到户配电室故障报警系统、视频
监控系统、GIS地理信息系统和营销MIS系统等6个子系统。
建立贯穿生产、
营销的一体化客户服务体系。
体现了农村配电网管理多系统合一的思想。
（2）青岛供电公司
在农村配电网线路管理方面：
通信方式先进，光纤到表箱，覆盖率达到30％
以上。
lOKv公用线路的用户线路分支上基本都研究应用了故障指示器、配电
网故障段指示器、与分段配电柱上负荷开关将用户线路及用户设备的各类故障
明确的指示出来，查线就是查重要监测点，效率高。
存在的问题是所有的故障
指示器都不带远传功能，故障后必须到现场查看。
1．2．3国内农村配电网运行状态监测与管理技术现状总结比较
从我们对国内农村配电网运行状态监测与管理技术查新情况分析看：
针对
农村配电网的维护管理，尚未从不同层面的需求形成集设备在线监测、运行指
标分析、告警信息展示、多系统集成等功能于一体的综合信息管理平台，难以
满足管理决策、运行监控不同层面人员的应用需求。
近年来在电力系统中研究农村配电网管理系统的文章层出不穷，但综合阐
述国内外农村配电网技术发展的文章并不多见。
为了使更多农村配电网的研究
人员了解当下农村配电网发展现状，便于对农村配电网有更深层次的研究，本
，近年来，我国投入大量资金对农村配电网进行改造和建设，极大程度上改
善了农村供电水平和质量，农网的经济技术指标以及供电可靠性也有显著提高，
但是和工业强国相比还有较大差距。
随着国民经济进～步地飞速发展，有关农
村配电网的以下研究问题也越来越广泛和深入。
（1）农村配电网规划
农村配电网规划通常是指在满足预期负荷增长的情况下，实现对配电变压
器的建设时问、地点、容量以及馈线段的路径和尺寸等变量的最优选择，同时
考虑电压降落约束、容量约束和网架结构约束等限制。
众多学者在研究提高优化电网质量的有效途径，通过集成各种管理系统来
弥补各自的弱点，如将地理信息系统（geographicinfomationsystem，GIS）和遗
传算法（geneticalgorithm，GA）相结合【10J、将GIS和禁忌搜索算法相结合并将其
应用到农村配电网规划中，有效避免了传统方法中中终止条件难以确定、易陷
入局部最优等问题，高效地保证了优化质量。
（2）农村配电网可靠性评估
电力系统可靠性又可分为发电系统可靠性、发输电系统可靠性、输电系统
可靠性、配电系统可靠性和发电厂变电所电气主接线可靠性。
配电系统通常包
括配电变电站、一次配电线路（馈电线路）、配电变压器、二次配电线路继电保
护设施等，是连接发、输电系统与用户的重要环节。
据不完全统计，用户停电
故障中80％以上是由配电系统故障引起的，它对用户供电可靠性的影响也最大。
如今农村配电网可靠性评估日益重要，如何将定量和定性相结合，解析法
和模拟法相结合，发挥各自的优势构成“综合法’’有可能成为今后配电网可靠
性评估的重点发展方向。
国内一些地区已提出基于各种神经网络的电网可靠性评估模型，他们的基
本思想是把神经网络应用于故障筛选过程。
但利用神经网络进行故障筛选过程
存在算法复杂耗时更长的弊端。
【9】一些神经网络在削减负荷策略时采用就近先
削的原则也与实际情况不符。
（3）农村配电网的综合评估
农村配电网综合评估体系的研究是提高配电网建设、改造及管理现代化科
学化水平，深化电网改造工作的一个重要环节。
农村配电网综合评估是以网络
综合费用最小为目标函数，相关的评估指标为：
电网的安全性、电网可靠性、
电网损耗等。
（4）农村配网自动化
随着计算机及通信技术的发展，电力系统自动化技术发生了深刻的变化，
正逐步地从局部的、单一功能的自动化，向整体系统综合自动化发展，并且从
输电网自动化向配电网自动化延伸。
