“互联网+”智慧能源发展指导意见方案出炉

2016 年 2 月 29 日，国家发改委、能源局以及工信部联合下发《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》（以

下简称《指导意见》），以促进能源和信息深度融合，推动能源互联网新技术、新模式和新业态发展，推动能源领域供

给侧结构性改革和能源革命。其中，分两个阶段提出未来 10 年的发展目标和方向，将以试点先行、后续推广的方法，

确保取得实效。

《指导意见》的基本原则是：基础开放，大众参与。发挥互联网在变革能源产业中的基础作用，推动能源基础设

施合理开放，促进能源生产与消费融合，提升大众参与程度，加快形成以开放、共享为主要特征的能源产业发展新形态。

探索创新，示范先行。遵循“互联网 +”应用发展规律，营造开放包容的创新环境，鼓励多元化的技术、机制及

模式创新，因地制宜推进能源互联网新技术与新模式先行先试，形成万众创新良好氛围。

市场驱动，科学监管。发挥市场在资源配置中的决定性作用，驱动形成能源互联网发展新业态。适应新业态及大

数据应用发展要求，完善能源与信息深度融合下的安全监管和市场监管机制，保障信息安全和市场参与者的合法权益。

深化改革，推动革命。适应能源互联网“三分技术、七分改革”的发展要求，深化能源体制机制改革，还原能源

商品属性，构建有效竞争的市场结构和市场体系，推动能源消费、供给和技术革命。

《指导意见》指出，能源互联网是推动我国能源革命的重要战略支撑，对提高可再生能源比重，促进化石能源清

洁高效利用，提升能源综合效率，推动能源市场开放和产业升级，形成新的经济增长点，提升能源国际合作水平具有

重要意义。

根据《指导意见》，第一阶段为 2016—2018 年，将着力推进能源互联网试点示范工作：建成一批不同类型、不同规

模的试点示范项目；攻克一批重大关键技术与核心装备，能源互联网技术达到国际先进水平；初步建立能源互联网市场

机制和市场体系；初步建成能源互联网技术标准体系，形成一批重点技术规范和标准。催生一批能源金融、第三方综

合能源服务等新兴业态；培育一批有竞争力的新兴市场主体；探索一批可持续、可推广的发展模式；积累一批重要的改

革试点经验。

第二阶段为 2019—2025 年，将着力推进能源互联网多元化、规模化发展：初步建成能源互联网产业体系，成为经

济增长重要驱动力；建成较为完善的能源互联网市场机制和市场体系；形成较为完备的技术及标准体系并推动实现国际

化，引领世界能源互联网发展；形成开放共享的能源互联网生态环境，能源综合效率明显改善，可再生能源比重显著

提高，化石能源清洁高效利用取得积极进展，大众参与程度大幅提升，有力支撑能源生产和消费革命。

《指导意见》要求，要积极推进 10 大重点任务，建设智能化能源生产消费基础设施，推动可再生能源生产智能化、

集中式与分布式储能协同发展、能源消费智能化；加强多能协同综合能源网络建设，促进能源接入转化与协同调控设

施建设；推动能源与信息通信基础设施深度融合，促进智能终端及接入设施的普及应用，推进信息系统与物理系统的

高效集成与智能化调控；营造开放共享的能源互联网生态体系，建立新型能源市场交易体系和商业运营平台；发展分布

式能源、储能和电动汽车应用，发展车网协同的智能充放电模式；发展智慧用能新模式，构建用户自主的能源服务新

模式，拓展增值服务；培育绿色能源灵活交易市场模式，建设基于互联网的绿色能源灵活交易平台，构建可再生能源

实时补贴机制，发展绿色能源的证书交易体系；发展能源大数据服务应用，实现安全集成和共享，建立基于能源大数

据的行业管理与监管体系；推动能源互联网关键技术攻关，重点研发核心设备、物理系统、运营交易关键技术；建设国

际领先的能源互联网标准体系，推动国际应用与合作。

《指导意见》最后给出了组织实施的 8个方面，要加强组织领导、完善政策法规、推动市场改革、开展试点示范、

创新产业扶持、共享数据资源、强化创新基础、加强宣传引导。

本刊编辑部

1“互联网+”智慧能源发展指导意见方案出炉……………本刊编辑部

◆ 典型推介 >>

·江苏洪泽·

5 基于ZigBee 和 GPRS 网络的农网剩余电流在线监测系统

……………………………………………… 万… … 林，章国宝，李大银

8 10kV 配电网故障快速定位与隔离改造… ……………………张同洲

◆ 电网建设 >>

11 配电网检修计划的优化… ………………………………………郭… … 欣

14介于空气、土壤介质的电力电缆防破坏定位方法

…………………………………………… 俞登科，许金彤，李建斌

16基于供电安全标准的配电网诊断方法…袁文根，欧阳光，张… … 伟

19住宅小区的配电设计…………………………………………黄后剑

◆ 运行维护 >>

21开关柜局部放电地电波传播特性及试验………… 李京南，赵美佳

24中性点非直接接地系统单相接地故障选线

…………………………………………… …邢晓敏，丁震宇，庞… … 建

◆ 安全生产 >>

25带电检测技术在CVT内部故障诊断上的应用 … 邝文明，李… … 浩

27一起电缆终端头压接线鼻子断裂事故…………… 门连生，焦广旭

28一起10kV 架空线路故障成因分析…… 刘文华，菅明玉，魏春雪

30因橡胶垫安装方向错误引发的避雷器故障…………………柏文广

◆ 农网智能化 >>

32 110kV线路鸟害预警系统设计………………………………范江涛

34 IMS 在省级电力行政交换系统中的应用

…………………………………………… 李亮亮，袁… … 辉，张叶峰

36基于移动公司BOSS系统的用电信息采集系统构架

………………………………………………………戈立军，杨… … 光

38电力设备在线监测中的图像识别技术………………………肖… … 健

Contents 目次

刊名题字

主管 中国科学技术协会

主办 中国电机工程学会

编辑出版 北京国宇出版有限公司

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编委会主任委员 谢明亮

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刘敏 唐屹峰 盛万兴

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付启刚 史景坚 艾荣奇

龙洲 乔君 安四清

朱成 张江日 李云亭

李青 李青山 李涛

杜松怀 汪发明 肖文明

阿斯卡尔•阿合买提 陈虹

陈振宇 岳梦华 欧阳亚平

罗基庆 范继臣 郑斌

郑满光 祝林生 胡运重

胡宝玉 赵仰东 郝睿

钟羽良 钱玉春 常俊祥

黄中 嵇立 葛捍东

董新 谢宇明 甄建辉

蔡冠中 戴广钰

总编 王江

主编 盛万兴 耿立宏

编辑 张峰亮 刘艳玲 贺大亮

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每期定价 8.00元

全年定价 96.00元

ISSN1003-0867CN11-2181/TM

2016年第04期总第347期（1979年创刊）

中国科学技术协会优秀期刊

中国期刊方阵双效期刊

全国百家期刊阅览室指定赠刊

40路灯电缆防盗报警系统………………………………………王国勇

43 GPRS电力检测系统的开发和实现…………………………吕文辉

◆ QC小组 >>

45缩短变电站电容器检修时间…………………………………于… … 乐

46提高 10kV母线功率因数……………………………………张… … 弛

◆ 新能源 >>

48风光储发电的储能优化控制………………………浦盛斌，施… … 云

50风能 /太阳能 /燃料电池混合系统…………………………刘学平

◆ 电气设备 >>

53高过载配电变压器的设计与试验方法

………………………………… 寇凌峰，王金丽，冮春惠，刘至锋

56柔性电流互感器在配电变压器台区用户识别中的应用研究

…………… 汪德敖，兰国良，林… … 权，侯振华，王益成，余… … 莉

58新型 35kV手车开关底座的改进

……………………… 李… … 庆，吕晶晶，吴胜利，周… … 雷，刘伟友

◆ 经验点滴 >>

60电力系统变电运行安全管理与设备维护

…………… 胡新刚，巩方伟，耿… … 斌，吕… … 红，于… … 磊，李… … 强

61变电站倒闸操作中存在的问题及改进………………………钱… … 森

62电力安全防范中的颜色和轮廓识别技术

………………………………… 戈庆长，孙建明，孙晓宇，焦媛媛

◆ 资讯 >>

