1. Saha analizi
1.1 Dağıtım şebekesi hatlarının karşı karşıya olduğu başlıca sorunlar
Geleneksel orta gerilim dağıtım şebekeleri genellikle ağaç benzeri radyal topoloji yapısını benimser ve bu yapıda normal işletim sırasında güç akışı ağ içinde tek yönlü olarak akar. Akıllı şebekelerin inşasıyla birlikte, dağıtım şebekesi çoklu dallı, havai hat ve kablo hibrit hattı, dairesel topoloji yapısı ve dağıtık güç kaynaklarını içeren modern karmaşık dağıtım şebekesi topoloji yapısı haline gelmiştir. Dağıtım şebekesinin çoklu dallı, hibrit, dairesel topoloji yapısı ve dağıtık çoklu güç kaynakları, hata ilerleyen dalga iletim karakteristiklerini değiştirir, hata özelliği çıkarmanın zorluğunu ve enerji akışının belirsizliğini artırır. Hata şebekesi topoloji yapısının yeniden yapılandırılması dinamik olarak değişir ve bu durum dağıtım şebekesinin hata durumu izlenmesine büyük zorluklar getirir. Günümüzde dağıtım şebekesi hatlarının karşı karşıya olduğu başlıca sorunlar aşağıdaki gibidir:
- Gelişim gecikmesi ve dengesizlik
Son yıllarda, dağıtım şebekelerinin inşası geniş çapta ilgi görmüş ve yatırımlar artmaya devam etmiştir. Ancak, ilk yatırım eksikliği ve çok sayıda tarihi borç nedeniyle, özellikle orta gerilim dağıtım şebekeleri olmak üzere dağıtım şebekelerinin gelişimi iletim şebekelerine kıyasla hala geridedir. Kentsel ve kırsal alanların yanı sıra doğu ile orta ve batı şebekeleri arasındaki dengesiz gelişim sorunu belirginliğini korumaktadır. Mevcut dağıtım şebekesi gelişim gecikmesi ve dengesiz gelişim sorunlarına sahiptir ve güç arzı güvenilirliği hala uluslararası ileri seviyenin gerisinde kalmakta, bu da ekonomik gelişmeye hizmet etme ihtiyaçlarını karşılamayı zorlaştırmaktadır.
- Düşük birbirine bağlanabilirlik ve zayıf şebeke yapısı,
10 kV gerilim seviyesi şebeke yapısı hala zayıftır. 10 kV hatlarının neredeyse yarısı henüz birbirine bağlanmamıştır ve kırsal şebeke bağlantı oranı kentsel şebekenin sadece üçte biri kadardır, bu da zayıf birbirine bağlanabilirliği göstermektedir.
- Uç cihazların ve yönetim platformlarının eksikliği, düşük otomasyon seviyesi
Dağıtım otomasyonunun seviyesi nispeten düşüktür ve hala başlangıç aşamasındadır. Hata teşhisi, izolasyonu ve geri kazanımı uzun zaman almaktadır, bu da şebeke yeniden yapılandırmasını ve kendi kendini iyileştirmeyi zorlaştırmaktadır. Zayıf karşılıklı besleme kapasitesi olarak yansıyan bu durum, güç arzının restorasyonunun uzun zaman aldığı şeklinde bir izlenim yaratmaktadır.
- Temel veri izolasyonu ve güncelliğini yitirmiş bilgi teknolojisi yöntemleri
Dağıtım şebekesi yönetimi; geliştirme, tarımsal güç, işletme ve teftiş, pazarlama ve planlama gibi farklı departmanları içerir ve temel veriler farklı sistemlere dağılmıştır. Sistemler arasındaki veri standartları ve modeller tutarsızdır ve ayrıca veri paylaşım mekanizmaları eksiktir. Dağıtım şebekesinin düşük yatırım ve inşaat seviyesi, iletişim ve bilgi sistemlerinin gelişiminde nispi bir gecikmeye ve bilgi edinme kanallarının eksikliğine yol açmıştır. Yönetim iyileştirmesinin zayıf olması olarak yansıyan bu durum, veri, grafik ve bilgilerin birbiriyle örtüşmemesine neden olmaktadır.
