1. Analisis skenario
1.1 Masalah utama yang dihadapi oleh saluran jaringan distribusi
Jaringan distribusi tegangan menengah tradisional sering mengadopsi struktur topologi radial seperti pohon, di mana aliran daya mengalir secara searah dalam jaringan selama operasi normal. Dengan pembangunan jaringan pintar, jaringan distribusi dibentuk menjadi struktur topologi melingkar, saluran hibrida kabel udara multi-cabang, dan struktur topologi jaringan distribusi kompleks modern yang mengandung sumber daya terdistribusi. Struktur topologi multi-cabang, hibrida, melingkar, dan multi-sumber daya dari jaringan distribusi mengubah karakteristik transmisi gelombang berjalan gangguan, meningkatkan kesulitan ekstraksi fitur gangguan, dan ketidakpastian aliran energi. Rekonstruksi struktur topologi jaringan gangguan berubah secara dinamis, yang membawa tantangan besar bagi pemantauan status gangguan jaringan distribusi. Saat ini, masalah utama yang dihadapi oleh saluran jaringan distribusi adalah sebagai berikut:
- Keterlambatan dan ketidakseimbangan pembangunan
Dalam beberapa tahun terakhir, pembangunan jaringan distribusi telah mendapat perhatian luas dan investasi terus meningkat. Namun, karena kurangnya investasi awal dan sejumlah besar utang historis, pembangunan jaringan distribusi, khususnya jaringan distribusi tegangan menengah, masih tertinggal dibandingkan dengan jaringan transmisi. Masalah pembangunan yang tidak seimbang antara daerah perkotaan dan pedesaan, serta jaringan listrik bagian timur dan tengah-barat, tetap menonjol. Jaringan distribusi saat ini memiliki masalah keterlambatan pembangunan dan pembangunan yang tidak seimbang, dan keandalan pasokan dayanya masih tertinggal dari tingkat lanjut internasional, sehingga sulit untuk memenuhi kebutuhan pelayanan pembangunan ekonomi.
- Interkonektivitas rendah dan struktur jaringan yang lemah,
Struktur grid pada tingkat tegangan 10 kV masih lemah. Hampir setengah dari saluran 10 kV belum saling terhubung, dan proporsi interkoneksi jaringan pedesaan hanya sepertiga dari jaringan perkotaan, yang menunjukkan interkonektivitas yang buruk.
- Kurangnya perangkat terminal dan platform manajemen, tingkat otomatisasi yang rendah
Tingkat otomatisasi distribusi relatif rendah, dan masih dalam tahap awal. Diagnosis, isolasi, dan pemulihan gangguan memakan waktu lama, sehingga sulit untuk mencapai rekonstruksi jaringan dan penyembuhan mandiri. Tercermin dari kemampuan suplai silang yang buruk, perasaan intuitifnya adalah pemulihan pasokan daya memakan waktu lama.
- Isolasi data dasar dan metode teknologi informasi yang ketinggalan zaman
Manajemen jaringan distribusi melibatkan berbagai departemen seperti pembangunan, tenaga listrik pertanian, operasi dan inspeksi, pemasaran, dan penjadwalan, dengan data dasar yang tersebar di berbagai sistem. Standar dan model data antar sistem tidak konsisten, dan selain itu, tidak ada mekanisme berbagi data. Tingkat investasi dan pembangunan jaringan distribusi yang rendah telah menyebabkan keterlambatan relatif dalam pengembangan sistem komunikasi dan informasi, serta kurangnya saluran untuk memperoleh informasi. Tercermin dari penyempurnaan manajemen yang buruk, data, grafik, dan informasi tidak dapat saling berkorespondensi.
- Strategi proteksi memiliki kekurangan dan menimbulkan risiko keamanan yang signifikan
Ketika terjadi gangguan pembumian tahanan tinggi pada jaringan distribusi, jaringan beroperasi dengan "cedera". Misalnya, gangguan pembumian satu fasa dapat dengan mudah menyebabkan sengatan listrik pada personel atau unggas, serta membahayakan manusia dan ternak; Jaringan distribusi telah mengalami gangguan kebakaran hutan, gangguan pembumian tahanan tinggi sulit diidentifikasi, dan proteksi relai tidak trip, sehingga menimbulkan bahaya keamanan.