63 国家电网公司发起的“全球互联电网可行性研究”提案获国际大电网

委员会批准等 4则

◆ 网上问答 >>

64问答 3则

针对当前农村电网剩余电流故障难以定位的

问题，文中提出了一种综合 ZigBee 技术和 GPRS

网络技术的农网剩余电流在线监测系统，通过传

感器、Zigbee 自组网技术和 GPRS 技术，系统实

现了对农村用户剩余电流、电压的实时监测。使

用剩余电流互感器、IPC 单片机、CC2530 芯片设

计了采集器，使用 CC2530、ATM 芯片和 GPRS

模块设计了集中器。通过 ZigBee 组成的 Mesh 网

络实现采集器和集中器的通信，通过 GPRS 技术

实现集中器与 Web 服务器的通信。该系统能够有

效地对农网剩余电流进行远程无线监测。

基于ZigBee和GPRS网络的农

网剩余电流在线监测系统5

声 明

本刊发表文章不收取任何费用，一切收费行

为均非本社所为；本刊已许可农村电气化网以及中

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行、网络传播本刊全文；期刊社向作者支付的稿酬

已包含上述著作权使用费；作者向本刊提交文章发

表的行为即视为同意我社上述声明；未经同意，本

刊辑录之文章和插图，不得转载或再编辑成书出

版。

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2016年第04期 总第347期

in This Issue

5 Residual Current Online Observation System Based on ZigBee and GPRS Networks in Rural Village Power System/Wan Lin, Zhang Guobao

8 Fast Fault Location and Isolated Reconstruction in 10 kV Distribution Network/Zhang Tongzhou11 Optimization Related to Repair Plan for Distribution Network/Guo Xin14 Location Method Related to Power Cables Damaged in Air or Soil Medium/Yu Dengke, Xu Jintong, Li Jianbin16 Distribution Network Diagnostic Method of Based on Safety Standards for Power Supply/Yuan Wengen, Ou Yangguang,

Zhang Wei19 Power Distribution Design Used for Residence Districts/Huang Houjian21 Propagation Performance and Testing of Ground Electric Wave of Partial Discharge in Switch Cabinet/Li Jingnan,

Zhao Meijia24 Fault Line Selection of Single-phase Earth Fault in Non-ground Neutral System/Xing Xiaomin, Ding Zhenyu, Pang Jian25 Applications of Live Wire Checking Technology in CVT Internal Fault Diagnosis/Kuang Wenming, Li Hao27 A Breakdown Fault Occurred in Compressed Terminal Joint in Cable Termination/Men Liansheng, Jiao Guangxu28 A Fault Reason Analysis Occurred in 10 kV Overhead Lines/Liu Wenhua, Jian Mingyu, Wei Chunxue30 Lightning Arrester Fault Leaded Due to Erected Direction Error of Rubber Gasket/Bai Wenguang32 Pre-alarming System Design Preventing Bird Pest Used in 110 kV Lines/Fan Jiangtao34 Applications of IMS in Provincial Power Administrative Exchange System/Li Liangliang, Yuan Hui, Zhang Yefeng36 Power Utilization Information Collect System Frame Based on BOSS System of Mobile Company/Ge Lijun, Yang Guang38 Patten Recognition Technology Related to in Electrical Power Equipment Online Monitoring/Xiao Jian40 Guard Against Theft Alarming System for Street Lamp Cable/Wang Guoyong43 Development and Realization of GPRS Electrical Power Detection System/Lv Wenhui45 To be Reduced Capacitor Repairing Time in Substations/Yu Le46 To be Increased Power Factor in 10 kV Bus/Zhang Chi48 Energy Storage Optimizing Control Related to Wind Force and Photovoltaic Power Generation/Pu Shengbin, Shi Yun50 Mixed System Composed of Wind Energy/Solar Energy/Fuel Cell/Liu Xueping53 Design and Testing Method of High Overload Distributing Transformers/Kou Lingfeng, Wang Jinli, Gang Chunhui,

Liu Zhifeng56 Applied Research Related to Flexible Current Transformer in Customer Identification in Distributing Transformer

Desk Area/Wang Deao, Lan Guoliang, Lin Quan, Hou Zhenhua, Wang Yicheng, Yu Li58 Development of New Type 35 kV Trolley Switch Base/Li Qing, Lv Jingjing, Wu Shengli, Zhou Lei, Liu Weiyou60 Safety Management and Equipment Maintenance Related to Transforming Substation in Power System/Hu Xingang,

Gong Fangwei, Geng Bin, Lv Hong, Yu Lei, Li Qiang61 Problems Existed in Switching Operation in Substation and Improvement/Qian Sen62 Identified Technology Related to Colour and Outline in Power Safe Prevention/Ge Qingchang, Sun Jianming, Sun Xiaoyu,

Jiao Yuanyuan

（王金鼎译）

Typical Referral 典型推介

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后连接到互联网，根据 Web 服务器的 IP 地址和端口号连接

