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【關鍵詞】CPPS；同步PMU；開放式通信；分布式控制

【Abstract】The construction of future smart grid became achievable due to the rapid development of embedded system， computing technology and communications technology. Modeling of Cyber-Physical Power System which based on CPS technology gave a new way to build the future smart grid. The platform of CPPS was studied and analyzed in a preliminary step. Synchronous PMU， open communication network， distributed control which was applied to CPPS was introduced.

【Key words】CPPS； Synchronous PMU； Open communication network； Distributed control

0 引言

受能源危機、環(huán)保壓力的推動，以及用戶對電能質(zhì)量（QoS）要求的不斷提高，當代電力系統(tǒng)不再符合社會的發(fā)展需求，智能電網(wǎng)（Smart Grid）成為未來電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。智能電網(wǎng)的發(fā)展原因主要有以下幾個方面：

1）分布式電源（Distributed Generation，DG）大量接入電網(wǎng)導致的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。由于DG的大量接入使電網(wǎng)變成一個故障電流和運行功率雙向流動的有源網(wǎng)絡，增加了系統(tǒng)的復雜度和脆弱度，因此亟需發(fā)展智能電網(wǎng)以解決DG大量接入電網(wǎng)導致的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。

2）電力用戶對電能質(zhì)量（QoS）要求的不斷提高?，F(xiàn)代社會短時間的停電也會給高科技產(chǎn)業(yè)帶來巨額的經(jīng)濟損失，近年來發(fā)生的大停電事故更是給社會帶來了難以估量的經(jīng)濟損失。因此，亟需建立堅強自愈的智能電網(wǎng)以提供優(yōu)質(zhì)的電力服務。

論文主體結構如下：第1部分介紹了近年來信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System ，CPS）技術的發(fā)展以及CPS與智能電網(wǎng)的相互關系；第2部分介紹了電力信息物理融合系統(tǒng)（Cyber-Physical Power System，CPPS）的硬件平臺模型；第3部分介紹了同步相量測量裝置（Phasor Measurement Units，PMU）技術；第4部分對CPPS中的開放式通信網(wǎng)絡進行了初步分析；第5部分對CPPS的分布式控制技術進行了簡單介紹；最后第6部分做出全文總結。

1 CPS與智能電網(wǎng)的相互關系

CPS技術的發(fā)展得益于近年來嵌入式系統(tǒng)技術、計算機技術以及網(wǎng)絡通信技術等的高速發(fā)展，其最終目標是實現(xiàn)對物理世界隨時隨地的控制。CPS通過嵌入數(shù)量巨大、種類繁多的無線傳感器而實現(xiàn)對物理世界的環(huán)境感知，通過高性能、開放式的通信網(wǎng)絡實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部安全、及時、可靠地通信，通過高精度、可靠的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實現(xiàn)自主協(xié)調(diào)、遠程精確控制的目標[1]。

CPS技術已經(jīng)在倉儲物流、自主導航汽車、無人飛機、智能交通管理、智能樓宇以及智能電網(wǎng)等領域得以初步研究應用[2]。

將CPS技術引入到智能電網(wǎng)中，可以得到電力信息物理融合系統(tǒng)（Cyber-Physical Power System，CPPS）的概念。為了分析CPPS與智能電網(wǎng)的相互關系，首先簡單回顧一下智能電網(wǎng)的概念。目前關于智能電網(wǎng)的概念較多，并且未達成一致結論。IBM中國公司高級電力專家Martin Hauske認為智能電網(wǎng)有3個層面的含義：首先利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等環(huán)節(jié)的關鍵設備的運行狀況進行實時監(jiān)控；然后把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡系統(tǒng)進行傳輸、收集、整合；最后通過對實時數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達到對整個電力系統(tǒng)運行進行優(yōu)化管理的目的[3-4]。

從上文關于CPS和智能電網(wǎng)的介紹中可以看出，CPS與智能電網(wǎng)在概念上有相通之處，它們均強調(diào)利用前沿通信技術和高端控制技術增強對系統(tǒng)的環(huán)境感知和控制能力。因此，在CPS基礎上建立的CPPS為促進電力一次系統(tǒng)與電力信息系統(tǒng)的深度融合，最終實現(xiàn)構建完整的智能電網(wǎng)提供了新的思路和實現(xiàn)途徑。

2 CPPS的硬件平臺架構

基于分布式能源廣泛接入電網(wǎng)所引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題以及建立堅強自愈智能電網(wǎng)的總體目標，建立安全、穩(wěn)定、可靠的智能電網(wǎng)成為未來電力系統(tǒng)研究的重要方向，同時也是CPPS研究的主要內(nèi)容。

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)監(jiān)測手段主要有基于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)監(jiān)測的SCADA/EMS系統(tǒng)和側重于電磁暫態(tài)過程監(jiān)測的各種故障錄波儀，保護控制方式主要有基于SCADA主站的集中控制方式和基于保護控制裝置安裝處的就地控制方式[5]。就地控制方式易于實現(xiàn)，并且響應速度快，但是由于利用的信息有限，控制性能不夠完善，不能預測和解決系統(tǒng)未知故障，對于電力系統(tǒng)多重反應故障更不能準確動作。集中控制方式利用系統(tǒng)全局信息，能夠優(yōu)化系統(tǒng)控制性能，但是計算數(shù)據(jù)龐大、通信環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)響應速度慢，并且現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)主要對電力系統(tǒng)進行穩(wěn)態(tài)分析，不能對電力系統(tǒng)的動態(tài)運行進行有效地控制。

針對目前電力系統(tǒng)監(jiān)測、控制手段的不足，要建立堅強自愈的未來智能電網(wǎng)，必須建立相應的廣域保護的實時動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，CPPS的硬件平臺就是在此基礎上建立起來的。

CPPS的硬件平臺6層體系架構如圖1所示，主要包括：物理層（電力一次設備）、傳感驅(qū)動層（同步PMU）、分布式控制層（智能終端單元STU、智能電子裝置IED等）、過程控制層（控制子站PLC）、高級優(yōu)化控制層（SCADA主站控制中心）和信息層（開放式通信網(wǎng)絡）。

其中，底層的物理層是指電力系統(tǒng)的一次設備，如發(fā)電廠、輸配電網(wǎng)等。傳感驅(qū)動層主要用于對電力系統(tǒng)的動態(tài)運行參數(shù)進行實時監(jiān)控，測量參數(shù)包括電流、電壓、相角等，在CPPS中廣泛使用的測量裝置是同步PMU。分布式控制層主要包括各STU/IED，為廣域保護的分布式就地控制提供反饋控制回路。過程控制層主要指樞紐發(fā)電廠和變電站的控制子站，是CPPS的重要組成部分，通過收集多個測量節(jié)點的數(shù)據(jù)信息，建立系統(tǒng)層面的控制回路，并做出相應的控制決策。高級優(yōu)化控制層是指調(diào)度中心控制主站，主要為電力系統(tǒng)的動態(tài)運行提供人工輔助優(yōu)化控制。頂層的信息層即智能電網(wǎng)的開放式通信網(wǎng)絡，注意信息層并不是單獨的一層，而是重疊搭接CPPS的各個分層，為CPPS內(nèi)部各組件提供安全、及時、可靠的通信。

上文給出了CPPS的硬件平臺模型，但要在電力系統(tǒng)中具體實現(xiàn)CPPS，涉及諸多方面的技術難題，下面對CPPS中的同步PMU、開放式通信網(wǎng)絡以及分布式控制等分別加以簡單介紹。

3 同步PMU測量技術

同步PMU是構建CPPS的基礎，它為CPPS中廣域保護的動態(tài)監(jiān)測提供了豐富的測量數(shù)據(jù)。同步PMU裝置主要對電力系統(tǒng)內(nèi)部的同步相量進行測量和輸出，裝設點包括大型發(fā)電廠、聯(lián)絡線落點、重要負荷連接點以及HVDC、SVC等控制系統(tǒng)，測量數(shù)據(jù)包括線路的三相電壓、三相電流、開關量以及發(fā)電機端的三相電壓、三相電流、開關量、勵磁電流、勵磁電壓、勵磁信號、氣門開度信號、AGC、AVC、PSS等控制信號[6]。利用測得的數(shù)據(jù)可以進行系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度分析，為電力系統(tǒng)的動態(tài)控制提供依據(jù)。

同步PMU的硬件結構框圖如圖2所示。

其中，GPS接收模塊將精度在±1微秒之內(nèi)的秒脈沖對時脈沖與標準時間信號送入A/D轉(zhuǎn)換器和CPU單元，作為數(shù)據(jù)采集和向量計算的標準時間源。由電壓、電流互感器測得的三相電流、電壓經(jīng)過濾波整形和A/D轉(zhuǎn)換后，送到CPU單元進行離散傅里葉計算，求出同步相量后再進行輸出。注意，發(fā)電機PMU除了測量機端電壓、電流和勵磁電壓、電流以外，還需接入鍵相脈沖信號用以測量發(fā)電機功角[7]。

4 CPPS的開放式通信網(wǎng)絡

建立CPPS的開放式通信網(wǎng)絡，應該在保證安全、及時、可靠的通信的基礎上，使系統(tǒng)具有高度的開放性，支持自動化設備與應用軟件的即插即用，支持分布式控制與集中控制的結合。對于建立的開放式通信網(wǎng)絡，需要進行通信實時性分析、網(wǎng)絡安全性和可靠性分析。

4.1 IEC 61850標準的應用

IEC 61850標準作為新一代的網(wǎng)絡通信標準而運用于智能變電站中，支持設備的即插即用和互操作，使智能變電站具有高度的開放性。IEC 61850標準是智能變電站的網(wǎng)絡通信標準，同時正在進一步發(fā)展成為智能電網(wǎng)的通信標準[8]，因此，使用IEC 61850作為CPPS通信網(wǎng)路的通信標準是最佳選擇。

IEC 61850的核心技術[9]包括面向?qū)ο蠼＜夹g、XML（可擴展標記語言）技術、軟件復用技術、嵌入式操作系統(tǒng)技術以及高速以太網(wǎng)技術等。