配电网自动化（DA，Distribution
Automation）【14J，是利用现代计算机及通信技术，将配电网的实时运行、电网结
构、设备、用户以及地理图形等信息进行集成，构成完整的自动化系统，实现
配电网运行监控及管理的自动化、信息化。
近年来，配电网自动化已成为电力
自动化技术的一个热点，引起了科研、制造单位的广泛注意和重视。
配电网自动化功能可分为两方面的内容：
把配电网实时监控、自动故障隔
离及恢复供电、自动读表等功能，称为配电网运行自动化：
而把离线的或实时性
不强的设备管理、停电管理、用电管理等功能，称为配电网管理自动化。
其主
要目标是提高供电可靠性、改善电能质量和提高运行管理水平及经济效益。
在我国，从1998年开始每年新建配网自动化系统的城市有10个以上，到
目前已有上百个城市进行了配网自动化系统建设或试点，相关标准、规范的制
定工作也取得了进展，这些都推进了配网自动化工作的进展。
但是我国目前实
现农村配电网自动化系统仍然不多，并大多存在着一些问题，有待进一步完善
或提高：
我国农村配电网具有分布广泛，规模庞大，所以农村配电网自动化系统的
站端设备数量非常多，这样就大大增加了通信系统的建设复杂性，从目前成熟
的通信手段看，没有一种方式能够单独满足要求，因此往往综合采用多种通信
方式，并且通常采取多层集结的方式来减少通道数量和充分发挥高速信道的能
力，这样就更增加了通信系统的难度【121。
同时由于传送信息量相对较小、实时性要求相对较低等特点。
光缆通信可
靠性、带宽、通信速率等均是最理想的，但成本高，不可能在配网系统大面积
使用。
电力线载波（PLC）是利用中、低压配电线作为信道传输数据信号，故不需
要新建通信网络，是一种价廉方便的通信方式。
但该方式存在传输衰减大、噪
声电平高、耦合阻抗随时会有不可预测的变化等缺点。
小电流接地系统单相接地故障时故障点的判断与处理，我国农村配电网基
本上采用小电流接地方式，而在农村配电网故障中约80％属于单相接地故障。
农村配电网管理研究中处理线路故障是一项非常重要的功能，对单相接地故障
选线及处理也已经历了20余年的研究，但仍没有很完善的解决办法，主要问题
是故障线路及故障点的判断。
农村配网发展的经济问题与数字化配电变压器的建设将成为新的发展方
向。
我国目前农村配电网的现状仍十分落后，在电力市场环境下，供电可靠性和电能质量两个指标是和经济效益密切相关的。
因此供电可靠性与农村配电网
的发展及成本之间必然存在紧密的联系，供电可靠性和与停电成本之间的经济
相关性是‘个值得深入研究的问题。
（5）农村配电网重构
农村配电网络重构是降低配电网线损的有效途径，通过网络重构还可以均
衡负荷、消除过载、提高供电电压质量。
经过许多学者多年的研究，目前农村
配电网络重构的目标一般为降低配电网线损、均衡负荷、提高供电可靠性、提
高供电电压质量、提高电压稳定性。
为了保证得出最优的农村配电网络结构，
人们尝试了用不同的方法来解决配电网重构的问题。
其中，对以网损最小为目
标函数的配电网络重构研究最多，产生了许多相应的算法。
随着现代科学技术的发展，越来越多精密用电设备在生产生活中得到了应
用。
一方面，这些设备对供电的可靠性和供电质量的要求越来越高，几十甚至
几个毫秒的电压跌落就会对设备运行造成影响；另一方面，一些新型设备所采用
的大量高新技术特别是电力电子技术的广泛应用，使得这些负荷在用电中表现
出非线性、冲击性等特征，并可能对电网产生谐波污染，引起供电电网波形畸
变、三相不平衡、电压波动等问题，使得配电系统的供电质量恶化，造成对电
能质量的严重影响。
克服传统的提高供电可靠性和电能质量的方法存在的缺点，