Masalah dan tantangan teknis yang memengaruhi operasi jaringan distribusi yang aman dan stabil bergantung pada sistem otomatisasi distribusi tingkat tinggi untuk menyelesaikannya. Sistem diagnosis gangguan jaringan distribusi merupakan komponen penting dari sistem otomatisasi distribusi, yang mewujudkan peringatan status abnormal saluran distribusi, penentuan lokasi gangguan yang akurat, identifikasi jenis gangguan, proteksi di lokasi, dll., menyediakan dasar data untuk penghapusan gangguan yang cepat dan pemulihan otomatis otomatisasi distribusi.
1.2 Solusi untuk Peringatan Bahaya Potensial pada Saluran Jaringan Distribusi
Penentuan lokasi gangguan pada jaringan distribusi, sebagai fungsi kunci untuk memastikan pasokan daya yang andal dan berkualitas tinggi, merupakan fokus penelitian dalam teknologi otomatisasi jaringan distribusi. Menurut statistik dari departemen terkait jaringan listrik, 80% atau lebih pemadaman listrik di jaringan disebabkan oleh gangguan pada jaringan distribusi. Untuk meningkatkan tingkat otomatisasi jaringan distribusi dan membangun jaringan distribusi cerdas, masih perlu dilakukan penelitian dan penerapan pada optimalisasi berkelanjutan status normal jaringan distribusi dan penentuan posisi titik gangguan yang cepat. Kunci untuk menyelesaikan optimalisasi berkelanjutan status normal jaringan distribusi dan penentuan posisi cepat status gangguan adalah mencapai pemantauan otomatis jaringan distribusi, mencapai penentuan posisi gangguan yang presisi dan peringatan gangguan abnormal jaringan distribusi. Ini adalah bagian penting dari pembangunan jaringan distribusi cerdas dalam jaringan pintar, sejalan dengan kebutuhan strategi nasional utama, dan memiliki arti yang besar dalam mempromosikan penyesuaian strategis struktur industri jaringan listrik, menyelesaikan hambatan utama dalam pengembangan Internet of Things jaringan listrik, dan meningkatkan kualitas pasokan daya.
Sistem diagnosis gangguan jaringan distribusi adalah bagian penting dari sistem otomatisasi distribusi. Sistem diagnosis gangguan jaringan distribusi berbasis kecerdasan buatan dan komputasi tepi memiliki fungsi peringatan dini status abnormal, penentuan lokasi gangguan yang akurat, dll., yang secara efektif dapat meningkatkan stabilitas jaringan distribusi, mempercepat isolasi gangguan, mempersingkat waktu pemulihan gangguan, dan meningkatkan kesinambungan pasokan daya. Pada saat yang sama, sistem dapat mencapai penjelajahan web, pemberitahuan SMS seluler, dan memandu inspeksi gangguan serta pemecahan masalah.
2. Desain solusi keseluruhan
2.1 Prinsip penentuan posisi gelombang berjalan gangguan untuk saluran jaringan distribusi
Penentuan lokasi gangguan saluran jaringan distribusi didasarkan pada teknologi penentuan posisi gelombang berjalan. Prinsip dasar ditunjukkan pada Gambar 2.1. Metode penentuan posisi gelombang berjalan dua ujung digunakan untuk menghitung lokasi akurat titik gangguan berdasarkan selisih waktu antara gelombang berjalan yang melewati titik pemantauan yang berdekatan untuk gangguan dan bahaya tersembunyi pada saluran distribusi; Algoritma stasiun utama dapat membentuk topologi jaringan berdasarkan informasi saluran instalasi setiap titik pemantauan, membentuk metode pengukuran jarak gelombang berjalan gangguan yang terhubung dalam jaringan. Hasil penentuan posisi setiap titik pemantauan saling diverifikasi dan disesuaikan, secara efektif dan akurat memastikan akurasi hasil pengukuran jarak gangguan. Pada saat yang sama, sistem juga dapat mencapai peringatan bahaya tersembunyi untuk saluran distribusi, dengan akurasi penentuan lokasi gangguan hingga 150m, memberikan dukungan kuat untuk pekerjaan operasi dan pemeliharaan serta meningkatkan kemampuan pemulihan mandiri pasokan daya saluran distribusi.