4.2 通信網(wǎng)絡配置與分析

對于CPPS開放式通信網(wǎng)絡的網(wǎng)絡配置，可參考智能變電站的三層二網(wǎng)式網(wǎng)絡結構配置，構建CPPS的3層式通信網(wǎng)絡，如圖3所示。

其中，底層為位于發(fā)電廠、變電站和重要負荷處的大量PMU、STU/IED，分別負責采集實時信息和執(zhí)行保護控制功能。中間層為控制子站（過程控制單元PLC），每個控制子站與多個PMU、STU/IED相連，以完成該分區(qū)系統(tǒng)層面的保護控制，并根據(jù)需要將數(shù)據(jù)上傳到SCADA主站控制中心。SCADA主站控制中心接收各控制子站的上傳數(shù)據(jù)，處理以后將控制信息下發(fā)到各控制子站，以實現(xiàn)CPPS的廣域保護控制功能。注意，各層設備均嵌入GPS實現(xiàn)精確對時，保證全系統(tǒng)的同步數(shù)據(jù)采樣。

5 CPPS的分布式控制機理

要建立堅強自愈的智能電網(wǎng)，必須利用新型控制機理建立可靠的電力控制系統(tǒng)。根據(jù)電力故障擴大的路徑和范圍以及故障的時間演變過程，文獻[10-11]中提出建立時空協(xié)調(diào)的大停電防御框架，建立了電力系統(tǒng)的3道防線，為實現(xiàn)智能電網(wǎng)的廣域動態(tài)保護控制奠定了良好的基礎。

電力系統(tǒng)的分布式控制（Distributed Control，DC）是相對于傳統(tǒng)的SCADA主站集中控制方式而言的，指的是多機系統(tǒng)，即用多臺計算機（指嵌入式系統(tǒng)，包括PLC控制子站和STU/IED等）分別控制不同的設備和對象（如發(fā)電機、負荷、保護裝置等），各自構成獨立的子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間通過通信網(wǎng)絡互聯(lián)，通過對任務的相互協(xié)調(diào)和分配而完成系統(tǒng)的整體控制目標[12]。分布式控制的核心特征就是“分散控制，集中管理”。在電力系統(tǒng)的3道防線的基礎上，結合分布式控制技術，建立CPPS的3層控制架構，如圖4所示。

其中，分布式控制層主要是在故障發(fā)生的起始階段（緩慢開斷階段）采取的控制措施，其控制目標應該是保證系統(tǒng)在不嚴重故障下的穩(wěn)定性，防止故障的蔓延。過程控制層是在系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生嚴重故障時（級聯(lián)崩潰開始階段）所采取的廣域緊急控制措施，需要付出較大的代價。通常針對可能會使系統(tǒng)失穩(wěn)的特定故障，往往需要投切非故障設備以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。廣域的緊急控制措施應該在故障被識別出的第一時間立即實施，控制措施實施越晚，控制效果越差。優(yōu)化控制層是在前兩層控制均拒動或欠控制而沒有取得控制效果，同時在檢測到各種不穩(wěn)定現(xiàn)象后所采取的控制措施，通常需要進行多輪次的切負荷和振蕩解列。在電力恢復階段，要有自適應的黑啟動和自痊愈的控制方案。

6 結語

將CPS方法引入到電力系統(tǒng)中，建立CPPS的模型平臺，為建立堅強自愈的智能電網(wǎng)提供新的思路。文中對CPPS中的同步PMU測量技術、開放式通信網(wǎng)絡技術、分布式控制技術分別進行了簡單介紹。

【參考文獻】

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[10]Kunder. Power system stability and control[M].北京：中國電力出版社.

篇2

關鍵詞：大數(shù)據(jù)分析；電力通信設備檢修；自動分析平臺

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.164

0 前言

電力通信網(wǎng)絡是國家電網(wǎng)公司除電網(wǎng)外的實體網(wǎng)絡，是國家電網(wǎng)公司在發(fā)展過程中的重要組成部分，是國家電網(wǎng)公司安全生產(chǎn)的保障，也是各類電力調(diào)度生態(tài)和信息管理業(yè)務的主要載體，只有做好電力通信設備檢修工作，才能有效地促進電力行業(yè)快速發(fā)展，保證電力設備的使用安全。

1 大數(shù)據(jù)下的電力通信概述

1.1 網(wǎng)絡拓撲結構分析

隨著社會不斷的發(fā)展，大數(shù)據(jù)的時代已經(jīng)到來，大數(shù)據(jù)被人們稱作為一種巨量的資料信息，需要全新的處理模式才能保證數(shù)據(jù)信息處理過程中具有較強的決策力、觀察力和流程優(yōu)化能力，同時還可以在一定程度上增加數(shù)據(jù)信息的資產(chǎn)[1]。將大數(shù)據(jù)融入到電力通信設備檢修工作中，可以有效的提高檢修工作的質(zhì)量與效率?，F(xiàn)階段，我國電力通信網(wǎng)絡比較常見的網(wǎng)絡組成方式主要有SDH網(wǎng)絡，該系統(tǒng)在使用過程中主要以星型、鏈型、環(huán)型的形式出現(xiàn)，并以電力通信傳送網(wǎng)網(wǎng)絡的形式進行操作，如圖一所示。使用大數(shù)據(jù)將其中的數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理，只有這樣才能將電力通道傳輸系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，從而促進電力行業(yè)快速發(fā)展。但是在實際應用過程中，常常會限制一些電力網(wǎng)路規(guī)模的建設，要想改變這一現(xiàn)狀就需要采用混合的電力通信網(wǎng)絡以組成的方式進行。對于電力通信網(wǎng)絡來說，可以根據(jù)網(wǎng)絡的主要形式將其制作成對應的雙纖環(huán)網(wǎng)構架，從而提高電力通信設備的安全性與可靠性。

1.2 業(yè)務在通信網(wǎng)中的承載關系

大數(shù)據(jù)在分析電力通信設備影響業(yè)務自動分析平臺時，常常將業(yè)務在通信網(wǎng)中的承載關系進行劃分，主要包括了以下幾點：（1）底層承載平面：如圖1所示.使用專業(yè)的MSTP傳輸系統(tǒng)，將網(wǎng)絡進行傳輸與重組；（2）業(yè)務網(wǎng)絡平面：主要包括了相關數(shù)據(jù)網(wǎng)絡、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡、行政交網(wǎng)絡等部分。其中的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡主要包括了電力通信網(wǎng)絡，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡將其中的數(shù)據(jù)信息進行傳遞[2]。不同網(wǎng)絡系統(tǒng)所承載的網(wǎng)絡業(yè)務都可以進行實時交換，提高數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換的準確性；（3）業(yè)務平面：該業(yè)務主要包括了語音業(yè)務、行政電話業(yè)務、數(shù)據(jù)調(diào)度業(yè)務等部分組成。并通過大數(shù)據(jù)將其中的業(yè)務數(shù)據(jù)進行分析，只有這樣才能保證業(yè)務數(shù)據(jù)信息可以正常傳遞下去。

2 大數(shù)據(jù)下的電力通信SDH傳送網(wǎng)絡保護機制

2.1 SDH網(wǎng)絡中的設備保護

要想通過大數(shù)據(jù)對電力通信設備的影響業(yè)務自動化進行分析，就需要使用SDJ網(wǎng)絡設備保護系統(tǒng)，根據(jù)電力通信的現(xiàn)狀為其制定有效的保護機制。在一般情況下，保護機制會在一些單獨的網(wǎng)元設備中進行運行，并對網(wǎng)元設備中的電源盤、主控板卡、支路板進行保護，從而保證電力通信設備可以正常運行下去[3]。

2.2 SDH網(wǎng)絡中的線路保護

SDH網(wǎng)絡在對電力通信進行保護時，常常會以多元化的形式進行，只有這樣才能保證電力通信設備可以正常進行傳輸工作。SDH網(wǎng)絡下的相關線路主要由子網(wǎng)連接、復用段保護而形成的。其中的子網(wǎng)連接保護可以將其在各個網(wǎng)絡通訊中進行應用，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。使用該網(wǎng)絡還有這、傳輸數(shù)據(jù)較快，隨意換轉(zhuǎn)等作用；而復合段保護與子網(wǎng)連接的差距較大，主要體現(xiàn)在對電力通信終端口級的保護，保護設備可以正常運行，完成現(xiàn)對應的工作[4]。但是在使用過程中不適合將在電力通信通道中進行應用。同時還可以使用1+1的形式進行復合段的保護。

3 大數(shù)據(jù)下的電力通信設備檢修影響業(yè)務分析系統(tǒng)實現(xiàn)

要想使用大數(shù)據(jù)對電力通信設備檢修影響業(yè)務平臺分析系統(tǒng)實現(xiàn)，就需要做到以下幾點：（1）檢修分析對象，了解分析對象，并將電力通信中的主板卡、網(wǎng)元、光纜纖芯、光纜段進行定期檢修，只有這樣才能保證電力通信設備的使用安全；（2）做好電力通信分析工作，并將其進行定期檢修做好檢修工作的記錄，總結其中的數(shù)據(jù)信息，使用大數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)進行分析，找出電力通信設備中所在的問題；（3）分析步驟，在使用大數(shù)據(jù)對電力通信設備數(shù)據(jù)進行檢修時，要對業(yè)務、板卡、線路板、支路板進行檢測，并了解其中所承載的業(yè)務數(shù)據(jù)。在檢查過程中，如果要對板卡進行檢查的話就需要將原有的業(yè)務狀態(tài)進行終端。如果的交叉版、時鐘版的話就需要找出其中的網(wǎng)元承載業(yè)務。如果是一些備用卡板的話就需要將業(yè)務進行停止使用，將其中的相關線路進行日常檢查，只有這樣才能保證電力通信設備的使用安全。