- Koruma stratejisinin dezavantajları ve önemli güvenlik riskleri oluşturması
Dağıtım şebekesinde yüksek dirençli topraklama hatası olduğunda, "hasarlı" durumda çalışır. Örneğin, tek fazlı topraklama hatası kolayca personel veya kümes hayvanlarında elektrik çarpmasına ve insan ile hayvanlara zarar verilmesine neden olabilir; Dağıtım şebekesi orman yangını kaynaklı hatalar yaşamıştır, yüksek dirençli topraklama hatalarının tespiti zordur ve röle koruması devreyi açmaz, bu da güvenlik tehlikeleri yaratır.
Dağıtım şebekesinin güvenli ve istikrarlı çalışmasını etkileyen teknik sorunlar ve zorluklar, çözümleri için üst düzey dağıtım otomasyon sistemlerine dayanmaktadır. Dağıtım şebekesi hata teşhis sistemi, dağıtım otomasyon sisteminin önemli bir bileşenidir ve dağıtım hatlarının anormal durumlarının uyarısını, doğru hata konumlandırmasını, hata tipi tanımlamasını, saha korumasını vb. gerçekleştirerek hızlı hata giderme ve dağıtım otomasyonunun otomatik geri kazanımı için veri temeli sağlar.
1.2 Dağıtım Şebekesi Hatlarında Potansiyel Tehlike Uyarısı Çözümleri
Dağıtım şebekelerinde hata konumlandırma, güvenilir ve yüksek kaliteli güç arzını sağlamak için kilit bir işlev olarak, dağıtım şebekesi otomasyon teknolojisinde araştırmanın odak noktasıdır. Güç şebekesinin ilgili departmanlarından alınan istatistiklere göre, şebekedeki kesintilerin %80'inden fazlası dağıtım şebekesindeki hatalardan kaynaklanmaktadır. Dağıtım şebekesinin otomasyon seviyesini artırmak ve akıllı bir dağıtım şebekesi inşa etmek için, dağıtım şebekesinin normal durumunun sürekli optimizasyonu ve hata noktalarının hızlı konumlandırılması üzerine araştırma ve uygulama yapılması hala gereklidir. Dağıtım şebekesinin normal durumunun sürekli optimizasyonunu ve hata durumlarının hızlı konumlandırılmasını çözmenin anahtarı, dağıtım şebekesinin otomatik izlenmesini sağlamak, dağıtım şebekesinin hassas hata konumlandırmasını ve anormal hata uyarısını gerçekleştirmektir. Bu, akıllı şebekelerde akıllı dağıtım şebekeleri inşasının önemli bir parçasıdır, ulusal büyük stratejilerin ihtiyaçlarına uygundur ve güç şebekesi endüstrisi yapısının stratejik ayarlanmasını teşvik etmede, Güç Nesnelerin İnterneti gelişimindeki büyük dar boğazları çözmede ve güç arzı kalitesini artırmada büyük bir öneme sahiptir.
Dağıtım şebekesi hata teşhis sistemi, dağıtım otomasyon sisteminin önemli bir parçasıdır. Yapay zeka ve uç bilişim tabanlı dağıtım şebekesi hata teşhis sistemi, anormal durum erken uyarısı, doğru hata konumlandırma vb. işlevlerine sahiptir ve bu sayede dağıtım şebekesinin kararlılığını etkili bir şekilde artırabilir, hata izolasyonunu hızlandırabilir, hata kurtarma süresini kısaltabilir ve güç arzı sürekliliğini iyileştirebilir. Aynı zamanda sistem, web taraması, mobil SMS bildirimleri gerçekleştirebilir ve hata denetimi ile sorun giderme işlemlerine rehberlik edebilir.
2. Genel çözüm tasarımı
2.1 Dağıtım şebekesi hatları için hata ilerleyen dalga konumlandırma prensibi
Dağıtım şebekesi hatlarının hata konumlandırması, ilerleyen dalga konumlandırma teknolojisine dayanmaktadır. Temel prensip Şekil 2.1'de gösterilmektedir. Dağıtım hattındaki hatalar ve gizli tehlikeler için komşu izleme noktalarından geçen ilerleyen dalgalar arasındaki zaman farkına dayanarak hata noktasının doğru konumunu hesaplamak için çift uçlu ilerleyen dalga konumlandırma yöntemi kullanılır; Ana istasyon algoritması, her bir izleme noktasının kurulum hattı bilgilerine dayanarak bir şebeke topolojisi oluşturabilir ve ağa bağlı hata ilerleyen dalga mesafe ölçüm yöntemi oluşturabilir. Her bir izleme noktasının konumlandırma sonuçları karşılıklı olarak doğrulanır ve uydurulur, bu da hata mesafe ölçüm sonuçlarının doğruluğunu etkili ve doğru bir şekilde sağlar. Aynı zamanda sistem, dağıtım hatları için gizli tehlike uyarısı da sağlayabilir, hata konumlandırma doğruluğu 150 m'ye kadar çıkarak işletme ve bakım çalışmaları için güçlü bir destek sağlar ve dağıtım hattı güç arzının kendi kendini kurtarma yeteneğini artırır.