到Web服务器。Web服务器负责数据收集和管理，提供历史、

实时数据查询和电压监测等功能，有效实现对各个农户剩余

电流的在线监测。

2系统硬件结构设计

2.1 采集器硬件结构

采集器的硬件结构图如图 2 所示，包括剩余电流互感

器、PIC 单片机、滤波整流电路、ZigBee 模块和电源模块。

剩余电流互感器用于采集剩余电流值，通过感应供电

线路的剩余电流值，剩余电流信号经过滤波和全波整流电

长期以来，我国农村配电网的配电情况复杂，农村地

区用户存在安全用电意识薄弱、私自搭线改线、家电使用不

规范、线路老化严重等问题，因而时常发生漏电故障。目前，

对于农村漏电故障主要集中在剩余电流保护装置的研究，但

时常存在误动现象，同时漏电故障发生时难以定位 [1–2]。为

了准确定位故障，考虑到农村配电网的分散性特征，本文设

计了基于 ZigBee 和 GPRS 网络的农网剩余电流在线监测系

统，用于监测台区内剩余电流情况。当发生漏电事故时，

通过查询采集器上报的故障数据可以方便定位发生故障的农

户，进而对其进行排查，找出故障原因，避免故障的再次发

生。同时，利用采集器的实时监控功能，监测的电压情况，

作为配电质量的参考，对于电压偏低的台区，可通过增加台

区配电总量的方式提升电压，防止出现因电压偏低而损毁家

用电器或大功率家电不能正常使用的情况。

1系统总体方案设计

整个系统由采集器、集中器和 Web 服务器三部分组成，

系统总体架构图如图 1 所示。采集器用于测量农户电能表前

的供电线路的剩余电流，供电线路经过采集器连接到电能

表，因此采集器安装在台区内每个农户的配电箱内。各个采

集器、集中器的 ZigBee 模块组成无线蜂窝网格网络（Mesh

网络），采集器通过 Mesh 网络将数据发送到集中器上。集

中器用于收集和转发各采集器发送的数据，集中器集成了

GPRS 模块，它将自身 ZigBee 模块收到的数据稍作处理后

转发到 Web 服务器上。该转发过程首先通过集中器的 GPRS

模块连接到基站，进入运营商的 CGSN 和 SGSN 网络，然

基于ZigBee和GPRS网络的农网剩余电流在线监测系统

万… … 林1，章国宝1，李大银2

（1.东南大学，江苏南京210096；2.国网江苏洪泽供电公司，江苏洪泽22310）

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.001

Web

图1 剩余电流在线监测系统架构图

图2 采集器硬件结构框图

摘要：针对当前农村电网剩余电流故障难以定位的问题，文中提出了一种综合 ZigBee 技术和 GPRS 网络

技术的农网剩余电流在线监测系统，通过传感器、Zigbee 自组网技术和 GPRS 技术，系统实现了对农村

用户剩余电流、电压的实时监测。使用剩余电流互感器、IPC 单片机、CC2530 芯片设计了采集器，使用

CC2530、ATM 芯片和 GPRS 模块设计了集中器。通过 ZigBee 组成的 Mesh 网络实现采集器和集中器的通信，

通过 GPRS 技术实现集中器与 Web 服务器的通信。该系统能够有效地对农网剩余电流进行远程无线监测。

关键词：农村电网；剩余电流；在线检测系统；ZigBee ；GPRS

中图分类号：TM561  文献标志码：B  文章编号：1003-0867(2016)04-0005-03

典型推介 Typical Referral

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路，连接到 PIC 单片机的 ADC 功能引脚和比较器功能引脚