4 總結

電力通信業(yè)務的主要核心內(nèi)容與電力通信網(wǎng)絡的運行穩(wěn)定性有著非常重要的關系，同時也是保障人們用電安全的關鍵之一。隨著社會不斷的發(fā)展，我國電力網(wǎng)絡規(guī)模不斷擴大，這在一定程度上提高了電力運營的難度，對電力通信業(yè)務的需求也越來越高。因此，大數(shù)據(jù)融入到電力通信業(yè)務中去才能滿足現(xiàn)代化社會的需求，并做好網(wǎng)絡電力通信業(yè)務，從而促進電力企業(yè)快速發(fā)展，提高社會經(jīng)濟效益。

參考文獻：

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篇3

【關鍵詞】電力；自動化；通信網(wǎng)絡；分析

1 電力自動化的通信方式

通信系統(tǒng)是實現(xiàn)電力自動化系統(tǒng)的基礎，電力系統(tǒng)自動化對通信系統(tǒng)的要求取決于計劃實現(xiàn)的自動化水平、電力系統(tǒng)自動化的規(guī)模和復雜程度等因素。針對電力自動化系統(tǒng)及其特點，通信系統(tǒng)應具有以下特性：

（1）保證通信可靠性；

（2）滿足目前和適應將來的數(shù)據(jù)傳輸速率；

（3）雙工通信（個別情況下可用單工）；

（4）通信不能受停電和故障的影響；

（5）易于操作且維護工作量小

（6）保證建設費用。

下面對目前新興的幾種通信方式作相應介紹：

1.1 擴頻通信方式

擴頻通信是一種先進的信息傳輸方式，其信號占用的帶寬遠大于一般常規(guī)通信方式所需的最小帶寬。頻帶的展寬是通過編碼及調(diào)制的方法來實現(xiàn)的，與所傳送的信息數(shù)據(jù)無關。接收端則用相同的擴頻碼進行相關解調(diào)來解擴并恢復信息數(shù)據(jù)。

在無線電通信中射頻信號的帶寬與所傳信息的帶寬是相比擬的。如用調(diào)幅信號來傳送語聲信息，其帶寬為語聲信息帶寬的兩倍。現(xiàn)今使用的電話、廣播系統(tǒng)中，無論是采用調(diào)幅、調(diào)頻或脈沖編碼調(diào)制制式，處理增益值一般都在十多倍范圍內(nèi)，統(tǒng)稱為“窄帶通信”。而擴頻通信的處理增益值高達數(shù)百、上千，稱為“寬帶通信”。一般說來，擴頻通信最初是在軍事、公安通信中應用，后又發(fā)展到個人業(yè)余通信、體育競賽通信、證卷交易所通信和數(shù)字立體聲廣播等。擴頻通信應用于電力部門是在該技術解密以后，是在地調(diào)或縣調(diào)通信中最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N新型通信方式。這是人們在電力自動化系統(tǒng)中的實際應用方面正在努力探索的一種通信方式，重點在于組網(wǎng)技術。擴頻通信可組織綜合通信業(yè)務，同時傳輸話音、數(shù)據(jù)和圖像信號，有豐富的接口終端，可接電話機、交換機和調(diào)度總機，以及配電自動化系統(tǒng)終端設備等。

1.2 光纖通信

自光纖通信問世以來的短短一二十年間，其發(fā)展異常迅速，光纖通信的傳輸速率不斷提高，無中繼傳輸距離逐步加長。許多國家已建立了不同規(guī)模的光纖通信網(wǎng)絡，一般是首先應用于市內(nèi)局間中繼、長途干線，繼而廣泛應用于電力、鐵道、公路、化工、公安等部門的專用網(wǎng)。光纖局部區(qū)域網(wǎng)、用戶網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展也很迅速。隨著波分復用技術的日趨成熟，光纖巨大的帶寬資源得以充分利用，使得一根光纖的傳輸容量很快地擴大幾倍至幾十倍。

光纖通信的主要特點有：頻帶寬、通信容量大；損耗低、中繼距離長；可靠性高、抗電磁干擾能力強；通信網(wǎng)絡具有自愈功能；無串話干擾、保密性好；線徑細、重量輕、柔軟；節(jié)約有色金屬，原材料資源豐富；隨著光纖成本不斷下降，其經(jīng)濟效益也越來越顯著，光纖通信也逐漸成為電力自動化通信的主力軍。

1.3 電力線載波通信（PLC）

用電力線實現(xiàn)可靠的通信一直是電力工業(yè)界致力研究的課題之一。經(jīng)過幾十年的努力，輸電線上的電力線載波通信已由過去專門提供話音業(yè)務發(fā)展到傳輸繼電保護、遠動、計算機控制信息等綜合業(yè)務，逐漸接近了實用化和商業(yè)化階段。

在配電網(wǎng)電力線上實現(xiàn)通信與在輸電網(wǎng)電力線上實現(xiàn)通信其基本原理相同，但兩者的環(huán)境條件有很大不同。首先，在設計通信系統(tǒng)時的最基本要求是保證有足夠大的信噪比，相比之下配電網(wǎng)電力線上的噪聲與干擾是非常嚴重的。其次還有配電網(wǎng)絡的阻抗隨之發(fā)生變化引發(fā)的問題以及信號的失真問題。

隨著遠程自動化抄表、電力負荷管理、配電網(wǎng)絡信息管理、智能住宅小區(qū)等技術市場的迅猛發(fā)展，各國電力部門對開發(fā)以中低壓配電網(wǎng)電力線為媒介的電力通信系統(tǒng)表現(xiàn)出極大的興趣。美國的PLC產(chǎn)品已經(jīng)越來越多的用于公共事業(yè)和商業(yè)服務，預計到2002年銷售額可達10億美元。韓國將投資1780萬美元開發(fā)研制2～10Mbps的電力線路調(diào)制解調(diào)器，并將在今后5年內(nèi)為韓國帶來50億美元的收益。利用配電線傳輸高速數(shù)據(jù)信息可以使電網(wǎng)管理更加規(guī)范合理，對實現(xiàn)電能和高速數(shù)據(jù)的雙重傳輸具有重要的實際意義。此外，電力公司本身即具有網(wǎng)絡遍及所有家庭和單位的先天優(yōu)勢，由此帶來的網(wǎng)絡投資費用的節(jié)省極為可觀，而且隨著互連網(wǎng)的發(fā)展，可以為用戶提供更廣泛、更全面的服務。

2 電力自動化通信網(wǎng)絡的建議模式

從目前來看，國內(nèi)在電力自動化的通信方式方面還沒有一個具體的標準，不僅如此，從科研和開發(fā)階段來說基本上是屬于起步階段，因此，在實際應用方面往往會缺少一些現(xiàn)成的可供參考的標準模式。對于本文前面部分所講的幾種通信方式，可以說各有優(yōu)缺點，但還沒有一種通信方式能夠完全滿足這種網(wǎng)絡復雜、點數(shù)多、可靠性要求高的電力系統(tǒng)自動化通信。為了讓這個問題逐漸得以解決，可以在現(xiàn)場的實際應用中多設置一些試點，對每種通信方式的性能、可靠性和價格等方面做詳細比較，根據(jù)比較結果選擇合適的通信方式作為將來電力系統(tǒng)自動化通信的主要模式并加以推廣應用，以下將提出一套電力自動化通信網(wǎng)絡的建議模式，該模式的指導思想在于：在沒有一個完全滿足和適合電力系統(tǒng)自動化的通信方式之前，應當綜合利用現(xiàn)階段這些通信方式的各自優(yōu)點來組織一個分區(qū)分層的配電自動化通信網(wǎng)絡。

第一層：市區(qū)的電力系統(tǒng)自動化分站和配電管理中心之間的通信可以通過目前規(guī)劃的光纖網(wǎng)絡來完成，而外縣市電力自動化分站與配電管理中心之間的通信則通過目前規(guī)劃的SDH微波通信進入市區(qū)光纖網(wǎng)絡后送到配電管理中心。

第二層：每一個電力自動化分站負責本區(qū)的電力自動化信息的處理并負責與配電管理中心的聯(lián)系，對于本區(qū)所在的如變電所、大用戶、主要線路開關站等主要站點與配電自動化分站之間的通信可以采用光纖通信或一點多址無線通信方式來完成。

第三層：對于每個變電所所帶的一些小的配電站和線路開關等與變電所之間可以采用擴頻通信、800MHz窄帶無線通信方式或電力線載波的通信方式。

第四層：對于居民區(qū)內(nèi)部讀表、負荷控制、自動供電和調(diào)節(jié)電表等一些服務，可以通過前面所述的電力線調(diào)制解調(diào)器利用已經(jīng)布好的低壓電力線進行通信。這一層的實現(xiàn)屬于將來配電自動化的發(fā)展相對成熟以后的事務范疇，在此基礎上進一步實現(xiàn)用戶端的自動控制和抄表等，或者目前新建小區(qū)需要和提前考慮的部分，它屬于自動化發(fā)展的方向和最終目的。

3 結語

通信技術與計算機技術的飛速發(fā)展為電力系統(tǒng)運行、維護、控制和管理實現(xiàn)自動化提供了先進的工具和技術基礎，龐大而復雜的電力系統(tǒng)要組成綜合自動化系統(tǒng)，必須有先進、可靠的通信網(wǎng)絡系統(tǒng)支撐，同時也要求通信系統(tǒng)能抵御來自于閃電、電暈、開關操作等產(chǎn)生的強電磁干擾。在設計和選擇電力自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)的結構和產(chǎn)品時應當根據(jù)配電站的實際需求、地理位置和規(guī)模進行綜合的考慮，只有這樣才能夠讓電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、有效運行。

參考文獻：

[1]張莘茸.探討電力自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全[J].科技資訊，2011（02）.