Di antaranya, L1 dan L2 adalah jarak dari titik gangguan ke titik pemantauan 1 dan 2, L adalah jarak antara dua titik pemantauan, T1 dan T2 adalah waktu ketika titik pemantauan 1 dan 2 mendeteksi gelombang berjalan, dan v adalah kecepatan gelombang berjalan.
Gambar 2.1 Diagram skematik penentuan posisi gelombang berjalan ujung ganda
2.2 Deskripsi Produk dari Proposal Desain
Skema desain untuk peringatan bahaya tersembunyi dan penentuan lokasi gangguan pada saluran distribusi mencakup pemutus sirkuit tiang - jenis pengukuran jarak gangguan, perangkat pengukuran jarak gelombang berjalan jaringan distribusi eksternal, terminal pengukuran jarak gelombang berjalan trafo distribusi, dan perangkat pemantauan online gangguan saluran distribusi terdistribusi. Konfigurasi pemasangan perangkat ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Diagram skematik konfigurasi produk untuk solusi yang diusulkan
- Perangkat penentuan lokasi gangguan saluran distribusi
Metode aplikasi eksternal modul pengukuran jarak gelombang berjalan dalam jaringan distribusi digunakan untuk renovasi stok saluran distribusi yang ada. Perangkat ini dipasang di antara pemutus sirkuit saluran asli dan FTU, dan dihubungkan melalui kabel plug-in aviasi untuk pemasangan saat bertegangan. Peralatan ini menggunakan sinyal yang sama dengan modul, dan semua sinyal masukan diisolasi. Modul penentuan posisi gelombang berjalan dan pengontrol FTU mengumpulkan kuantitas sinyal yang sesuai secara independen, mengisolasi dan memprosesnya, serta tidak saling mengganggu.
- Terminal penentuan lokasi gangguan saluran distribusi
Terminal penentuan lokasi gangguan saluran distribusi terutama menggunakan prinsip penentuan posisi gelombang berjalan ujung ganda sebagai metode penentuan lokasi gangguan. Peralatan ini dipasang pada sisi sekunder trafo distribusi saluran distribusi, dan mengekstrak sinyal gelombang berjalan yang ditransmisikan dari sisi primer 10kV ke sisi tegangan rendah ketika gangguan saluran 10kV terjadi pada saluran 400V di sisi tegangan rendah trafo distribusi. Secara komprehensif menyelesaikan masalah titik buta pemantauan gelombang berjalan di ujung gangguan cabang saluran.
- Perangkat pemantauan gangguan terdistribusi untuk saluran distribusi
Peralatan ini dipasang langsung pada kabel saluran distribusi, menggunakan catu daya induksi kopling & energi surya & catu daya baterai. Operasi normal peralatan ini membutuhkan beban saluran mencapai 5A. Peralatan ini terutama digunakan sebagai cadangan untuk solusi akhir dan diterapkan dalam situasi di mana terdapat sedikit pemutus sirkuit atau terlalu banyak cabang yang memerlukan pemasangan titik pemantauan.
- Pemutus sirkuit tiang - jenis pengukuran jarak gangguan
Jenis pengukuran jarak gangguan memasang modul pengukuran jarak gelombang berjalan di FTU, yang menambahkan fungsi penentuan lokasi gangguan yang presisi ke fungsi isolasi gangguan pemutus sirkuit tradisional. Modul ini menggunakan sinyal sekunder pemutus sirkuit dan dapat mengumpulkan informasi frekuensi daya tiga fase, arus gelombang berjalan, tegangan gelombang berjalan, sinyal 3U0, sinyal 3I0, dll. Modul ini dapat disesuaikan secara fleksibel sesuai dengan jenis trafo pemutus sirkuit, baik elektromagnetik maupun elektronik. Modul pengukuran jarak gelombang berjalan dapat diadaptasi ke berbagai FTU, termasuk tipe kotak, tipe tudung, dan FTU fusi mendalam. Modul pengukuran jarak gelombang berjalan telah diterapkan bersama di lapangan dengan beberapa produsen pemutus sirkuit.