上 [3]。

电源模块通过变压器、全波整流、稳压芯片 AMS1117–

3.3，得到系统所需的 3.3 V 电压，为 PIC 单片机和 ZigBee 模

块供电。为了达到断电后采集器能继续发送数据的目的，采

集器增加了备用电源，考虑到充电方便性、充电电路易用性

等需求，备用电源采用超级电容储能，超级电容额定电压为

2.7 V，通过 BL8530 将超级电容输出电压升到 3.3 V。备用

电源可以供电 3 min，足够发送断电时刻的故障数据包。

ZigBee 模块采用 CC2530F256 芯片，完成 PIC 单片机数

据发送、集中器命令接收等功能，可与其他采集器、集中器

的 ZigBee 模块进行短距离通信，两个 ZigBee 模块的通信距

离为 20 ～ 250 m[4]。

PIC 单片机采用 PIC16F1824 芯片，负责系统的运行管

理、控制和通信工作，完成供电线路入户电压、剩余电流信

号的采集 [5]。PIC 单片机发送电压、剩余电流信号的方式有

三种。剩余电流故障：当剩余电流大于阈值时，会在比较器

的输出端产生下降沿，该下降沿触发 PIC 单片机中断，中断

发生后 PIC 单片机采集 ADC 引脚的剩余电流。定时发送：

在没有产生比较器中断的情况下，PIC 单片机会定时测量剩

余电流和电压，若剩余电流超过 10 mA 或电压超过 240 V 或

低于 200 V，采集器会将该数据发送到集中器。集中器查询

命令：采集器在接收到集中器的实时数据查询命令后会采集

剩余电流和电压，并发送给集中器。

2.2 集中器硬件结构

集中器的作用相当于一个网关，包括 ZigBee 模块、电

源模块、GPRS 模块和 ATMega644pa 芯片，其硬件结构图如

图3所示。集中器的ZigBee 模块类型为协调器 (Coordinator)，

是 Mesh 网络中的网络管理者和维护者，采集器的 ZigBee 模

块是路由器类型 (Router)，路由器可以为其他距离协调器很

远的路由器提供路由功能，ZigBee 协调器接收所有 ZigBee

路由器的数据。

ATMega644pa 芯片实现两方面功能：ATMega644pa 芯片

通过串口方式与 ZigBee 模块相连，保持与所有采集器的通

信，接收采集器上传的故障数据并下达实时数据采集命令给

采集器。ATMega644pa 芯片的另一串口与 GPRS 模块相连，

通过 GPRS 模块连接到 Web 服务器，将从采集器接收到的

数据转发到 Web 服务器，并接收来自 Web 服务器的实时数

据查询命令。为了增强可扩展性，若将集中器上的 GPRS 模

块替换成 RS485 模块，即可实现通过 RS485 总线的传输方

式连接到 Web 服务器。

3Web服务器端设计

3.1 C语言Socket服务程序

C 语言 Socket 服务程序运行在 Web 服务器上，用于监

听集中器 GPRS 模块的连接请求。集中器的 GPRS 模块事先

已配置好目标 IP 地址和端口号，目标 IP 地址为 Web 服务

器的 IP 地址，端口号为 Web 服务程序的端口号。根据配置

好的 IP 地址和端口号，GPRS 模块发送 TCP/IP 连接请求，

C 语言 Socket 服务程序监听到该连接请求后，与集中器建立

TCP/IP 连接，实现集中器 GPRS 模块与 Socket 服务程序的

通信。Socket 服务程序在收到 GPRS 模块的连接请求后将创

建两个 pthread 线程：接收数据线程、数据发送线程。接收

数据线程用于 GPRS 模块数据的接收，将接收到的数据存储

到MySQL数据库中；数据发送线程向GPRS模块发送数据，

将来自 PHP 进程的消息队列 (Message Queue) 数据，发送给

与之连接的 GPRS 端，Socket 服务程序的工作流程图如图 4

所示。

图3 集中器硬件结构框图

图4 Socket服务程序工作流程图

Typical Referral 典型推介

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2016年第04期 总第347期

3.2 Web服务器架构

由于GPRS模块需要和拥有公网 IP地址的服务器通信，

为此服务器租用固定 IP 地址。服务器系统为 CentOS，开发

工具为nginx、PHP和MySQL，其中nginx用于提供Web界面，

供用户查询故障数据和发送实时采集数据命令；PHP 主要用

于读取 MySQL 数据库中的数据，并返回 JSON 格式的数据，

以响应 Web 页面的 Ajax 请求；MySQL 用来存储故障数据，

Web 服务器的架构如图 5 所示。

Web 服务器收到用户的 Web 请求后，nginx 首先对请求

的类型进行判断，请求类型分为两种：静态请求和动态请求。

静态请求：Web 请求为诸如 HTML 文件、CSS 文件、js

文件和图片等静态资源时，nginx直接获取资源并返回给用户。

动态请求分为两种：历史故障数据查询请求、实时数据

查询请求。nginx 将请求提交给 PHP–FPM 模块，该模块执

行对应请求的 PHP 文件并将执行结果返回给 nginx，最终返

回给用户。当服务器收到用户查询历史故障数据的请求时，

通过 PHP–FPM 调用历史故障查询 PHP 脚本，从 MySQL 数

据库中取出数据并以 JSON 格式返回给用户界面；当服务器

收到用户的实时查询请求，PHP–FPM 执行实时查询 PHP 脚

本，并利用 Linux 下 IPCs 进程通信方法，将查询命令传输

到 C 语言 Socket 服务程序，Socket 程序将命令传输到相应

的集中器上，集中器负责执行查询请求，查询特定采集器的

数据，并将查询到的数据返回给 Web 服务器端的 Socket 程

序，最后返回到用户网页界面上。

3.3 Web 服务器网页

Web 服务器的网页模块主要包含历史数据查询、实时

数据查询、电压监测、集中器参数配置、台区选择和表格下

载等，如图 6 所示。

网页上的数据显示采用 jQuery 的 DataTables 表格形式，

所有的数据更新为 Ajax 形式，通过 Ajax 的 JSON 格式返回

数据并更新 DataTables 表格的内容。历史数据查询模块用于

显示历史故障数据，如剩余电流超过阈值 10 mA、电压超过

240 V 或低于 200V 的采集器数据，可按时间段进行查询。

实时数据查询模块用于查询各个采集器的实时剩余电流和电

压数据，用户点击实时查询按钮后会调用 Ajax，请求服务

器端的实时数据查询 PHP 脚本。为防止 C 语言 Socket 服务

Web

图5 Web服务器架构

程序和 PHP 脚本同时访问共享内存，导致数据修改错误的

问题，系统设置了一个信号量，PHP 脚本获取信号量后，

将共享内存中的状态字节读出，如果状态字节为“s”，表示

另一个用户已发送查询请求，因此不需要向 Socket 进程发

送数据；如果状态字节是“f”，表示没有其他用户发送查询

请求。电压监控模块用于显示特定日期的电压监控数据，默

认为每隔 30 min 发送一次监控数据到服务器，可以在参数

配置页面中设置监控数据的发送间隔。集中器参数配置模块

用于读取、写入集中器的参数，包括剩余电流超限阈值、电

压超限阈值、采集器超时重传次数、电压监控采集器节点的

编号、台区采集器总数等。台区选择模块用于选择台区，页

面所有的数据均与台区有关，每次 Ajax 请求都会带一个表

示台区的 zoneID 参数。表格下载模块用于数据的导出，调

用 PHP 的 Excel 库可生成 Excel 表格。

4结束语

本文研究并实现了一种基于 ZigBee 和 GPRS 网络的农

网用户剩余电流在线监测系统，系统通过采集器监测农网用

户的剩余电流，并将故障数据发送到台区内的集中器，集

中器会把数据转送到自身的 GPRS 模块并发送到更远的 Web

服务器上，Web 服务器将故障数据存入数据库中。该系统可

以为农电工排查故障时提供参考，帮助农电工快速定位故障

并减少了发现故障的时间，提高农网用户的用电安全性和稳

定性。

参考文献

[1]  张椿宜, 陈楠, 黄勇. 剩余电流式电气火灾监控探测设备的设

计[J]. 消防科学与技术, 2013,32(12): 1385- 1387.

[2]  张亚飞, 李春兰, 段了然, 等. 新疆农村剩余电流保护装置的

应用现状[J]. 电工电气, 2015, 6: 1- 4.

[3]  张冠英, 杨晓光, 李奎, 等. 剩余电流互感器的设计与特性分

析[J]. 天津大学学报, 2011, 44(6): 547- 552.

[4]  杨晓岚, 章国宝. 基于ZigBee无线网络通信的智能家居系统[J]. 

工业控制计算机, 2013, 9:88- 90.

[5]  彭峋. 基于IPC的高速烟支质量检测系统设计实现[J]. 工业仪表

与自动化装置,  2013, 2, 44.

（责任编辑：张峰亮）

Web

图6 Web服务器的网页模块

典型推介 Typical Referral

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2016年第04期 总第347期

对配网实现数据化、信息化管理，提高配网管理水平。

实现对重要用户的实时动态监测，为电力需求侧管理

打下良好的基础。

共享系统资源，优化决策，提高管理服务水平和配电

管理工作效率。

实现配网故障的快速定位、隔离，缩小故障影响范围，

提高故障处理速度，尤其是提高检测单相接地故障的准确

性。

降低局部故障对其他非故障线路的影响，切实提高客

户服务水平，提升用户满意度。

2设计原则

2.1 可靠性

稳定、可靠是系统最基本的要求，系统通过以下措施

和机制，以保证集成系统的安全、稳定可靠运行。

软件保证机制：系统支撑平台软件提供了完善的功能

可以保证各种故障的及时发现、及时定位、切换、隔离、

报警和恢复。

备份恢复机制：系统提供完善的实时数据库、历史数

据库的备份和恢复机制，保证数据的安全性。

规范的开发和工程化：系统遵循了软件工程的科学方

法，经过充分测试，程序运行稳定可靠，系统经过近百项

各种类型工程的实际考验。

2.2 安全性

安全保证：系统提供从网络、操作系统到应用软件全

方位的安全防护措施，以防止外部非法用户的侵入和内部

非授权用户的非法访问。

硬件设备保证：系统的硬件产品均遵循公认的国际和

国内标准，以保证不同产品组合一起能可靠地协调工作。

系统所选的设备符合现代工业标准，具有可靠的质量保证

和完善的售后服务保证。

2.3 实用性

建立面向实时的配电抢修应用，使系统能够服务于故

障抢修的主要业务流程。系统具备丰富的故障抢修应用功

南京市城市规模正处于快速发展期，尤其是城乡结

合区域，供电线路经常变动，线路密度快速增加。同时

大规模的建设施工活动又使得现场事故的发生频率大大

增加，抢修保电工作量急剧上升，有必要尽快提升配网

的自动化管理水平。但常规的配网自动化建设模式会由

于网架结构的频繁调整而使实际使用效果大打折扣，投

资浪费巨大。

因此，有必要采用先进的电力系统应用技术，结合南

京目前电网建设的特点，将配网的运行状态，尤其是故障

状态与现有的 PMS 和 GIS 系统相结合，实现一体化管理，

为故障抢修提供及时准确的故障位置和辅助决策信息，使

抢修工作变被动为主动，为故障的快速处理提供技术保

障，从而全面提升配网管理水平。并以提升供电企业应急

综合能力为目的，着力改变以往配网故障抢修工作中“目

的性不明确的匆忙反应和应对”的被动局面，消除部门和

专业壁垒，最大限度减少故障抢修的中间环节，实现故障

报修无缝连接，从而快速应对、处置各类突发配网事件，

全面提升配网故障抢修速度，达到配网故障抢修工作的社

会效益、经济效益和管理效益最大化。

1建设目标

10 kV 配电网故障快速定位与隔离系统以“先进、稳

定、可靠、实用、经济”为原则，以提高供电可靠性，提

高供电质量，提高管理服务水平，提高企业的经济效益为

目标，着力改变以往配网故障抢修工作中“目的性不明确

的匆忙反应和应对”的被动局面，消除部门和专业壁垒，

达到配网故障抢修工作的社会效益、经济效益和管理效益

最大化，科学、合理地确定建设模式、建设规模、通信方

式和建设进度。系统建设切实体现投资少、集成化高、功

能强、性价比高、易于维护的特点。系统建设目标如下：

实现对配网系统运行的监控，提高配网系统运行的自

动化水平。

提高配网系统运行的可靠性（减少预安排停电及故障

停电次数和停电时间，缩小停电范围）。

10 kV配电网故障快速定位与隔离改造

张同洲

（国网江苏洪泽供电公司，江苏洪泽22310）

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.002

Typical Referral 典型推介

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RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