篇4

關鍵詞：電力營銷；數(shù)據(jù)分析；實時監(jiān)控；月度分析

中圖分類號：TP39文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）05-0317-01

1凱里供電局營銷工作概況

凱里供電局系中國南方電網(wǎng)公司和貴州電網(wǎng)公司領導下的國家大二型企業(yè)，擔負供電轄區(qū)內(nèi)15個縣（市）及湘黔電氣化鐵路的電能供應、銷售與服務任務，并為黔電入粵、黔電入湘的重要通道，為貴州電網(wǎng)公司代管縣局最多（15個）的供電企業(yè)。該局年售電量40億千瓦時，轄區(qū)內(nèi)高能耗負荷企業(yè)占總負荷70％左右，該局目前營銷工作面臨負荷結構不合理、代管縣局多的復雜管理形勢。如何有效的調(diào)動代管縣局主動做好轄區(qū)內(nèi)的營銷服務工作，培育更多優(yōu)質(zhì)負荷，提高企業(yè)的營銷經(jīng)營業(yè)績，成為該局營銷管理工作的研究重點。為此，該局通過建立電力營銷數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，客觀公正地評價下屬業(yè)績，導入競爭機制，不斷提高該局的營銷工作質(zhì)量。

2 建立實時數(shù)據(jù)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)

凱里供電局針對需要實時控制的電量及電費回收等指標推行日報表和帳目日報表、周期性報表制度，建立起銷售狀況的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。這里重點介紹電量銷售日報表和電費回收進度表。

電費欠費說明：

1.凱里供電局本月應收15478萬，截至8月30日下午6:00,本月實收14090萬，欠費1388萬，回收率為91.03％。凱里系統(tǒng)本期合并口徑新增欠費953萬，月末應收電費余額增加額為673.57萬，其中城區(qū)供電分局直管客戶欠費191萬（凱里紙廠欠費110萬，城區(qū)小客戶欠費81萬），直管縣局終端用戶欠費566萬（其中施秉恒盛公司欠495萬，市郊局小客戶欠23萬、鎮(zhèn)遠局小客戶欠47萬）；臺江局欠192萬。

2.注意問題：凱里城區(qū)小客戶本月欠費可能較多，要加大催費力度；同時對凱里紙廠進行跟蹤催費。

銷售異常勢頭，跟進弱勢區(qū)域、弱勢類別。

（2）電費回收進度表。

欠費數(shù)目越大，時間越長，追討的可能性就越小，控制應收賬款的通用原則是對賒銷客戶設定信用額度和信用期限。凱里供電局要求各分縣局和大客戶管理所在每月24日后按日上報電費回收進度表。每月最后兩天在早會上通報。一方面提醒各分縣局和部門注意正常欠費的關注和跟進；另一方面對異常欠款及時暴光，及時檢點，及時追究，從上至下形成對應收賬款追討的巨大壓力。

3 建立月度營銷分析制度，做好營銷數(shù)據(jù)的月度分析

對于市場營銷部而言，簡單地根據(jù)營銷數(shù)據(jù)考核各分縣局和部門工作沒有任何意義，重要的在于你能引入公平的評估模式，讓各分縣局和部門的營銷負責人心服口服。

完備科學的月銷售分析應達到以下目的：

（1）分析整個地區(qū)局的當月電量、線損、欠費余額，同期增長率，教上月成長率。

（2）引導各分縣局和部門營銷負責人關注自己的電力銷售和電費回收是否健康。

（3）引導各分縣局和部門營銷負責人關注當月重要客戶的銷售。

（4）排除市場容量不同、市場基礎不同等因素的干擾，客觀公正地評估各分縣局和部門的銷售貢獻。

這里以月度下網(wǎng)電量分析表進行說明：

通過此表我們可以看到凱里供電局當月的售電量、累計售電量、成長率、同期增長率等,還可以看到各類別電量及所占的比例。更重要的是,我們可以看到各分縣局的售電情況,排名情況,對各分縣局進行點評, 還可以要求后三名說明原因，給其營銷負責人相應的指導和壓力。

4 小結

通過建立有效的電力營銷數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，凱里供電局實現(xiàn)了實時的銷售監(jiān)控和周期性的分析反饋及控制，為提高企業(yè)經(jīng)營業(yè)績奠定了基礎。

參考文獻

［1］傅景偉.電力營銷技術支持系統(tǒng)［M］.中國電力出版社，2002.

［2］沈百新.利用專家系統(tǒng)預測地區(qū)用電負荷［M］.電力需求側管理，2005.

篇5

【關鍵詞】配電網(wǎng) 電壓分析 輔助決策

當前，用戶對配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的投訴主要集中在電壓偏差超差方面[1]。為了提升電壓質(zhì)量，同時提高專業(yè)管理水平，有必要建立一套輔助決策系統(tǒng)，以實現(xiàn)電壓偏差問題的自動定位和電壓治理措施的經(jīng)濟技術比較，從而給專業(yè)人員以最優(yōu)的參考。

1 總體思路

思路如下：由手工繪制或GIS系統(tǒng)導入形成基礎模型（模型連接配網(wǎng)元件庫），然后通過潮流計算發(fā)現(xiàn)問題所在，最后通過技術經(jīng)濟算法實現(xiàn)輔助決策。說明：①元件庫應包括配變、等效電源、線路、無功裝置、DG等；②應支持GIS導入；③對解決措施的校核需考慮未來負荷增長等情況。

2 幾個關鍵算法

2.1 配網(wǎng)潮流算法選擇

中低壓配電網(wǎng)運行方式多變，為了避免不正確合環(huán)，一般是放射狀運行，線路的R/X值較大，因此適合用前推回代型潮流計算方法。該方法比較成熟，限于篇幅，不再贅述。

2.2 電壓分析模型

在潮流計算基礎上，可獲取電壓幅值超差的節(jié)點，然后運用電壓分析模型進行“病癥”分析。為了簡化問題，我們規(guī)定本系統(tǒng)的輔助決策是基于單個措施的，即最后給出的措施建議只有一項（這也符合實際運維情況）；另外，判據(jù)全部采用國網(wǎng)或行業(yè)標準。電壓分析模型見圖1所示。

圖1 電壓分析流程

2.3 電壓治理措施的輔助決策

流程如下：開始獲取問題原因從知識庫獲取可能的解決措施計算各種解決措施的技術指標計算各種解決措施的經(jīng)濟指標選擇最優(yōu)措施結束。

3 應用實例

3.1 配網(wǎng)概況及潮流計算結果

以東部某村莊的低壓配網(wǎng)為例。S11-160kVA的配變低壓側出兩路線：一路長度700米，負荷16kW；另一路長度1500米，負荷28kW，線路型號均為BLVV-70，為0.85。

潮流計算結果：第一回線路首端電壓227V、末端電壓216V；第二回線路首端電壓227V、末端電壓174V。根據(jù)D類電壓合格率指標要求，D類電壓范圍應控制在198V～235.4V之間，因此第二回線的末端電壓顯然處于偏差超差狀態(tài)。

3.2 電壓分析

根據(jù)圖1流程，對第二回線進行建模并逐個改變因素后計算，發(fā)現(xiàn)：當功率因數(shù)由0.85提升到0.9，末端電壓178V，不合格；當導線截面由70mm提升到120mm后，末端電壓195V，不合格；當供電半徑縮短500m，末端電壓210V，合格。因此，對第二回線來說，“供電半徑”是敏感因素。

3.3 電壓治理措施的決策

就目前技術手段來看，要解決供電半徑過長，可采取的措施主要有加裝線路調(diào)壓器和新建電源點兩大類[3]。就本算例實際，具體為：

（1）線路調(diào)壓器：容量50kVA，變比1：1.15。

（2）新增電源點：10kV線路800m+50kVA變壓器。

運用文章構建的系統(tǒng)對兩種方案進行經(jīng)濟技術對比，結果見表1所示。其中，年綜合費用指初投資平均分攤到年（在各自運行壽命內(nèi)）+年運維費-年線損減少所帶來的電費節(jié)省。

表1 兩種措施的經(jīng)濟技術比對

項目

措施實施前/措施（1）實施/措施（2）實施

項目

措施實施前/措施（1）實施/措施（2）實施

末端U/V

174/206/205

年運維費/萬元

-/0.06/0.11

線損/kW

8.9/7.5/3.1

壽命/年

-/5/12

負荷增加20%后的電壓變化

-/204/202

年綜合費用/萬元

-/0.51/1.44

初投資/萬元

-/3.1/14.8

由表1可知，就本算例來說，兩種措施的技術指標相差不大，但措施（1）的經(jīng)濟指標明顯高于措施（2），因此我們選擇增加線路調(diào)壓器方案。

4 結語

文章通過建立計算機輔助系統(tǒng)，能依據(jù)網(wǎng)絡結構、負荷態(tài)勢快速鎖定電壓偏差超差節(jié)點并分析具體原因，接著依據(jù)專家知識庫確定備選方案，最后通過經(jīng)濟技術比較做出最優(yōu)選擇。文章的研究經(jīng)歷算例的考驗，具有推廣價值。

參考文獻：

[1] 羅家健.配電網(wǎng)電壓偏差綜合優(yōu)化案例分析[J].機電工程技術，2014，31（2）：132-135.

[2] 劉書銘.中高壓配電網(wǎng)非線性用戶的電能質(zhì)量特性研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2014，36（2）：226-228.