Burada, L1 ve L2 hata noktasından 1 ve 2 numaralı izleme noktalarına olan mesafelerdir, L iki izleme noktası arasındaki mesafedir, T1 ve T2 1 ve 2 numaralı izleme noktalarının ilerleyen dalgayı algıladığı zamanlardır ve v ilerleyen dalganın hızıdır.
Şekil 2.1 Çift uçlu seyahat eden dalga konumlandırma şematik diyagramı
2.2 Tasarım Teklifinin Ürün Açıklaması
Dağıtım hatlarının gizli tehlike uyarısı ve arıza konumlandırma tasarım şeması, direk üzerine monteli devre kesiciler - arıza mesafe ölçüm tipi, harici dağıtım şebekesi seyahat eden dalga mesafe ölçüm cihazı, dağıtım transformatörü seyahat eden dalga mesafe ölçüm terminali ve dağıtık dağıtım hattı arızası çevrimiçi izleme cihazını içerir. Cihazın kurulum konfigürasyonu Şekil 2.2'de gösterilmektedir.
Şekil 2.2 Önerilen çözüm için ürün konfigürasyonunun şematik diyagramı
- Dağıtım hattı arıza konumlandırma cihazı
Dağıtım şebekesindeki seyahat eden dalga mesafe ölçüm modülünün harici uygulama yöntemi, mevcut dağıtım hatlarının stok renovasyonu için kullanılır. Orijinal hat devre kesicisi ile FTU arasına monte edilir ve canlı kurulum için havacılık takılabilir kablolar aracılığıyla bağlanır. Ekipman, modülle aynı sinyali kullanır ve tüm giriş sinyalleri izole edilmiştir. Seyahat eden dalga konumlandırma modülü ve FTU kontrolörü, ilgili sinyal miktarlarını bağımsız olarak toplar, bunları izole eder ve işler ve birbirlerini etkilemezler.
- Dağıtım hattı arıza konumlandırma terminali
Dağıtım hatlarının arıza konumlandırma terminali, esas olarak arıza konumlandırma yöntemi olarak çift uçlu seyahat eden dalga konumlandırma ilkesini kullanır. Ekipman, dağıtım hattının dağıtım transformatörünün sekonder tarafına monte edilir ve dağıtım transformatörünün alçak gerilim tarafındaki 400V hattında 10kV hat arızası meydana geldiğinde 10kV birincil tarafından alçak gerilim tarafına iletilen seyahat eden dalga sinyalini çıkarır. Hat dalı arızalarının sonunda seyahat eden dalga izlemenin kör nokta sorununu kapsamlı bir şekilde çözer.
- Dağıtım hatları için dağıtık arıza izleme cihazı
Ekipman, kuplaj indüksiyon güç kaynağı & güneş enerjisi & batarya güç kaynağı kullanarak doğrudan dağıtım hattının tellerine monte edilir. Ekipmanın normal çalışması, hat yükünün 5A'ya ulaşmasını gerektirir. Esas olarak nihai çözüm için bir yedek olarak kullanılır ve az sayıda devre kesicinin bulunduğu veya izleme noktalarının kurulumunu gerektiren çok fazla dalın bulunduğu durumlarda uygulanır.