能，包括智能故障定位、故障告警、故障信息发布和故障

统计分析以及其他相关应用功能，是快速抢修的重要技术

支撑。

配网分析应用从实用化的原则出发，以拓扑分析为核

心，结合相关的数值进行计算。配网分析应用软件贯穿在

配网调度及运行工作之中，不再强调模块单列，为配网日

常工作提供辅助决策和安全把关，突出其实用性。支持上

述条件下基于电气拓扑的实用分析功能。支持全局带 / 停

电着色、供电区域着色、电源点追踪着色、供电路径选择

着色、责任区着色等。支持配电网的各种搭接、跳线、短

接操作对电网拓扑的影响分析。

2.4 扩展性

现阶段系统建设，注重与实际生产相结合，并同时考

虑未来的功能扩展，在使软硬件的构架和功能具有高度的

可扩性的同时，保证满足实时监视和控制的性能要求。根

据工作需要，不仅能够保证未来系统的可扩展性，同时预

留与配电自动化系统接口功能。

系统支撑平台具有清晰合理的分层分布式结构设计和

数据流程，具备高可靠性、稳定性和开放性，满足各种数

据和通信接口的接入，并随时拓展接入新规约。支撑平台

支持在线维护，具有高效的实时数据处理分析能力。

系统硬件采用国际上先进、可靠、通用且标准的工业

软件版本作为软件支撑平台，满足模块化、开放性、可靠

性和方便适用的要求，通过标准的外部通信接口可以和其

他系统平台进行简单的无缝集成，便于其他系统接口与访

问。支持用户对软件系统进行安装和二次开发。

系统接口服务器遵循 IEC 61968 和 IEC 61970 标准。

采用面向实际配电网的描述方式，以配网及其设备为对

象，支持 IEC 61968、61970 标准 CIM（公共信息模型，

Common Information Model）。

3系统结构

故障快速查找与隔离定位系统由系统层、通信层和终

端层三个部分组成，如图 1 所示。

在充分满足故障抢修所需功能的同时，还要考虑与其

他信息系统的衔接、过渡和集成，避免造成信息孤岛和系

统建成即落后的尴尬。

站端设备（“二遥”故障指示器和智能分支故障隔离

开关）以准确快速地检测配网中常见的两种故障——短路

和单相接地故障为主，重点解决长期困扰电力系统的单相

接地故障检测难的问题。通信系统采用 GPRS 通信为主，

站内无线专网为辅的模式，避免建设费用昂贵的光纤通信

系统，以实用、够用为原则，建设整个系统。

结合南京地区配网现状，从实用化的角度提出了一些

配电自动化的建设思路，立足现有的配网一次网架基础，

在故障率较高的分支安装智能分界开关实现对故障点快速

隔离定位，将故障影响范围减小至最小，同时智能开关还

能检测接地故障，实现接地故障快速定位，解决单相接地

故障查找时间长、故障点不准确的问题。同时每条线路加

装“二遥”故障指示器，用于检测短路和单相接地故障，

实现故障点的快速准确定位，提高供电可靠性，同时对线

路的负荷电流和电缆温度进行实时监视。

3.1 系统层

主要由具备历史数据服务、系统接口服务、数据采集

服务、故障处理服务、维护服务、报表服务等功能和专门

开发的软硬件设备构成，其主要模块均预留冗余配置的可

能，为以后系统扩展和提高可靠性提供可能。根据配网自

动化建设技术导则，系统软硬件设备配置遵循“适度超前”