篇6

關鍵詞：暫態(tài)穩(wěn)定 輸電網(wǎng)絡 結構保持 臨界割集 網(wǎng)絡分割

1 引言

近年來，由于電力系統(tǒng)跨區(qū)輸電、跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)的形成，電網(wǎng)結構愈加復雜化，動態(tài)穩(wěn)定問題日益突出，因此準確地識別出系統(tǒng)中制約暫態(tài)穩(wěn)定的“瓶頸”環(huán)節(jié)，以采取有效的監(jiān)測、控制措施來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是近年來被關注的一個熱點。

本文基于網(wǎng)絡拓撲結構和參數(shù)，不依賴于數(shù)值仿真計算，利用耦合的思想形成網(wǎng)絡中割集的權系數(shù)，按照權系數(shù)的大小識別網(wǎng)絡中的脆弱環(huán)節(jié)，并由輸電網(wǎng)絡本身固有的分區(qū)分層的結構特點，識別出網(wǎng)絡中最易導致系統(tǒng)失穩(wěn)的臨界割集，確定危險“斷面”。

2 導納陣耦合的模型[1]

一個描述網(wǎng)絡的導納陣Y及其逆陣Y-1=Z有相對應的元。任取Y陣

元yij與Y-1陣元yij-1這一對對應元，Y-1陣 ，對應的網(wǎng)絡圖

如圖2-1（a）所示，方向為由j指向i，邊權為yij-1；Y陣元yij在對應的網(wǎng)絡圖上，其方向為由i指向j，邊權為yij，其一階循環(huán)積 ，可用來衡量節(jié)點i和j的耦合程度，并對應矩陣G的j行i列，如圖2-1（b）所示。如果將gij放入矩陣G的行列，于是逐個地形成G陣的元，所得G陣定義為A陣的關聯(lián)矩陣。

當上述定義用于導納陣Y（其逆陣為阻抗陣Z）時，因Y陣常為對稱陣，故gij=gji。若A為狀態(tài)陣，它是非對稱的，則gij≠gji。若不考慮方向性時，可取其絕對值大者，作為j和i兩節(jié)點的耦合系數(shù)。系統(tǒng)地以運算方式形成耦合矩陣，先定義2矢量的逐項積，符號記為。設行矢量a和列矢量b分別為

則矢量a和矢量b的逐項積（term by term product）定義為

在線性代數(shù)中，2矢量的標量積（內(nèi)積）為

它在整體上表達了2矢量的相關程度。

如果取規(guī)范式

則可用μ定量地說明2矢量的相關程度。當μ接近1時，稱a、b2矢量是強線性相關的，當μ接近0時，稱a、b2矢量是弱線性相關的。如果a1b1，a2b2，…anbn的各項中，從絕對值看，某一項占的比例大，則表明該項在a，b2矢量的相關中處于主要地位。

對導納陣Y及其逆陣Y-1：

其中 是行向量，

是列向量，則

將行矢量

對應矩陣G的第i行，并將G陣記以G=YY-1，并定義G陣為導納陣Y的耦合矩陣。

3 用導納陣Y形成耦合陣G的步驟

為保證按區(qū)域劃分的原則，首先應將系統(tǒng)中的發(fā)電機節(jié)點重新編號，新編號的節(jié)點順序應使各臺發(fā)電機在地理位置上互相鄰接。

具體步驟為：

（1）將負荷節(jié)點的功率轉(zhuǎn)換為導納 ，

使負荷節(jié)點轉(zhuǎn)變?yōu)榉亲⑷牍?jié)點。

（2）形成包括發(fā)電機內(nèi)電抗及負荷節(jié)點在內(nèi)的支路導納矩陣Yb，并由公式 形成節(jié)點導納矩陣。

（3）消去Y0陣的非注入節(jié)點，只保留發(fā)電機節(jié)點，所獲得的導納陣記為Y。

（4）求阻抗矩陣Z=Y-1，進而求出G=YZ。

4 利用耦合值進行動態(tài)分割

求得系統(tǒng)狀態(tài)陣后，進而求陣，形成耦合陣G=YZ，再設定一臨界耦合系數(shù)gc，在G陣中，舍棄所有耦合系數(shù)絕對值小于gc的元，進而G陣的對應邊也被取消，即該邊對系統(tǒng)的動態(tài)影響不大。這時系統(tǒng)被分割為一個個的子塊。陣的每一個元都對應一個數(shù)值，該數(shù)值稱為此元對應的邊的權。

與質(zhì)量彈簧系統(tǒng)相類似，電力系統(tǒng)作為非線性動力系統(tǒng)，在故障后外部擾動已消除的情況下，可以將電力系統(tǒng)作為一個自治系統(tǒng)來研究。對于一個自治系統(tǒng)來說，其特征是在暫態(tài)過程中系統(tǒng)內(nèi)部的能量是守恒的。若能量可用動能和勢能之和表示，當外部擾動結束后，動能和勢能將進行等量交換。當電力系統(tǒng)受到大的沖擊擾動之后，必將有大量的暫態(tài)能量向系統(tǒng)中注入，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性主要取決于這部分能量能否被系統(tǒng)網(wǎng)絡所吸收。如果能夠完全吸收，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，反之失去穩(wěn)定。雖然電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性具有全局性的特點，但暫態(tài)穩(wěn)定則具有局部性的特點，系統(tǒng)的失穩(wěn)主要表現(xiàn)為：系統(tǒng)中的發(fā)電機呈現(xiàn)出兩群或多群振蕩，網(wǎng)絡表現(xiàn)為在脆弱或臨界割集處撕裂。

如果擾動相當大，當系統(tǒng)中電機間相角差出現(xiàn)大于180°的情況時，可把系統(tǒng)中的電機分群，使在一群內(nèi)的電機之間在失去暫態(tài)穩(wěn)定整個過程中相角差很小，稱為同調(diào)機群[2]，而不同調(diào)的電機之間的相角差很大，通常大于180°，系統(tǒng)失穩(wěn)可能呈現(xiàn)為兩群或更多的群，其群間聯(lián)絡線通常都不是由一個割集組成，而是對應多個割集，其中只有一個割集其支路兩端相角差單調(diào)增大，超過180°，稱之為臨界割集。

5 結論

本文提出了一種基于網(wǎng)絡拓撲結構和參數(shù)，不依賴于數(shù)值仿真計算，利用耦合的思想形成網(wǎng)絡中割集的權系數(shù)，按照權系數(shù)的大小識別網(wǎng)絡中的脆弱環(huán)節(jié)，并由輸電網(wǎng)絡本身固有的分區(qū)分層的結構特點，即可識別網(wǎng)絡中最易導致系統(tǒng)失穩(wěn)的臨界割集，確定危險“斷面”。本文則無需大量的數(shù)值仿真計算，僅由輸電網(wǎng)絡拓撲結構固有的分區(qū)分層的結構特點，即可識別網(wǎng)絡中最易導致系統(tǒng)失穩(wěn)的脆弱環(huán)節(jié)，為電力系統(tǒng)運行方面提供了合理的指導。為電力系統(tǒng)規(guī)劃方面以及電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制裝置在電力系統(tǒng)中的布點提供了一定的依據(jù)，有助于解決長期以來制約系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的“瓶頸”問題。

參考文獻：

[1]蔡國偉等.基于支路暫態(tài)勢能和兩端電壓識別臨界機群的新方法.中國電力，2002，35（5）：40～44

[2]Lei Wang，Meir Klein，Solomon Yirga，Prabha Kundur. Dynamic Reduction of Large Power Systems for Stability Studies. IEEE Trans on Power Systems，1997，12（2）：889～895

篇7

關鍵詞：電力系統(tǒng)；變壓器；故障；原因；處理

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A

在電力系統(tǒng)中，變壓器是重要的設備，變壓器的作用是多方面的，不僅能升高電壓把電能送到用電地區(qū)，還能把電壓降低為各級使用電壓，以滿足用電的需要。總之，升壓與降壓都必須由變壓器來完成。在電力系統(tǒng)傳送電能的過程中，必然會產(chǎn)生電壓和功率兩部分損耗，在輸送同一功率時電壓損耗與電壓成反比，功率損耗與電壓的平方成反比。利用變壓器提高電壓，減少了送電損失。變壓器的穩(wěn)定運行是保障電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)的基礎，變壓器出現(xiàn)故障將嚴重影響供電的可靠性和電力系統(tǒng)的正常運行。通過對電力系統(tǒng)變壓器故障的早期判斷，能夠有效地減少由于變壓器故障引起的停用，防止電力系統(tǒng)安全事故的發(fā)生。因此，了解變壓器故障類型與特點，在日常巡檢與例行檢查中有針對性地對變壓器情況進行檢查以免故障進一步擴大，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

1 變壓器常見故障及產(chǎn)生原因

變壓器的常見故障按變壓器本體可分為內(nèi)部故障和外部故障；按故障發(fā)生的部位可分為鐵芯故障、分接開關故障、繞組故障、絕緣故障；按發(fā)生故障的性質(zhì)可分為熱性故障和電性故障；按故障發(fā)生的回路可分為：電路故障、磁路故障和油路故障；按變壓器的結構可分為繞組故障、鐵芯故障、油質(zhì)故障和附件故障等。

1.1 絕緣故障和密封不良

變壓器油和絕緣紙、板以及絕緣件構成了變壓器油-紙絕緣系統(tǒng)，絕緣故障主要表現(xiàn)形式及其產(chǎn)生原因如下：（1）變壓器油受到污染，絕緣強度下降進而導致變壓器整體絕緣性能下降是目前變壓器運行中的常見故障。（2）有些變壓器采用薄絕緣、小油道的設計制造，這些變壓器往往在投運后不久就發(fā)生故障。

1.2 繞組和引線故障

繞組故障主要是指發(fā)生在變壓器線圈、縱絕緣和端子中的故障。繞組故障主要由以下原因引起：（1）持續(xù)過載可在整臺變壓器中引起高溫，造成線圈絕緣變脆、脫落，引起繞組匝間短路，導致變壓器損壞。（2）由于運行中的變壓器遭受嚴重的外部短路時，在電動力和機械力的作用下，變壓器繞組的尺寸或形狀將發(fā)生不可逆的變化。（3）變壓器線圈的接頭因焊接過程中質(zhì)量控制不嚴導致質(zhì)量欠佳，線圈引出線和套管導電桿連接不好會致使變壓器在運行中接頭過熱從而導致局部絕緣劣化。（4）變壓器線圈的絕緣中滲入水分或器身干燥處理不夠徹底，會導致運行中的變壓器發(fā)生匝間短路。（5）雷電沖擊、對地弧光放電等瞬變過程都可能會造成變壓器繞組薄弱處發(fā)生絕緣損壞乃至擊穿。

