【導讀】在能源格局不斷變化的今天，停電仍會引起企業(yè)關鍵運營的中斷，例如生產(chǎn)流程，從而造成巨額損失。此外，某些老舊的電網(wǎng)設備仍在全世界運行，而在有些地區(qū)，用電風暴變得越來越常見。面對這些嚴峻挑戰(zhàn)，電力公司可采取多種方法來應對未來服務中斷的風險，包括實現(xiàn)配電網(wǎng)絡的現(xiàn)代化、分布式配電網(wǎng)絡、雇傭更多線路維修人員等。由于存在不同程度的成本、技術風險和社會效益問題，所有這些方法都很復雜，難以評估。
電力公司最近關注的重點措施是安排、雇傭、培訓更多線路維修人員來改善停電響應，為客戶提供更好的服務。但在世界的許多地方，勞動力老齡化已是眾所周知的難題，越來越難以找到技術熟練的勞動力來填補線路人員缺口。為應對停電時間延長、客戶不滿意以及可能的政府干預等問題，電力公司需要更好的解決方案。如果能夠提高線路人員的工作效率，使他們縮短搜索斷線的時間，而把更多時間分配給實際的維修工作和高優(yōu)先級的維護任務，以上問題無疑將得到很大改善。
在電網(wǎng)節(jié)點捕獲數(shù)據(jù)是關鍵
過去幾年，僅僅因為難以找到故障源，許多國家和地區(qū)發(fā)生了長時間停電事故。但是，電力公司應當如何改進配電網(wǎng)絡架構以更好地響應停電事故呢？答案是利用更先進的線路傳感器技術來降低系統(tǒng)成本，并將其部署到電力基礎設施的更多節(jié)點中。這種技術集成度高，有助于提高測量精度，降低功耗，減少維護工作量。
圖1. 被稱為故障指示器的節(jié)點監(jiān)控系統(tǒng)
新型線路傳感器的最常見應用場景之一是被稱為故障指示器的節(jié)點監(jiān)控系統(tǒng)，當用電線路故障發(fā)生時，它會檢測并發(fā)送警報，使得線路工作人員能夠在最短時間內(nèi)檢修故障設備。圖1所示為配電線路上使用的故障指示器。不同地區(qū)和不同供應商為該系統(tǒng)取的名稱不盡相同，比如線路監(jiān)視器、故障監(jiān)視器、故障電路指示器等。本文使用故障指示器這一通用術語來指稱該系統(tǒng)，并用線路傳感器來指稱用于檢測電力線路物理狀態(tài)的基礎技術。
圖2. 檢測電力線路物理狀態(tài)的線路傳感器
在地下線纜型故障指示器應用中，故障指示器位于每條主電纜的電纜端接處。故障上游的指示器會跳閘，而故障下游的指示器會保持非跳閘位置。這樣，服務團隊無需經(jīng)過耗時的故障隔離過程，便可輕松找出電纜或設備的故障部分。該地下線纜型故障指示器應用包括變壓器、開關設備、機柜、接線盒、拼接等。在架空型故障指示器應用中，故障指示器上顯眼的顯示屏可將線路工作人員指引到問題所在部分。該架空型故障指示器應用包括無保險絲抽頭、帶中線重合器的長饋線、分區(qū)開關設備、換接裝置、饋線等。
現(xiàn)有故障指示器面臨兩大挑戰(zhàn)：1) 批量采購成本高昂；2) 需要經(jīng)常維護才能正常工作。電力公司的預算和資源有限，面對高昂的累計采購成本和大量的經(jīng)常性維護工作，往往無法在龐大的電力基礎設施中部署更多故障指示器。
通過更先進的電源管理改善故障指示器
為了應對這些挑戰(zhàn)，ADI公司針對故障指示器開發(fā)了一種新型線路傳感器架構，它能高效采集電能，而且只需更少的維護（圖3）。
圖3. 采集電能的故障指示器設計
采集電能的故障指示器基本功能看起來簡單，但設計相當復雜，尤其是電源架構。其中不僅存在三個獨立電源（電力線路傳感器、充電電池和超級電容），而且必須有一個控制算法，用來平衡變化的供電條件和變化的負載條件——所有這些設計的目的是保證始終聯(lián)網(wǎng)工作。關鍵創(chuàng)新是一種新型多電源路徑設計技術，它支持系統(tǒng)更快啟動、功耗更低和運行更平穩(wěn)。通過采用更好的電源管理，電池更換的頻率會降低，線路工作人員執(zhí)行系統(tǒng)檢查的次數(shù)會減少，因而故障指示器所需的維護會減少。
新型故障指示器設計還能利用更復雜的數(shù)據(jù)收集技術和更魯棒的無線通信來提升性能。通過高速精密轉(zhuǎn)換器以遠高于電力線路頻率的數(shù)據(jù)速率收集電力線路信息，它們能捕獲更高精度的數(shù)據(jù)。集成短波無線電和GSM協(xié)議等無線通信，也能擴大這些設備的覆蓋范圍。故障指示器可以傳輸數(shù)據(jù)和報告其狀態(tài)，這樣線路工作人員搜索故障所花的時間會減少，因而有更多時間來排除故障。
圖4. 將地下故障指示器狀態(tài)報告給地上人員
大數(shù)據(jù)分析成為可能，以實現(xiàn)更高的能源智能采用先進線路傳感器技術的故障指示器為電力公司轉(zhuǎn)變運營方式提供了機會。在精度更高、聯(lián)網(wǎng)能力更好、維護成本更低的節(jié)點處收集數(shù)據(jù)，電力公司便可更快速且更有把握地識別并響應停電事故。不僅如此，還有更多的可能性值得考慮。例如，一整片區(qū)域內(nèi)的所有故障指示器都能提供歷史數(shù)據(jù)和警報，這使得電力公司可以應用機器學習算法和大數(shù)據(jù)分析來提高線路工作人員的作業(yè)效率，降低運營支出，實現(xiàn)更好的業(yè)務績效。
結(jié)語
由于難以定位問題來源，電力公司客戶仍會經(jīng)歷長時間的停電事故。解決這一困境的一個辦法是更廣泛地采用故障指示器。但是，當今的故障指示器有兩大缺點：批量采購成本高昂且需要定期維護。
針對故障指示器的新型線路傳感器技術克服了上述挑戰(zhàn)，能夠高效率采集電能，并且只需很少的維護。未來，電力公司可以利用新一代故障指示器來縮短停電時間，降低運營支出，令客戶更加滿意。
作者簡介
Swarnab Banerjee (B.S.E.E.)是ADI公司能源管理產(chǎn)品部的系統(tǒng)工程經(jīng)理。他負責應對智能電網(wǎng)相關的電力輸送和轉(zhuǎn)換設備不斷增長的技術需求。加入ADI之前，他曾擔任Core Innovation、Boulder Wind Power、Princeton Power Systems等公司的技術領導崗位，開發(fā)過多種輸配電系統(tǒng)。他擁有2項已授權專利和3項待審專利。
推薦閱讀：