的原则，在满足必需的故障信号采集、故障隔离和定位等

功能的前提下，为下一步系统拓展建设预留资源。

3.2 终端层

架空线路故障快速隔离：在故障率较高的分支加装基

于断路器的分界开关，使线路设备保护与变电站保护进行

有效的配合，在变电站出口开关不动的情况下快速隔离故

障，有效降低局部故障对全线供电的影响，提高供电可靠

性。

线路故障定位：以准确快速地检测配网中常见的两种

故障——短路和单相接地故障为主，尤其重点解决长期困

扰电力系统的单相接地故障检测难的问题。

配电网监控：采集测量线路负荷电流和电缆温度，实

现对线路的监控。

3.3 通信层

由于工程实施地区建设速度的加快，10 kV 架空配网

变动较为频繁，考虑到经济性和方便性，本工程通信以营

销系统已经建成的 GPRS 通信为主。系统通过移动公司

GPRS 网络连接各终端设备，完成数据通信功能。

FTU采集终端

正反向电力专用安全隔离

装置

Ⅲ区接口服务器

工作站 公网数据采集和SCADA服务器

GPRS公网

通信装置

故障指示器

防火墙

安全III区

正相 反相

图1 隔离定位系统系统层、通信层和终端层

典型推介 Typical Referral

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4基本功能

4.1 实时数据采集

实时数据采集是指，采集接收并处理各种数据类型，

采集的全部数据带有完整的表示数据状态的质量标志和来

源标志。对所有接入系统的终端数据进行周期性的查询采

集，以保持数据库的实时性。从终端采集的数据及相关自

动化系统转发获得的实时数据，立刻被处理并存储到实时

数据库中。对所有这些数据处理和存储时，不管数据来自

终端还是来自其他信息源系统，其来源对用户和应用功能

是透明的。经过数据处理的数据成为系统中各项应用功能

的基础及源泉。除了对数据处理以外，还应对所有数据打

上质量标签，标明其可信度。

4.2 故障定位和指示

系统通过 GPRS/3G 无线通信方式，与智能配网终端

或者故障指示器实时通信，获取线路故障状态。主站系统

根据配电线路拓扑、故障信息排列顺序，通过拓扑分析，

确定故障位置，并把该故障信息通过人机系统在馈线图或

者地理图上以可视化的方式予以指示。

4.3 故障信息告警

进行故障定位后，立即通过人机工作站的报警窗口进

行报警提示，还可以在馈线图和地理图上显示故障信息，

使指挥调度人员直观明确地了解故障位置和已知的故障类

型，便于对故障的处置。

4.4 故障信息的复位

当故障处理完成后，将故障信息复位，保证画面报警

信息的时效性和画面的准确性。

5配网故障自动定位系统原理

配网故障自动定位系统将智能故障指示器和现代的通

信技术相结合，利用网络拓扑技术，迅速确定故障所在区

段，帮助维修人员迅速赶赴故障现场，排除故障，从而大

大提高供电可靠性，同时减少故障巡线人员的现场工作

量，提高工作效率。系统的工作原理流程图如图 2 所示。

在该系统中，故障指示器 FI 将检测到的故障信息以

短距离无线通信的方式送给附近的数据转发站 DT，数据

转发站把得到的故障信息进行校验处理后重新打包，以

GPRS/SMS 的方式通过 GSM 网发送给设置在监控中心的

GSM 网关，网关对该信息进行处理后，将所有动作的故

障指示器的信息送给监控主站，监控主站根据配电网络结

构进行网络拓扑，判断出故障位置 ，并在图上给出显示，

同时以汉字短信的形式发送给相关人员，便于直接奔赴故

障点进行处理。

为了确定小电流接地系统接地故障点所在的出线、

分支和区段，该系统用不对称电流源使故障线路上的负

荷电流叠加一个具有明显特征的电流信号作为接地故障

判据，挂在线路上的故障指示器检测到该电流信号后自

动翻牌并发送无线动作信息，从而指示出接地故障点所

在的出线、分支和区段。这种方式克服了现有产品检测

单相接地故障准确度低的缺陷，解决了单相接地故障定

位的难题。

6配网故障自动定位系统特点

系统采用面向实际需求的架构设计（DOA Demand-

Oriented Architecture），投资少，见效快；系统采用工厂

化生产理念（SFPP System Factory Product Philosophy），

即装即用，现场“零”调试工作量；站端设备全部带电装

卸，施工过程几乎不用停电； 故障指示器核心处理单元基

于高性能微功耗单片机、高速 A/D 采样和数字信号处理

技术，检测准确率高；基于有源法实现单相接地故障定位

（选线），可靠性高，误动率为零；在线取能 + 太阳能取

电 + 超级电容的组合式电源结构，确保设备使用寿命长、

免维护；系统即可自称体系，独立运行，也可以与现有或

将来的配网自动化系统无缝对接，实现信息共享。

7效益

该系统经过半个月的安装、调试，目前已经全部成功

投运。替代了传统意义上的人工巡线模式，实现了智能运

行监测功能。

经过一段时间的运行证明：该系统功能强大，通信稳

定，并成功捕捉到多次现场故障，为抢修人员及时准确地

提供了故障所在位置，极大地提高了现场查找故障的效

率。该系统的建设和运行也为今后的配网自动化改造提供

新的参考模式。

（责任编辑：张峰亮）

FI

FI

FI

FI

FI

DT DT

DT

FI

FI

FI

FI

调度或配

网自动化

系统

监控 主站

DT

不对称电流源

GSM网关

图2 工作原理流程图

Power Grid 电网建设

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2016年第04期 总第347期

修的难度急剧增大，因此对配电网检修计划进行优化工

作，有助于进一步优化组合不同专业停电计划，从而有效

避免故障停电、重复停电的发生率，节约检修成本以及减

少因停电而带来的经济损失。

2配电网检修计划优化编制探究

2.1 配电网检修计划编制遵循原则

在编制配电网检修计划的过程中应当遵循以下几点

原则：一是要确保电力系统的运行安全，自动装置与继电

保护装置之间要实现紧密配合；二是最大限度保证电力用

户供电的安全可靠；三是确保电力系统内的各个设备不越

限；四是确保各个负荷节点其电能质量符合有关规定标

准；五是编制的检修计划应当使电力系统能够在最合理、

最经济的方式下运行；六是检修计划的编制应确保在检修

过程中能够最大化利用人力资源。

2.2 配电网检修计划编制的约束因素

在编制配电网检修计划的过程中应当着重考虑以下几

点约束因素：一是当上下两级调度机构同时编制检修计划

的时候，下级调度机构其检修计划编制必须服从于上级调

度机构检修计划，在满足上级调度机构检修计划的同时开

展自身检修计划编制，从而避免负荷点出现重复停电情

况。二是配电检修工作要尽可能安排在用电负荷低谷阶段

进行并尽量减少停电时间，从而确保电力用户的供电可靠

性。三是必须将彼此互相排斥的检修项目放在不同的时段

进行检修，以避免形成电气孤岛。四是检修计划的编制必

须考虑节点电压和潮流约束这两个条件。五是检修项目应

由近及远顺序依次进行，从而节约人力资源成本。六是充

分考虑资源约束，通过评估设备、车辆运行能力和检修班

组来合理安排检修时间。七是在符合电力系统经济性运行

和安全性运行的情况下已经编制好的检修计划尽量不对其

进行调整。

2.3 配电网检修计划编制流程

配电网检修计划编制流程如图 1 所示，其中准备系统

资料主要包括省电力公司统一编制的检修规程、年度运行

方式、年度检修计划（本年度须要检修或大修设备的负荷

数据）、输变电工区上报的相关设备检修数据、配电网主

伴随我国社会经济的飞速发展，电力用户对电力资源

的需求也变得越来越大，尤其是工业、农业以及民用电力

日益增加的需求，使得电力系统其负荷急剧增长，人们对

于电力系统的可靠性、稳定性有了更高的要求。在电力企

业的日常工作中，其中非常重要的一项就是电力设备的检

修工作，进行设备检修工作能够及时发现外观检查或常规

试验难以察觉的问题，从而便于对其加以处理。然而由于

我国电力系统的网络结构日渐复杂化，从而加大了配电网

的检修难度，基于此必须对现有的配电网检修计划进行优

化处理，从而使配电网设备存在的故障或隐患得到快速稳

妥的处理，进而为电力用户提供一个安全、稳定、可靠的

供电系统。因此积极思考可行途径来优化配电网检修计划

具有尤为重要的作用和意义。

1配电网检修计划概述