1.3 磁路部分故障

磁路故障就是指發(fā)生在變壓器的鐵芯、鐵軛及夾件中的故障。磁路故障產(chǎn)生的原因主要有：（1） 鐵芯疊片之間的絕緣或與鐵軛夾件之間的絕緣產(chǎn)生損壞會產(chǎn)生很大的循環(huán)渦流，產(chǎn)生大量的熱量，危及鐵芯和線圈的絕緣，變壓器的鐵損也會隨之增加。（2）運行中的電力變壓器鐵芯形成多點接地，輕則發(fā)生局部過熱，重則導致變壓器跳閘甚至造成變壓器直接損壞。

1.4 分接開關故障

分接開關故障主要表現(xiàn)為：分接開關觸頭接觸不良、觸頭間短路或?qū)Φ胤烹?、分接開關引線松動等。故障原因有很多，如制造質(zhì)量存在問題；在安裝、運行操作及維護過程中存在不當行為造成彈簧壓力不足、接觸不可靠、引線緊固不良、開關觸頭氧化、分接開關不到位等現(xiàn)象。

1.5 高壓出線套管故障

套管是電力變壓器內(nèi)繞組與油箱外聯(lián)結引線的重要保護裝置，也是電力變壓器與外部電網(wǎng)或設備連接的橋梁。其長期遭受電場、風雨、污染等影響，易使瓷釉龜裂絕緣油老化，是變壓器故障多發(fā)部位。在運行中，以下因素易導致套管故障：（1）套管瓷套的表面沉積有灰塵、油污和鹽霧等，常常會引起套管的污閃；（2）套管與繞組引線聯(lián)接固定銷脫落造成懸浮放電；（3）套管密封不良導致進水受潮；（4）套管因漏油致使套管缺油而過熱。

2 電力變壓器故障常用的診斷方法

2.1 觀察法

由于運行中的電力變壓器產(chǎn)生故障時，其聲音、散發(fā)的氣味、氣體顏色以及油溫都會出現(xiàn)異常。因此，可以通過聞、聽、摸、看等方式來對變壓器的故障進行診斷。

2.2 變壓器油化驗

變壓器油化驗是一種常見且有效的故障診斷方法。由于充油電氣設備的潛伏性故障所產(chǎn)生的可燃性氣體大部分會溶解于油，因此可應用監(jiān)測儀測定變壓器油中各種故障氣體，連續(xù)測定因故障釋放而溶解于油中氣體的含量，分析氣體類別及含量來確定變壓器故障的類型。

2.3 變壓器絕緣試驗

變壓器的絕緣試驗主要包括變壓器的泄漏電流、介質(zhì)損失、絕緣電阻、吸收比、感應耐壓、交流耐壓等試驗。泄漏電流試驗可用于變壓器引線套管缺陷和絕緣部分穿透性缺陷的診斷。對泄漏電流測量結果進行分析判斷時，主要與歷年試驗結果比較各項參數(shù)不應有顯著變化。按標準規(guī)定使用兆歐表進行測量，依次測量各線圈對地及線圈間的絕緣電阻，并與歷次測量結果比較判斷。

3 變壓器故障處理

變壓器斷路器故障跳閘時，運行人員應立即清楚、準確地向值班調(diào)度員報告情況，匯報事故發(fā)生的時間及現(xiàn)象、跳閘斷路器的名稱、編號、繼電保護和自動裝置的動作情況及表針擺動、頻率、電壓、潮流的變化等。并在值班調(diào)度員的指揮下沉著、迅速、準確地進行處理。為加速處理故障，限制故障的發(fā)展，應進行下列操作：（1）將直接對人員生命有威脅的設備停電；（2）將已損壞的設備隔離；（3）運行中的設備有受損傷的威脅時，應停用或隔離；（4）站用電氣設備事故恢復電源；（5）電壓互感器保險熔斷時，將有關保護停用；（6）現(xiàn)場規(guī)程中明確規(guī)定的操作，可無須等待值班調(diào)度員命令，運行人員可自行處理，但必須向值班調(diào)度員匯報。

結語

綜上所述，變壓器是電力系統(tǒng)的重要設備，掌握變壓器常見故障產(chǎn)生的原因和診斷方法以及出現(xiàn)故障時的處理方法，可以有效地提高變壓器的健康水平，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

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篇8

關鍵詞： 負荷預測；數(shù)學統(tǒng)計；人工智能

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.198

0 引言

自上世紀70年代開始，國內(nèi)外對電力系統(tǒng)負荷預測的研究熱情逐漸升溫，進入上世紀80年代，我國步入到大力發(fā)展經(jīng)濟建設的階段，電力需求極度旺盛，然而能源又極度緊張，電力供電一度出現(xiàn)供應不足的情況，負荷預測開始成為電力公司一項必要的日常工作任務。20世紀90年代，全球電力市場化層層滲透，隨著科學技術的迅猛發(fā)展，新的預測方法層出不窮，為電力負荷預測問題的研究提供了后備力量。

長久以來，國內(nèi)外學者以及電力相關從業(yè)人員在長期的實踐研究過程中，不斷探索負荷預測新方法，隨著近年來各種數(shù)學模型的涌現(xiàn)，以及人工智能的發(fā)展，出現(xiàn)了不少新穎的預測方法，這些方法大概能分成兩大類別：一類是數(shù)學統(tǒng)計類的經(jīng)典預測方法，比如回歸分析法、趨勢外推法、時間序列法等；另一類是人工智能類的新型預測方法，如80年代后期流行的專家系統(tǒng)法、90年代后期發(fā)展起來的人工神經(jīng)網(wǎng)絡法等。下面分別介紹這些主要預測方法。

1 回歸分析法

回歸分析是一種經(jīng)典統(tǒng)計學上分析數(shù)據(jù)的方法，通過對歷史負荷數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計歸納分析總結，尋找預測輸入變量與影響負荷變量之間的某種相關的線性或非線性關系，并以此關系的規(guī)律建立數(shù)學模型，從而實現(xiàn)對未來負荷的基本預測。簡單來講就是建立自變量與因變量之間關系模型，依照變量數(shù)目的不同，一般分為單元和多元回歸分析。該方法原理成熟、計算簡便、運算速度快，但是過分依賴歷史負荷數(shù)據(jù)，對樣本容量需求過大，對平穩(wěn)的且大量的歷史數(shù)據(jù)有著不錯的預測效果，但是在遇到氣溫，節(jié)假日等變化較大因素的影響下，該方法無法反映實時與非線性的影響關系。

2 趨勢外推法

節(jié)假日、社會環(huán)境、天氣變化會對電力負荷波動造成干擾，盡管在形成這種具有隨機性、不確定性的情況下，電力負荷總是本質(zhì)的保持著一定的波動趨勢。我們可以在其中找出負荷的這種趨勢，根據(jù)這些負荷變化的相關歷史趨勢，擬合一條負荷波動趨勢曲線，按照這條擬合出來的曲線的發(fā)展趨勢，估計曲線上在未來某點的負荷變化，根據(jù)不同的負荷波動，采用不同的曲線擬合，這就是所謂的趨勢外推法。此方法優(yōu)點與缺點同樣突出，優(yōu)點是所需歷史負荷數(shù)據(jù)樣本較少，特點是作趨勢向外推斷，完全忽略分析內(nèi)部的不確定成分，缺點是對影響因素變化大的因子無法考慮進來，如果負荷波動較大，那么誤差將會增大。

3 時間序列法

時間序列分析法是將歷史負荷變化所產(chǎn)生的變化規(guī)律，依照時間的先后順序進行排序，以時間為軸揭示負荷隨時間變化而變化的發(fā)展規(guī)律，利用這種對應關系，就可以將過去時間里發(fā)生的負荷變化規(guī)律作為未來時間里負荷變化的預測根據(jù)。同樣，時間序列法在電網(wǎng)正常運行，受外部環(huán)境影響變化小的平穩(wěn)狀態(tài)下具有良好的預測精度，但是對時間序列的平穩(wěn)性要求過高，一旦負荷受到特殊事件（如停機等）不確定性因素的影響，那么該方法也將失去其預期的效果。

4 專家系統(tǒng)法

專家系統(tǒng)其實是一種復雜的計算機程序設計系統(tǒng)，將計算機模擬成負荷預測的人類專家，基于歷史負荷變化知識數(shù)據(jù)庫，匯集人工經(jīng)驗智能的利用計算機處理負荷信息，按照專家水平進行預測判斷工作。專家系統(tǒng)結構如圖1所示。在處理節(jié)假日等需要依靠人工經(jīng)驗來判斷的不確定性影響因素對負荷影響產(chǎn)生較大的變化時，此方法有取得了很好的效果，但是各個地區(qū)的電力環(huán)境不同，造成計算機程序復雜，數(shù)據(jù)龐大，能否準確的對各個因素對負荷造成的影響進行定量分析成為了一個較為難以克服的困難。

5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡是模擬人腦智能化地處理信息的人工智能預測方法，它通過學習獲得最優(yōu)的參數(shù)，處理預測輸出與輸入影響變量之間復雜的非線性關系，對于分析處理任意復雜的非線性關系問題以及隨機的不確定性問題有著良好的解決問題能力。正因為它具有出色的學習能力，預測過程中都可以隨時不斷地選擇新的訓練樣本來優(yōu)化和微調(diào)系統(tǒng)參數(shù)，這樣對非結構性、模糊性的規(guī)律具有一定的自適應功能，避免了數(shù)學建模的困難，也提高了系統(tǒng)計算的時間，相比較前面介紹的四種方法，它還能考慮并反映出各種不確定性因素（如氣候、特殊事件、節(jié)假日因素等）對負荷造成的干擾影響，更加適用于短期負荷預測。但是，人工神經(jīng)網(wǎng)絡預測也存在許多缺陷，網(wǎng)絡的層數(shù)和神經(jīng)元的選擇基本上要依靠經(jīng)驗反復實驗幫助確定，且網(wǎng)絡收斂慢，容易陷入局部收斂。它本質(zhì)上是一種基于經(jīng)驗風險最小化的方法，范化能力有限，另外在小樣本學習方面也受到了不小限制。