寻找投资更少、效果更好、能耗更低的办法一直是电力部门努力的目标。
美国电力研究院（E1ectricPowerResearchInstitute简称EPRI）【16】于1988年
首先提出了定制电力技术（customPower，又称用户电力技术）的概念，即将采
用电力电子技术的静止型调节装置用于配电系统（1～35kV），以向用户提供增值
的、达到用户所需可靠性水平和电能质量水平的电力。
分布式发电（DistributedGeneration—DG）【23J的发展将对传统的电力系统带来
较大的影响，引起电力技术的显著进步为了利用分散能源和提高供电可靠性，
各种分布式电源将在配电系统中得到越来越广泛的应用。
在美国，正在研究开发方便用户就近利用分布式电源的多种新型技术，例
如：
1）分布式电源的成批控制技术（群控技术），在负荷高峰时向电网供电的调
峰技术；2）根据用户的要求按需供电的多品质供电系统；3）区域电力网络系统。
将
分布式电源、贮电装置和电力设备组合起来，根据区域用的要求提供更加灵活
有效的供电服务。
由于农村配电系统直接影响电力用户，它在电力系统中的重要性不言而喻，
如何解决好我国农村配电网目前所存在的各类问题直接影响到我国电力事业的
发展前景及人民生活水平的提高。
只有在新技术、新形势下传承经典开拓创新，
我国农村配电网的发展才大有可为。
（3）配电变压器监测
电力系统是一个庞大、复杂而又十分重要的系统，它关系到国民经济和人民日常
生活的各个方面。
因此，电力系统提供优质、持续的电力供应是十分重要的。
随着国
民经济的不断发展，配电网的规模也逐步得到了发展，人们对供电质量提出了越来越
高的要求。
减少停电范围，建设一个配电自动化系统成了当前城市电网改造和建设的
重要任务。
配电自动化，简称DA（DistributionAutomation）是综合应用了现代电子技术、
通信技术、计算机技术、网络技术和图形技术，将正常和事故情况下的配电系统的监
测、保护、控制和供电企业的工作管理有机融合在一起的综合性先进技术。
实现配电
自动化可使供电企业和用户双方均受益，主要表现在：
（1）提高供电可靠性；
（2）提
高供电质量，特别是电压合格率；（3）提高供电经济性，包括降低经常性的运行维护
成本和推迟扩容投资两个方面；（4）提高为用户服务水平和用户的满意程度，改善供
电企业形象；（5）提高供电企业的管理水平和劳动生产率。
配电自动化是城市电网建
设和改造的重要组成部分，也是城市电网现代化的重要标志之一。
讨论低压配电网的监测，首先应说一说它在配电自动化中所处的地位。
现在人们
说起配电自动化，马上会联想到SCADA、AM/FM/GIS、RTU等这些系统中的显要部分。
然而，低压配电网的监测同样也是配电自动化中不可缺少的组成部分，担负着很重要
的角色。
在如下几个方面起到作用：
（1）加强对现有配电网运行工况的了解，为提高
管理水平提供数据。
低压配电网的一个特点是，节点量大，负荷种类繁多、特性不一，
变化频繁。
过去，由于没有对低压配电网进行有效地监视，只凭经验大概估计其运行
情况，或用人工的方法进行短时测量，安全性和可信度都很低，当负荷发生变动，很
难及时得到信息。
这对管理和安全是十分不利的。
所以用自动化的监测装置对其进行
监测是必不可少的。
（2）提高供电质量、供电可靠性、减少线损。
由于上述原因，供
电线损、电压质量、供电可靠性等指标一直难于控制。
供电部门在经济和声誉上都受
到了很大的损失，用户也付出了很大的代价。
通过对配电网实时监测，可获得第一手
数据，因地制宜，指导现场调整，提高供电质量。
更可通过现场自动控制，使低压配
网直接受益，如
升级会员 