1.1 配电网检修计划内涵

当前我国配电网设备检修采取的检修方式主要是以定

期检修方式为主，并同时实施事故检修和状态检修，以提

高配电网的可靠性。所谓状态检修就是指以时间为标准开

展预防性检修，从而避免发生设备故障事故。配电网检修

计划是指以用户需求、配电网设备的工作状态为前提，对

设备检修的停电时段进行合理设置，一般有年检计划、月

检计划和日检计划。配电网检修计划其编制过程是一个多

约束多目标的优化问题，其优化所包含的约束条件主要有

检修协调约束、检修管理约束、系统安全约束等，其优化

所包含的目标主要有可靠性目标、管理型目标、经济性目

标等。专门针对配电网检修计划的优化问题的相关研究还

较少，其优化方法一般都是借鉴机组检修计划的优化方

法，如遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、禁忌搜索算法

以及模拟退火算法等。

1.2 优化配电网检修计划的作用

配电网的检修工作将对电力企业产生重要影响，一是

开展配电网检修工作的时候造成的停电可能会给电力用户

带来极大的经济损失；二是开展配电网检修工作增加了对

配电网设备的检修维护费用。配电网作为连接电力用户和

电力系统的重要纽带，因其网络结构日益复杂化，使得检

配电网检修计划的优化

郭… … 欣

（国网青海泽库县供电公司，青海西宁810007）

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.003

电网建设 Power Grid

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接线图、系统预测和实际测量的负荷数据等。月检修计划

编制是指通过系统运行方式、负荷分布情况以及各种实际

影响因素来统一编制月调度检修计划。日检修计划编制是

指通过系统运行方式、负荷预测数据等来编制当天的日调

度检修计划。未完成部分是指对于因某项特殊原因导致检

修计划任务尚未完成的，应当及时反映给输变电工区，再

由输变电工区有关负责人将此情况反映给调度机构，再对

尚未完成的任务进行妥善处理。

3配电网检修计划优化模型研究

配电网设备不管其状态是处于好还是坏均有可能发

生设备故障，因此如果可以合理地安排检修工作，有助

于在设备故障发生之前就将其消灭于萌芽状态。检修方

案不同产生的检修效果以及所付出的成本是不同的，此

外配电网设备在发生故障的时候，不仅会造成设备故障

检修成本与设备资产损害等设备自身的损害，还会降低

配电网安全性和造成电网负荷的损失。此外，配电网设

备发生故障还会引起环境损失与人身损失，因两者一般

难以量化，在本文里暂不对其予以考虑。本文在对设备

随机故障与负荷变换等因素的考虑基础上，评估在不同

检修方案下配电网的风险，进而使编制的检修计划更加

合理，从而将检修期间产生的总风险降低至最低。从检

修角度上看，配电网在运行期间面临的总风险主要包含

配电网故障风险和配电网检修风险，由于这两者是互相

矛盾的，因此能够解决这一矛盾的唯一办法就是寻找到

一个平衡点来协调两者关系，使检修之后配电网的运行

风险降到最低，此时的检修计划则是最恰当的，既不会

因为检修不足而造成配电网故障风险过高，又不会因检

修过度而增大配电网检修风险。

4算法改进在配电网检修计划优化中的应用

配电网检修计划优化是一个离散性、非线性、维数高

的组合优化问题，并存在着难以处理的多项约束条件，运

用传统的数学优化算法是不能对这类问题的求解需求予以

更好地满足的。虽然将一些数学算法进行改进也能够对一

些简化了的模型进行计算，然而其效果却不尽如人意，而

且还会付出比较高的代价。本文主要运用智能优化算法来

对配电网检修计划予以优化，智能优化算法虽然不能确保

解的最优性，但能够找到近似最优解，而且智能算法对处

理离散性和非线性问题也不存在困难，因此尤为适合用来

求解配电网检修计划优化。目前常用的智能优化算法有遗

传算法、蚁群算法、粒子群算法、禁忌搜索算法以及模拟

退火算法等，其中蚁群算法、遗传算法、粒子群算法为三

大群体算法。

4.1 遗传算法的原理及基本操作流程

所谓遗传算法就是指一类借鉴生物界的进化规律 ( 适

者生存，优胜劣汰遗传机制 ) 演化而来的随机化搜索方

法。如同自然界生物进化一样，遗传算法通过逐代进化，

逐渐逼近最优解。与传统的数学优化方法相比，遗传算法

主要有以下几个特点：一是遗传算法的优化目标是将部分

参数集体予以编码从而得到位串，而不是决策变量。位串

编码能够向结构对象提供相应信息，且具有良好的优化效

果。二是遗传算法能够对群体中的多个个体进行同时处

理，从而同时对搜索空间中的多个解予以同时处理，因此

遗传算法具有更好的全局搜索能力。三是遗传算法其适应

度函数的定义域与连续可靠的约束没有任何关系，可以进

行任意设定，因此不需要一些其他额外的信息，仅仅需要

将适应度函数的信息予以充分利用就可以对问题予以解

决，因此遗传算法具有更大的应用价值。四是遗传算法是

一种具有概率性操作规则的计算方法，因此看似是在进行

盲目的搜索，但是实际上其有着非常明确的搜索方向，尤

其适合于环境因素比较复杂、高维数情况下，因此在配电

网检修计划优化问题中遗传算法更加适合。五是遗传算法

能够通过自组织、自学习和自适应从而获得适应值大、生

存概率较高的个体。遗传算法的基本操作流程 如图2所示。

4.2 基于罚函数来改进遗传算法

在对配电网检修计划进行实际优化的过程中，由于存

在着一定约束条件，而且这些约束条件其描述有着许多形

式，因此在遗传算法的构造过程里，可以采用罚函数的方

式来对这些问题中的约束条件予以处理，从而维持群体的

多样性，进而改进遗传算法。以五峰函数为例。

从表 1 可以看到，原算法的种群多样性随着进化代数

的增加而增加，而改进算法其种群多样性一直维持在一个

图1 配电网检修计划编制流程

Power Grid 电网建设

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较为理想的状态，因此说明运用改进算法来寻找最优解具

有更大的概率。

将改进遗传算法应用于配电网检修计划优化的整个求

解流程如下：读入相关数据信息（上级调度下达计划、下

级工区上报计划、检修计划停电信息）→设备分组编号→

安排不可变更的检修计划→处理检修计划优化约束条件→

运用改进遗传算法进行优化计算→输出检修计划优化结

果。

5结束语

配电网检修计划优化是一个多约束、多目标的问题，

本文先简单阐述了配电网检修计划内涵及优化配电网检修

计划的重要作用，介绍了配电网检修计划编制流程，再研

究了配电网检修计划优化模型，最后对遗传算法展开相应

介绍并对其加以改进，使之更加适合应用于配电网检修计

划优化过程，以求得最优的检修计划。通过数据测试表明，

改进后的遗传算法能够对配电网检修计划予以有效优化，

使得优化后的检修计划能够进一步改善配电网运行的安全

性和经济性，且进一步降低电力用户因停电造成的损失以

及进一步降低检修人力成本。希望能通过本文对遗传算法

的改进研究工作，给予其他电力企业一定参考与借鉴，使

得改进后的遗传算法在配电网检修计划的优化过程中得到

更加广泛的应用，从而推动配电网检修计划优化工作获得

进一步发展，使其更好地为配电网检修工作服务。

参考文献

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修计划编制[J]. 电气开关，2012（04）：14-17.

[2]  许旭锋, 黄民翔, 王婷婷, 等. 复杂配电网的短期检修计

划优化[J]. 浙江大学学报(工学版), 2010,（03）:510-515.

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状[J]. 电气开关，2015（04）：1-5.

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碳世界, 2015(28)：71-72.

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电气技术, 2015(03)：82-84.

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[8]  王飞飞. 配电网检修计划优化的研究[D]. 华北电力大学, 

2013.