6 支持向量機法

支持向量機（Support Vector Machines， SVM）是由BELL實驗室的Vapnik 等人在20世紀70年代中期提出的一種新型機器學習算法，因其卓越的性能，在模式識別和處理函數(shù)回歸估計問題等諸多領域內(nèi)受到了各研究學者們的強烈青睞。支持向量機與傳統(tǒng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡預測方法所采用的經(jīng)驗風險最小化歸納原則是截然不同的，它實現(xiàn)了結構風險最小化（Structure Risk Minimization， SRM）的歸納原則，對未來樣本的泛化能力明顯增強。從理論上說，SVM的訓練相當于解決一個線性約束的二次規(guī)劃問題，所以必然存在解，獲得的將會是全局最優(yōu)解，這樣就無形解決了人工神經(jīng)網(wǎng)絡預測方法中根本無法規(guī)避的局部極值問題。對應的支持向量本質(zhì)上是訓練樣本集的子集，對訓練樣本集進行分類實際上就是對支持向量進行最低分類。 當Vapnik引入ε-

（下轉(zhuǎn)第208頁）（上接第215頁）

不敏感損失函數(shù)之后，支持向量機由原來解決簡單的模式識別問題擴展為解決復雜的非線性回歸估計問題，我們把這一擴展內(nèi)容稱之為支持向量回歸法（Support Vector Regression， SVR）。將各種負荷影響因子的歷史信息作為系統(tǒng)輸入量，建立訓練樣本空間，采用非線性映射變換方法將低維空間映射到高維特征空間，構造線性函數(shù)進行線性回歸，巧妙地解決了維數(shù)問題，構建SVM目標函數(shù)，將訓練好的預測模型應用于電力系統(tǒng)的負荷預測中去。影響電力系統(tǒng)短期負荷預測精度的因素包括日照、氣溫等氣象因素及國家政策、節(jié)假日因素等其它不確定性影響因素?？梢?，電力負荷由于這些因素的影響，本身就是一個復雜的非線性系統(tǒng)，而SVM模型求解算法簡單、泛化能力強、收斂速度快，在解決有限小樣本、非線性系統(tǒng)及高維識別問題中具有超群的優(yōu)越性，如果將其置于短期負荷預測上，顯然SVM方法比起上述其他預測方法更加適用于電力系統(tǒng)本身。隨著機器學習，支持向量機的不斷發(fā)展，在此基礎上不斷改良的支持向量機預測方法逐漸涌現(xiàn)，人們追求更高的預測精度的訴求一直在不斷擴進。同時，尋找滿足適合各類電網(wǎng)環(huán)境的負荷預測新方法也成為了人們繼續(xù)研究的新命題。

7 結束語

本文通過分析基于數(shù)學統(tǒng)計的經(jīng)典預測方法和基于人工智能的新預測方法，將回歸分析法、、趨勢外推法、時間序列法、專家系統(tǒng)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法、支持向量機法進行了比較分析，得出支持向量機是當前最合適的一種方法。

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篇9

關鍵詞：電力系統(tǒng)超短期負荷預測人工神經(jīng)網(wǎng)絡外推法

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

1 負荷預測概述[1]

負荷的大小與特性對于電力系統(tǒng)設計和運行都是極為重要的因素。對負荷的變化與特性有一個事先的估計是電力系統(tǒng)運行、控制和規(guī)劃不可缺少的一部分。

指導調(diào)度員控制聯(lián)絡線交換功率在規(guī)定范圍，一般需5～15min 的負荷數(shù)據(jù)。預防性控制和緊急狀態(tài)處理需要10min至1h的預測值[2] 。這也是本文的主要研究方向。

2 電力系統(tǒng)負荷預測方法簡介

長期以來，國內(nèi)外學者對負荷預測的理論和方法做了大量的研究，提出了各種各樣的預測方法，這些方法大致可分為兩大類:一類是以時間序列法為代表的傳統(tǒng)方法，另一類是以人工神經(jīng)網(wǎng)絡為代表的新型人工智能方法。傳統(tǒng)方法中主要有時間序列法、多元線性回歸法及傅立葉展開法等。人工智能方法中主要有專家系統(tǒng)法、模糊邏輯法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法及小波分析法等。由于電力負荷的變化有其不確定性，如氣候變化、意外事故的發(fā)生等對電力負荷造成隨機干擾，因此，每種方法均有一定的適應場合，并需要不斷的完善。

2.1 回歸分析法

回歸分析法又稱統(tǒng)計分析法,回歸模型有一元線性回歸、多元線性回歸、非線性回歸等回歸預測模型；其中，線性回歸用于中期負荷預測。優(yōu)點是：預測精度較高，適用于在中、短期預測使用。缺點是：1.規(guī)劃水平年的工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值很難詳細統(tǒng)計；2.用回歸分析法只能測算出綜合用電負荷的發(fā)展水平，無法測算出各供電區(qū)的負荷發(fā)展水平，也就無法進行具體的電網(wǎng)建設規(guī)劃。

2.2 彈性系數(shù)法

彈性系數(shù)是電量平均增長率與國內(nèi)生產(chǎn)總值之間的比值，根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)總值的增長速度結合彈性系數(shù)得到規(guī)劃期末的總用電量。彈性系數(shù)法是從宏觀上確定電力發(fā)展同國民經(jīng)濟發(fā)展的相對速度，它是衡量國民經(jīng)濟發(fā)展和用電需求的重要參數(shù)。電力彈性系數(shù)可以用下面的公式來表示：

(2-1-1)

式中：為電力彈性系數(shù)；為為電力消費年平均增長率；為國民經(jīng)濟年平均增長率

在市場經(jīng)濟條件下，電力彈性系數(shù)已經(jīng)變得捉摸不定，并且隨著科學技術的迅猛發(fā)展，節(jié)電技術和電力需求側管理，電力與經(jīng)濟的關系急劇變化，電力需求與經(jīng)濟發(fā)展的變化步伐嚴重失調(diào)，使得彈性系數(shù)難以捉摸，使用彈性系數(shù)法預測電力需求難以得到滿意的效果。2.3 時間序列法

時間序列法是短期負荷預測的經(jīng)典方法，是根據(jù)負荷的歷史資料，設法建立一個數(shù)學模型，用這個數(shù)學模型一方面來描述電力負荷這個隨機變量變化過程的統(tǒng)計規(guī)律，另一方面在該數(shù)學模型的基礎上再確立負荷預測的數(shù)學表達式，對未來的負荷進行預報。就一般地時間序列預測方法而言，人們總是先去識別與實際預測目標序列相符合的一個隨機模型，并估計出隨機模型中的未知參數(shù)，再對隨機模型進行考核，當確認該隨機模型具有適用價值后，再在此基礎上建立預測表達式進行預報。它利用了電力負荷變動的慣性特征和時間上的延續(xù)性，通過對歷史數(shù)據(jù)時間序列的分析處理，確定其基本特征和變化規(guī)律，預測未來負荷。

2.4 負荷求導法

每天的負荷大?。ǜ叩停┯胁顒e，但其負荷的變化率是有一定的規(guī)律。只要找出一個適當函數(shù)來擬合每天的負荷曲線，對這個函數(shù)進行一次求導，即可得出一天的負荷變化率。雖然每天的負荷大小變化難以準確預測，但對負荷曲線求導后，得出的負荷變化率有一定的穩(wěn)定性。因此，利用負荷的變化率來進行超短期負荷預測將會使精確度提高。負荷求導法預測的公式是：

(2-1-2)

式中對第i+1點的負荷預測值；

第i點的實際負荷值；

第i點的預測負荷變化率值。

2.5 專家系統(tǒng)法

專家系統(tǒng)預測法是對數(shù)據(jù)庫里存放的過去幾年甚至幾十年的，每小時的負荷和天氣數(shù)據(jù)進行分析，從而匯集有經(jīng)驗的負荷預測人員的知識，提取有關規(guī)則，按照一定的規(guī)則進行負荷預測。實踐證明，精確的負荷預測不僅需要高新技術的支撐，同時也需要融合人類自身的經(jīng)驗和智慧。因此，就會需要專家系統(tǒng)這樣的技術。專家系統(tǒng)法，是對人類的不可量化的經(jīng)驗進行轉(zhuǎn)化的一種較好的方法。但專家系統(tǒng)分析本身就是一個耗時的過程，并且某些復雜的因素（如天氣因素），即使知道其對負荷的影響，但要準確定量地確定他們對負荷地區(qū)的影響也是很難的。專家系統(tǒng)預測法適用于中、長期負荷預測。此法的優(yōu)點是：1.能匯集多個專家的知識和經(jīng)驗，最大限度地利用專家的能力；2.占有的資料、信息多，考慮的因素也比較全面，有利于得出較為正確的結論。

2.6 外推法

根據(jù)負荷的變化趨勢對未來負荷情況作出預測。電力負荷雖然具有隨機性和不確定性，但在一定條件下，仍存在著明顯的變化趨勢，例如農(nóng)業(yè)用電，在氣候條件變化較小的冬季，日用電量相對穩(wěn)定，表現(xiàn)為較平穩(wěn)的變化趨勢。

外推法有線性趨勢預測法、對數(shù)趨勢預測法、二次曲線趨勢預測法、指數(shù)曲線趨勢預測法。趨勢外推法的優(yōu)點是：只需要歷史數(shù)據(jù)、所需的數(shù)據(jù)量較少。缺點是：如果負荷出現(xiàn)變動，會引起較大的誤差。

2.7 人工神經(jīng)網(wǎng)絡法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡理論最早出現(xiàn)于20世紀40年代，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已廣泛的用于電力系統(tǒng)短期負荷預測。在現(xiàn)有的各種神經(jīng)網(wǎng)絡的計算方法中，由Ponelhert和Mcclelland提出的BP算法是應用得最多的一種。BP算法的模型為前向多層網(wǎng)絡，由輸入層、隱含層、輸出層組成，每層都包含若干節(jié)點，同一層的節(jié)點間沒有相互的連接，而僅僅在前后不同層之間有節(jié)點的連接。BP算法的學習過程由正向傳播和反向傳播組成，正向傳播過程的輸入樣本從輸入層經(jīng)隱含層處理后傳向輸出層，每一層神經(jīng)元的狀態(tài)只影響下一層神經(jīng)元的狀態(tài)。如果在輸出層得不到期望值，則轉(zhuǎn)入反向傳播，將誤差信號沿原連接通路返回，通過修正各神經(jīng)元的權系數(shù)，使誤差信號減小，達到給定的精度，從而完成了其學習過程。這樣，當在網(wǎng)絡的輸入端加入一新的信號時，就能從其輸出端得到相應的結果。