2.3 Skema desain keseluruhan untuk sistem penentuan lokasi gangguan saluran jaringan distribusi
Sistem diagnosis gangguan jaringan distribusi terdiri dari tiga bagian: lapisan eksekusi pemantauan status, lapisan analisis data, dan lapisan evaluasi sistem. Arsitektur keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 2.3. di antaranya
- Lapisan pemantauan status
Lapisan pemantauan status mencakup perangkat pengumpulan informasi (seperti sensor arus, sensor tegangan, sensor getaran, sensor suhu, akuisisi gambar, sensor lingkungan, sensor status sakelar, komunikasi kabel dan nirkabel, dll.), perangkat keluaran status (seperti pemutus sirkuit, sakelar beban, indikator peringatan, dll.), untuk mencapai pengumpulan dan komunikasi informasi multi-sumber secara real-time, online, dan presisi tinggi;
Lapisan analisis data, termasuk peringatan dini atau alarm analisis peristiwa gangguan, didasarkan pada komputasi tepi dan komputasi cerdas untuk mewujudkan pemantauan real-time serta penentuan posisi yang andal dan akurat dari status area lokal dan luas sistem;
Lapisan evaluasi sistem mencakup unit pengenalan struktural, unit rekonstruksi jaringan, unit inspeksi cerdas gangguan, unit pengenalan jenis gangguan, unit prediksi status abnormal, unit penilaian kerentanan, dan unit pembangunan pustaka kasus pengalaman. Berdasarkan analisis komprehensif, lapisan ini mewujudkan peringatan status abnormal dan deteksi mandiri gangguan tersembunyi dari sistem kontrol dan proteksi.
Gambar 2.3 Diagram skematik arsitektur sistem diagnosis gangguan jaringan distribusi
Karakteristik teknis dari solusi sistem:
- Metode untuk mengidentifikasi jenis gangguan dan mengekstrak fitur gangguan dalam jaringan distribusi
Berdasarkan informasi sakelar, informasi 3U0, informasi listrik frekuensi daya, file rekaman arus dan tegangan gangguan frekuensi daya, file rekaman arus gangguan frekuensi tinggi, informasi gelombang berjalan perangkat keras, dan informasi lain dari saluran distribusi, metode kecerdasan buatan digunakan untuk mengekstrak karakteristik gangguan jaringan distribusi, memberikan dasar perhitungan yang efektif untuk peringatan status abnormal jaringan distribusi dan penentuan lokasi gangguan yang akurat; Mempelajari karakteristik bentuk gelombang dari polusi, penghalang pohon, pembekuan, benda melayang, kabel putus, gangguan pembumian resistansi tinggi, atau status abnormal isolator jaringan distribusi, membentuk pustaka sidik jari fitur bentuk gelombang abnormal, mengekstrak faktor fitur gangguan, dan menggunakan pencocokan kesamaan faktor fitur untuk mengidentifikasi status abnormal saluran distribusi.
- Metode penentuan lokasi gangguan area luas berdasarkan jaringan distribusi
Rekonstruksi topologi jaringan dari saluran kabel overhead campuran, saluran multi-cabang, dan saluran jaringan distribusi dengan struktur topologi yang bervariasi, dan gunakan metode penentuan posisi jaringan area luas untuk mencapai pengukuran jarak area luas dan metode optimasi komprehensif untuk jaringan distribusi.