- Sütun devre kesici - arıza mesafe ölçüm tipi
Arıza mesafe ölçüm tipi, FTU'ya bir seyahat eden dalga mesafe ölçüm modülü kurar ve bu da geleneksel devre kesici arıza izolasyon işlevine hassas arıza konumlandırma işlevi ekler. Modül, devre kesicinin sekonder sinyalini kullanır ve üç fazlı şebeke frekansı bilgilerini, seyahat eden dalga akımını, seyahat eden dalga gerilimini, 3U0 sinyalini, 3I0 sinyalini vb. toplayabilir. Devre kesicinin transformatör tipine göre, elektromanyetik veya elektronik olsun, esnek bir şekilde ayarlanabilir. Seyahat eden dalga mesafe ölçüm modülü, kutu tipi, başlık tipi ve derin füzyon FTU'ları dahil olmak üzere çeşitli FTU'lara uyarlanabilir. Seyahat eden dalga mesafe ölçüm modülü, birden fazla devre kesici üreticisi ile birlikte sahada uygulanmıştır.
2.3 Dağıtım şebekesi hatları arıza konumlandırma sistemi için genel tasarım şeması
Dağıtım şebekesi arıza teşhis sistemi üç bölümden oluşur: durum izleme yürütme katmanı, veri analiz katmanı ve sistem değerlendirme katmanı. Genel mimari Şekil 2.3'te gösterilmektedir. bunlar arasında
Durum izleme katmanı, bilgi toplama cihazlarını (akım sensörleri, gerilim sensörleri, titreşim sensörleri, sıcaklık sensörleri, görüntü toplama, çevresel sensörler, anahtar durum sensörleri, kablolu ve kablosuz iletişim vb. gibi), durum çıkış cihazlarını (devre kesiciler, yük anahtarları, uyarı göstergeleri vb. gibi) içerir; çok kaynaklı bilgilerin gerçek zamanlı, çevrimiçi, yüksek hassasiyetli toplanması ve iletişimini sağlamak için;
Erken uyarı veya arıza olayı analiz alarmı dahil olmak üzere veri analiz katmanı, sistemin yerel ve geniş alan durumunun gerçek zamanlı izlenmesini ve güvenilir ve doğru konumlandırmasını gerçekleştirmek için uç bilişim ve akıllı bilişime dayanır;
- Sistem değerlendirme katmanı
Sistem değerlendirme katmanı; yapısal tanıma birimi, ağ yeniden yapılandırma birimi, arıza akıllı denetim birimi, arıza tipi tanıma birimi, anormal durum tahmin birimi, zafiyet değerlendirme birimi ve deneyim vaka kütüphanesi oluşturma birimini içerir. Kapsamlı analize dayanarak, kontrol ve koruma sisteminin anormal durum uyarısını ve gizli arıza kendi kendine tespitini gerçekleştirir.
Şekil 2.3 Dağıtım şebekesi arıza teşhis sisteminin mimarisinin şematik diyagramı
Sistem çözümünün teknik özellikleri:
- Dağıtım şebekelerinde arıza tiplerini tanımlama ve arıza özelliklerini çıkarma yöntemi
Anahtar bilgileri, 3U0 bilgileri, şebeke frekansı elektrik bilgileri, şebeke frekansı arıza akımı ve gerilim kayıt dosyaları, yüksek frekanslı arıza akımı kayıt dosyaları, donanım seyahat eden dalga bilgileri ve dağıtım hattının diğer bilgilerine dayanarak, dağıtım şebekesi arıza özelliklerini çıkarmak için yapay zeka yöntemleri kullanılır ve dağıtım şebekesi anormal durum uyarısı ve doğru arıza konumlandırma için etkili hesaplama temeli sağlanır; Kirlilik, ağaç engelleri, buzlanma, yüzen nesneler, kopuk teller, yüksek dirençli topraklama arızaları veya dağıtım şebekesi izolatörlerinin anormal durumlarının dalga formu özelliklerini inceler, anormal dalga formu özellik parmak izi kütüphanesi oluşturur, arıza özellik faktörlerini çıkarır ve dağıtım hatlarının anormal durumlarını tanımlamak için özellik faktörü benzerlik uydurmasını kullanır.
- Dağıtım şebekesine dayalı geniş alan arıza konumlandırma yöntemi
Karma yer üstü kablo hatları, çoklu dal hatları ve değişken topoloji yapılarına sahip dağıtım şebekesi hatlarından ağ topolojisini yeniden yapılandırır ve dağıtım şebekeleri için geniş alan mesafe ölçümü ve kapsamlı optimizasyon yöntemlerini elde etmek üzere geniş alan ağı konumlandırma yöntemlerini kullanır.