3 預測算例

通過前述對各種預測方法的分析，采用神經(jīng)網(wǎng)絡法和外推法對山東某地區(qū)一個變電站的2005年8月8日負荷進行預測。在實際應用中，預測最小間隔為5min，預測長度為1h。目前15min預測間隔為最常用。負荷采樣間隔為5分鐘，一天24個小時為288個數(shù)據(jù)，預測為提前15分鐘的預測，預測結果如下：

圖1 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的負荷預測曲線

預測的平均相對誤差為2.3089%，本文在建立超短期負荷模型時，未考慮天氣變化和突發(fā)事件對負荷的影響，這在一定程度上影響了預測的精度。當天氣變化顯著或者有突發(fā)事件時，這個預測模型的精度會變差。但總的來說，所得預測結果比較令人滿意。

圖2 外推法負荷預測曲線

預測的平均相對誤差為2.3059%，與神經(jīng)網(wǎng)絡法預測結果相差不大。

4 結論

本文對各種負荷預測方法進行了分析，并且在短期及超短期負荷預測方面，針對于兩種目前比較常用的負荷預測方法――人工神經(jīng)網(wǎng)絡法和負荷外推法進行了重點的仿真研究。得出：在超短期負荷預測方面兩種方法得出結果相差并不是很大。負荷外推法方法簡單，要求的歷史數(shù)據(jù)較少，運算速度較快，可滿足系統(tǒng)在線分析的實時要求，比較適合在工程中應用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡法算法比較復雜，而且存在訓練時間較長、收斂性等問題。但是在短期負荷預測方面(例如提前24小時的預測)神經(jīng)網(wǎng)絡法存在著比負荷外推法明顯的優(yōu)勢。因此，在工程應用等方面線性外推法還是具有較強的實用性。

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作者簡介

陳曉東 男 碩士 工程師電力系統(tǒng)穩(wěn)定 山東電機工程學會

篇10

關鍵詞 瀑布溝水電站；礫石土；篩分

中圖分類號TV5 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）71-0137-02

1 概述

瀑布溝水電站位于四川省西部大渡河中游漢源縣和甘洛縣境內(nèi)，是以發(fā)電為主，兼顧漂木，防洪的綜合利用水利水電工程，也是距四川省腹地最近的一座具有大水庫的水電站。壩址區(qū)現(xiàn)通鐵路和公路，下游7km處有成昆鐵路和烏斯河車站，交通方便。樞紐由高186m的直心墻土石壩、表孔溢洪道、二條泄洪隧洞、左岸地下廠房系統(tǒng)、過木機道隧洞及右岸放空隧洞組成，廠房安裝6臺55萬kW的水輪發(fā)電機組，攔河大壩就近采用礫質(zhì)土作心墻防滲料，建在70m深的砂礫石覆蓋層上，用混凝土防滲墻作為基礎防滲，其技術處于世界先進水平。

瀑布溝水電站大壩壩體為礫石土心墻堆石壩，壩頂高程為856，最大壩高為186m，總填筑工程量約?2 227萬m3，其中心墻礫石土料為298.66萬m3（壓實方）。心墻所需礫石土全部來自黑馬料場。大壩防滲體由寬級配礫石土和高塑性粘土組成。高塑性粘土布置于心墻685m高程以下和礫石土與兩岸混凝土面板相接處，寬3m；礫石?土最大底寬98m，頂寬4m，上下游坡比度均為1：0.25。

黑馬料場礫石土的分布：

黑馬料場位于壩址上游右岸15km的黑馬溝內(nèi)，為洪積、坡積和冰川沉積形成的寬級配礫石土。大壩心墻礫石土料填筑總量為298.66萬m3（壓實方）、折算成需在黑馬料場挖取385.45萬m3（自然方）；根據(jù)地質(zhì)資料黑馬Ⅰ區(qū)礫石土料有效儲量270萬m3（自然方），黑馬0區(qū)礫石土料有效儲量183.8萬m3（自然方），黑馬Ⅰ區(qū)和黑馬0區(qū)礫石土料共計有效儲量453.80萬m3（自然方），有效儲量為需要量的1.18倍，黑馬Ⅰ區(qū)和黑馬0區(qū)礫石土料能滿足心墻礫石土料填筑總量要求。

2 礫石土篩分系統(tǒng)布置及設計

2.1篩分系統(tǒng)布置

根據(jù)現(xiàn)場實際篩分系統(tǒng)設計建造在黑馬料場里，這樣便于輸送。篩分系統(tǒng)的工藝流程為：20t自卸汽車運輸一次篩分條篩（篩去＞150mm的大料）料斗皮帶機振動篩（Ⅰ區(qū)礫石土篩去＞80mm大料，0區(qū)篩去＞60mm大料）。

瀑布溝水電站黑馬料場礫石土篩分系統(tǒng)由一次篩分和二次篩分組成，一次篩分由3組條篩、料斗、皮帶機、支承系統(tǒng)組成，其相互中心距離為20m。二次篩分由3組震動篩、皮帶機、支承系統(tǒng)組成，其相互中心距離為20m。一次篩分支承系統(tǒng)布置在1 342.5高程，二次篩分支承系統(tǒng)布置在1339高程，兩個系統(tǒng)基本條件如下：

1）一次篩分條篩上端安裝高程1 352.5；

2）料斗支承柱安裝高程1 342.5，支承柱為四柱正方形布置，兩柱中心距為4 948mm；

3）二次篩分震動篩支承柱安裝高程1 339，支承柱為五柱支承，支承柱長度軸線與X軸夾角為27°；

4）兩個篩分系統(tǒng)的荷載如下

一次篩分系統(tǒng)每組總荷載65t，該荷載通過支承系統(tǒng)作用于1 342.5平臺。

二次篩分系統(tǒng)每組靜荷載為35t，震動荷載為20t，兩種荷載均通過支承系統(tǒng)作用于1 339平臺。

二次篩分主要是由跟振動篩分廠家合作研制的礫石土振動篩組成。振動篩3臺，滿足生產(chǎn)通過粒徑小于80mm和60mm的礫石土料的要求。

其篩分工藝布置圖為：

篩分系統(tǒng)工藝布置圖

2.2篩分系統(tǒng)的計算

根據(jù)黑馬料場的礫石土分布情況、開采量及開采強度，為與大壩填筑工期相匹配，篩分系統(tǒng)的最大生產(chǎn)率定為1 000t/h。篩余系數(shù)取90％，汽車運輸損耗3％～6％，擬采用20噸自卸車對篩分供料。

每小時過篩方量應為：1 000/0.9=1 111（t）；

每小時卸車數(shù)量應為：1 111/（1-0.06）×20≈56（車），取60（車）。

自卸車的行駛速度按20km/h考慮,然后加上汽車上下料及定位時間，單臺車一個來回所需時間約為20min，若要達到每小時卸車60車，則需要投入20臺20噸的自卸車。

受到受料倉的出口尺寸及倒料作業(yè)時間及其他因素的影響，擬定3套篩分系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)強度。單臺條篩尺寸為4.5m×6m（長×寬），篩條由15#輕型鋼軌加工制作而成。經(jīng)過篩分試驗后，篩條間距定為150mm，滿足篩除粒徑大于150mm的礫石土。振動篩上料皮帶3條，每條皮帶帶寬為800mm。振動篩3臺，滿足生產(chǎn)通過粒徑小于80mm的礫石土料的要求。Ⅰ區(qū)開采完畢后，再將振動篩格條之間間距調(diào)為滿足礫石土料粒徑60mm所要求的間距。

3 篩分系統(tǒng)的技術創(chuàng)新

為得到合格的礫石土料，自行研制了條篩，并與篩分廠家配合改制了通用的振動篩。

國內(nèi)對礫石土篩分的參數(shù)幾乎沒有資料，條篩的布置、安裝角度的的選擇、間距、可變孔徑篩孔的選擇都是未知，為此專門做了多次試驗。最終將條篩定為15#輕型鋼軌制作，篩條間距為150mm，將輕型鋼軌倒置，以篩孔免卡石頭，條篩安裝角度為30°～35°。經(jīng)過條篩后的礫石土料通過皮帶機輸送到專用振動篩進行再次篩分?？梢缘玫搅叫∮?0mm或者60mm的礫石土料。通過改進篩面，采用雙振幅能夠有效得到大壩設計要求的物料。

4 應用情況

瀑布溝電站大壩礫石土料篩分系統(tǒng)的應用屬于新技術應用型科技項目，為國內(nèi)首創(chuàng)，是確保瀑布溝電站大壩填筑的一個重要設備。瀑布溝水電站礫石土篩分系統(tǒng)投產(chǎn)后，達到了預期的效果，保證了礫石土料的連續(xù)輸送，為整個大壩澆筑工程的進度提前奠定了堅實的基礎。保證了瀑布溝水電站提前發(fā)電。

5 結論

大方量的礫石土篩分在我國是首次設計和應用，本項目的創(chuàng)新點是：通過科學計算、試驗研究以及模擬現(xiàn)場試驗，掌握了用于礫石土篩分的條篩孔徑、長度、傾角、斷面形式及振動篩的孔徑、振幅、振動頻率、振動傾角等參數(shù)。礫石土料的篩分技術系國內(nèi)空白，該技術處于國內(nèi)領先水平。該應用成果在礫石土料的篩分領域填補了國內(nèi)空白，對加快進度和節(jié)省工程投資，提高經(jīng)濟效益有著十分重要的意義，具有較高的推廣應用價值。

參考文獻

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