- Pemantauan online dan peringatan bahaya tersembunyi
Bahaya tersembunyi yang disebabkan oleh jarak isolasi yang tidak memadai, seperti penghalang pohon, kerusakan akibat burung, benda melayang, kontaminasi isolator, dan pembekuan, semuanya akan menghasilkan sinyal gelombang berjalan yang lemah sebelum terjadi flashover. Sinyal gelombang berjalan ditransmisikan sepanjang kawat ke kedua ujungnya, memantau dan menganalisis sinyal gelombang berjalan yang lemah pada saluran pengumpulan untuk mencapai penentuan posisi ujung ganda dan peringatan bahaya tersembunyi di saluran pengumpulan.
3. Proposal Desain Komunikasi Data dan Sistem
Perangkat pemantauan gangguan terdistribusi, perangkat penentuan lokasi gangguan, dan terminal penentuan lokasi gangguan untuk jalur distribusi semuanya menggunakan kartu APN yang ditunjuk oleh perusahaan listrik dan metode komunikasi nirkabel 4G atau 5G.
Direkomendasikan untuk membangun sistem diagnosis gangguan jaringan distribusi di biro kota. Sistem ini dapat diimplementasikan secara independen pada server atau platform stasiun utama cloud jaringan distribusi, dan dapat dihubungkan ke platform manajemen properti melalui protokol komunikasi seperti MQTT dan HTTP untuk pengumpulan data, mencapai diagnosis gangguan jaringan distribusi di seluruh kota. Sistem ini dapat diintegrasikan dengan sistem otomasi jaringan distribusi.
4. Prinsip untuk memilih titik instalasi
produk penentuan posisi gelombang berjalan jaringan distribusi relatif rendah dibandingkan dengan jalur transmisi. Tingkat tegangan jalur distribusi rendah, dan amplitudo sinyal gelombang berjalan gangguan relatif rendah. Selain itu, setiap kali melewati titik diskontinuitas impedansi gelombang (seperti kontak T jalur, titik sambungan antara kabel dan jalur udara), sinyal gelombang berjalan akan mengalami refraksi dan refleksi, dan amplitudo sinyal gelombang berjalan akan menurun. Untuk memastikan bahwa sinyal gelombang berjalan gangguan dapat dideteksi oleh perangkat pemantauan saat ditransmisikan ke perangkat pemantauan, perangkat pemantauan umumnya mengikuti prinsip jarak instalasi 3-5km untuk pemilihan titik dan instalasi. Persyaratan spesifiknya adalah sebagai berikut:
- Ketika sakelar otomatis dipasang pada penyulang dan pada persimpangan T jalur, terminal pengukur jarak gelombang berjalan FTU lebih diutamakan. Secara umum, satu set perangkat penentuan posisi gelombang berjalan dipasang di dekat pemutus sirkuit di awal dan akhir jalur, dan instalasi di tengah jalur bergantung pada panjang jalur dan kondisi jalur cabang. Jika tidak ada jalur cabang di tengah, satu set dapat dipasang dengan interval sekitar 5 kilometer. Jika ada beberapa cabang, satu set harus dipasang dengan interval maksimum 3 cabang (cabang pendek dengan panjang kurang dari 200 meter dapat diabaikan). Ketika ada beberapa jalur cabang di tengah, jarak antara perangkat pemantauan tidak boleh melebihi 3 kilometer.
- Pilih trafo distribusi dan pasang terminal pengukur jarak gelombang berjalan pada jarak sekitar 1 kilometer di bagian depan dan ujung jalur cabang, dengan tidak lebih dari 2 jalur sub-cabang menengah yang direkomendasikan.
- Ketika ada beberapa trafo distribusi untuk dipilih di dekat titik instalasi yang sama, prioritas harus diberikan untuk memilih trafo dengan kapasitas yang lebih besar untuk memasang terminal pengukur jarak gelombang berjalan.
5. Skema desain terperinci untuk peringatan bahaya tersembunyi dan penentuan lokasi gangguan pada jalur distribusi
Berikut adalah 5 jalur distribusi sebagai jalur percontohan: seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.1-5.5.
Gambar 5.1 Rute Percontohan 1
Gambar 5.2 Rute Percontohan 2
Gambar 5.3 Rute Percontohan 3
Gambar 5.4 Rute Percontohan 4
Gambar 5.5 Rute Percontohan 5
Masuk