- Gizli tehlikelerin çevrimiçi izlenmesi ve uyarılması
Yetersiz yalıtım mesafesinden kaynaklanan gizli tehlikeler, örneğin ağaç engelleri, kuş hasarı, yüzen nesneler, izolatör kirliliği ve buzlanma, flaşöverden önce zayıf seyahat eden dalga sinyalleri üretecektir. Seyahat eden dalga sinyali tel boyunca her iki uca iletilir, toplama hattındaki zayıf seyahat eden dalga sinyallerini izleyerek ve analiz ederek toplama hattındaki gizli tehlikelerin çift uçlu konumlandırmasını ve uyarılmasını sağlar.
3. Veri İletişimi ve Sistem Tasarım Teklifi
Dağıtık arıza izleme cihazı, arıza konumlandırma cihazı ve dağıtım hatları için arıza konumlandırma terminali, hepsi güç şirketi tarafından belirlenen APN kartlarını ve 4G veya 5G kablosuz iletişim yöntemlerini kullanır.
Şehir bürosunda bir dağıtım şebekesi arıza teşhis sistemi kurulması önerilmektedir. Sistem, sunuculara veya dağıtım şebekesi bulut ana istasyon platformlarına bağımsız olarak konuşlandırılabilir ve veri toplama için MQTT ve HTTP gibi iletişim protokolleri aracılığıyla mülk yönetim platformuna bağlanarak şehir genelinde dağıtım şebekesi arıza teşhisini sağlayabilir. Sistem, dağıtım şebekesi otomasyon sistemi ile entegre edilebilir.
4. Kurulum noktalarının seçimi ilkesi
Dağıtım şebekesi ilerleyen dalga konumlandırma ürünleri, iletim hatlarına kıyasla nispeten düşüktür. Dağıtım hatlarının gerilim seviyesi düşüktür ve arıza ilerleyen dalga sinyallerinin genliği nispeten düşüktür. Ayrıca, her dalga empedansı süreksizlik noktasından (hattın T teması, kablo ile havai hat arasındaki bağlantı noktası gibi) geçildiğinde, ilerleyen dalga sinyali kırılmaya ve yansımaya uğrayacak ve ilerleyen dalga sinyalinin genliği azalacaktır. Arıza ilerleyen dalga sinyalinin izleme cihazına iletildiğinde izleme cihazı tarafından algılanabilmesini sağlamak için, izleme cihazı genel olarak nokta seçimi ve kurulumu için 3-5 km'lik kurulum aralığı ilkesini takip eder. Spesifik gereksinimler aşağıdaki gibidir:
- Besleyici üzerine ve hattın T-bağlantı noktasına otomatik anahtarlar kurulduğunda, FTU ilerleyen dalga mesafe ölçüm terminalleri tercih edilir. Genel olarak, hattın başında ve sonunda devre kesicinin yakınına bir set ilerleyen dalga konumlandırma cihazı kurulur ve hattın ortasındaki kurulum, hattın uzunluğuna ve kol hatlarının durumuna bağlıdır. Ortada kol hatları yoksa, yaklaşık 5 kilometre aralıklarla bir set kurulabilir. Birden fazla kol varsa, maksimum 3 kol aralığında bir set kurulmalıdır (200 metreden kısa kollar göz ardı edilebilir). Ortada birden fazla kol hattı olduğunda, izleme cihazları arasındaki mesafe 3 kilometreyi geçmemelidir.
- Dağıtım transformatörlerini seçin ve kol hatlarının önünde ve sonunda yaklaşık 1 kilometre mesafede ilerleyen dalga mesafe ölçüm terminalleri kurun, arada en fazla 2 alt kol hattı olması önerilir.
- Aynı kurulum noktasının yakınında seçilebilecek birden fazla dağıtım transformatörü olduğunda, ilerleyen dalga mesafe ölçüm terminalini kurmak için daha büyük kapasiteli transformatörün seçilmesine öncelik verilmelidir.
5. Dağıtım hatlarının gizli tehlike uyarısı ve arıza konumlandırması için ayrıntılı tasarım şeması
Aşağıda pilot hatlar olarak 5 dağıtım hattı yer almaktadır: Şekil 5.1-5.5'te gösterildiği gibi.
Şekil 5.1 Pilot Rota 1
Şekil 5.2 Pilot Rota 2
Şekil 5.3 Pilot Rota 3
Şekil 5.4 Pilot Rota 4
Şekil 5.5 Pilot Rota 5
Giriş