（责任编辑：张峰亮）

图2 遗传算法的基本操作流程

资讯

国网青海电力高海拔地区输电线路带电作业达到国际领先水平

近日，国网青海省电力公司与中国电力科学研究院、

西藏电力科学研究院共同研发的《高海拔地区输电线路带电

作业试验研究与应用》通过中国电机工程协会鉴定。项目成

果将带电作业海拔范围由 2000 m 提升到 5500 m，填补了国

内外高海拔地区输电线路带电作业的空白。

2015 年，高海拔地区输电线路带电作业试验研究与

应用分别在海拔 2200 m、3000 m、4300 m 地区的 750 kV、±400 kV、330 kV和220 kV运行的输电线路真型铁塔上开展。

通过 229次的带电作业安全距离和屏蔽防护试验研究，获得

带电作业间隙放电特性曲线和作业人员处于不同位置时的场

强数据，确定了海拔 2000~5500 m范围的上述 4个电压等级

输电线路带电作业最小安全距离、最小组合间隙距离、带电

作业工具最小绝缘长度及带电作业进入方式，提出屏蔽防护

措施，形成高海拔地区输电线路带电作业技术标准体系，并

应用于高海拔地区输电线路带电作业。该公司已形成了成熟

的高海拔带电作业工作流程、防护措施和作业方案，有效地

减少了高海拔地区高压输电线路停电检修时间，确保了青海

电网输电线路安全稳定运行，推动了输电线路带电作业技术

水平和带电作业装备制造的长足发展。

来源：国网青海省电力公司

表1五峰函数测试数据表

进化代数 原算法 改进算法

0 0.5431 0.5473

10 0.6757 0.6261

50 0.8029 0.6431

100 0.8965 0.6559

200 0.9589 0.6569

电网建设 Power Grid

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和振动传感器对电力电缆管线的现场进行实时的采集，当

数据超出这一门限后开启持续数据采集和存储，采用因子

分析法对存储的数据与电力电缆外力破坏事件的模型库进

行分析，从而得到破坏事件的类型与位置。

2建立电力电缆外力破坏事件模型库

通过声音传感器和振动传感器采集电力电缆周边的

声音数据源和振动数据源；通过 AD 转换模块将声音数据

源和振动数据源转换成数字信号用于后期分析和处理；将

AD 转换后的声音数据和振动数据进行存储以方便后面的

分析和处理；采集同一时刻的声音数据与振动数据后进行

比对分析并建立模型；根据传感器在不同介质（水泥地面、

沙土、泥土等）、不同距离（0 ～ 20 m）、不同破坏事件等

情况，建立完整的电力电缆防外力破坏事件模型库流程

图，如图 2 所示。

3电力电缆防外力破坏事件定位方法

通过设置传感器数据采集的门限阈值来判定对电力电

随着城市改造建设不断加快，一些单位及个人在电力

设施保护区内盲目施工，特别是在土建施工时很容易对电

力电缆造成外力破坏，如何保证地埋式电力电缆本体不受

外力破坏？很多的电力部门曾经采取过用人力的方式，定

期地对线路进行维护，但因人力有限，对于扩建下城市的

线路管网也是心有余而力不足，不可能面面俱到。同时目

前很多产品及方法一般在外力破坏发生后才进行报警，并

不能有效预防这种破坏的发生。本文详细介绍了一种电力

电缆防破坏预警及定位的方法。

1电力电缆防破坏定位方案

电力电缆防外力破坏定位方案采用声音传感信号与振

动传感信号相结合的抗干扰电力电缆防外力破坏的监测方

法，合理地规避了一些自然环境的噪声源和无效的振动

源；解决了地埋式电力电缆防外力破坏事件受不同介质、

不同距离、不同工程机械的影响无法实现精确定位的难

题；采用声音传感信号与振动传感信号来构建电力电缆防

外力破坏事件的数据模型，方便现场采集数据的对模型库

的遍历与比对。

如图 1 所示 , 第一步是建立电力电缆外力破坏事件的

模型库，该模型库包含不同介质、不同距离、不同破坏事

件（挖掘机、打桩机、碎石机等）的现场数据。这些数据

都是采集同一时刻声音传感器和振动传感器的数据源来

进行构建现场破坏事件数据，并进行 AD 转换和存储后来

进行模型构建。第二步是实现电力电缆防外力破坏事件定

位，在设定传感器数据采集存储门限阈值后由声音传感器

介于空气、土壤介质的电力电缆防破坏定位方法

俞登科，许金彤，李建斌

（国网浙江萧山区供电公司，浙江杭州，311201）

振动传感器

数转模块

数转模块

声音传感器

振动源

噪声源

是否超出设定门限

是否超出设定门限

数据采集通道1

数据采集通道2

否

否

存储数据

建立电力电缆外力破坏模型库

因子分析算法

解算事件发生距离和类型

是

是

图1 电力电缆防破坏方案拓扑图

摘要：电力电缆在城市建设中应用非常广泛，但是由于电力电缆敷设路径长、范围广，管理人员很难全

方位对电力电缆进行管理；同时城市改造不断加快，土建施工很容易对电力电缆造成外力破坏，电力电

缆在防止外力破坏方面管理难度非常大。受多种介质、环境恶劣、地埋复杂等因素影响，单一采用介于

空气传播的声音传感器或单一采用介于土壤介质传播的振动传感器对电力电缆破坏事件进行定位都很难

实现，本文研究一种用声音传感器与振动传感器相结合对电力电缆管线现场进行并行监测实现对破坏事

件的精确定位。

关键词：声音传感器；振动传感器；破坏事件定位方法；并行监测；精确定位

中图分类号：TM561  文献标志码：B  文章编号：1003-0867(2016)04-0014-02

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.004

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限值来判定是否进行 203 步骤采集的声音数据和振动数据进

行存储；启动数据采集与存储功能，对电力电缆防外力破坏

事件进行持续的采集并存储；根据存储的数据通过遍历算法

对步骤 105 建立的电力电缆防外力破坏模型库进行遍历和比

对。通过 206 步骤的结果来判定是否为电力电缆防外力破坏

事件，如果是就进行 208 步骤，不是就转到 201 步骤继续进

行监测；将得到的电力电缆防外力破坏事件的类型和产生事

件的位置结果进行显示，如图 3 所示。

本方案通过声音传感器和振动传感器来采集电力电缆

防外力破坏事件的数据进行事件的预警和定位，有效地防

止了雷电、车辆通过等干扰信源引起的定位失真问题从而

精确定位电力电缆周边可能会遭受到的破坏事件。

4结束语

介于空气、土壤介质的电力电缆防破坏定位方法采用

声音传感信号与振动传感信号相结合的抗干扰电力电缆防

外力破坏的监测方法，合理地规避了一些自然环境的噪声

源和无效的振动源；解决了地埋式电力电缆防外力破坏事

件受不同介质、不同距离、不同工程机械的影响无法实现

精确定位的难题；对于我国不断加快的城市改造建设中地

埋式电力电缆的防护有着积极的作用。

（责任编辑：张峰亮）

采集电力电缆破坏事件的声音和振动信源

AD模数转换

存储采集数据

同一时刻声音数据与振动数据的分析与建模（不同介质、不同

距离）

建立电力电缆破坏事件模型库

结束

开始

102

102

103

104

105

图2 建立电力电缆防外力破坏事件流程图

缆防外力破坏事件进行持续采集并存储的一个开关；通过声

音传感器和振动传感器采集电力电缆周边的声音数据源和振

动数据源；通过 AD 转换模块将声音数据源和振动数据源转

换成数字信号用于后期分析和处理；从 201 步骤中设定的门

采集电力电缆破坏事件声音、振动信源

开始

AD模数转换

遍历电力电缆破坏事件模型库

是否破坏事件类型

开启持续采集功能

显示破坏事件类型

电力电缆破坏事件数据存储门限设定

是否超过门限

结束

201

202

203

204

205

206

207

208

图3 电力电缆防外力破坏事件定位流程图

资讯

国网宁夏电力积极推动新能源替代燃煤自备电厂发电开拓电力市场

3 月 4 日 9:50，宁夏石嘴山金力实业集团有限公司

2×12 MW 自备燃煤发电机组停炉、停机，并于 11:00 完成

发电机出口断路器加封工作，其下属的宁夏金福合金材料

有限公司改用网电，由石嘴山 220 kV 河滨变电站 44322 河

福线供电。该自备电厂关停，是在国网宁夏电力公司组织

开展的由新能源替代企业燃煤自备电厂发电、转用公网供

电的举措下实现的，在全宁夏首开先河，可实现全年替代

电量 156 GWh。鉴于此，国网宁夏电力公司积极服务用电企业及新能

源发电企业，对辖区内在运企业燃煤自备电厂开展调研分

析，摸底自备电厂经营状况，并认真分析新能源发电企业

增发电量效益，编制了新能源替代自备电厂发电实施方案。

方案从降低用电企业经营成本及安全生产压力、提高清洁

能源发电效率、降低环境污染着手，兼顾用电客户、发电

企业、供电企业三方利益。

来源：国网宁夏电力公司

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允许故障修复后恢复供电，恢复供电的时间与故障修复时

间相同。

该级停电故障主要涉及中压线路故障，停电范围仅限

于故障线路上的负荷，而该中压线路的非故障段应在 3 h

内恢复供电，故障段所带负荷应小于 2 MW，可在故障修

复后恢复供电。

A+ 类供电分区中故障线路的非故障段可在 5 min 内

恢复供电，A 类供电分区中故障线路的非故障段可在

15 min 内恢复供电，B、C 类供电分区中故障线路的非故

障段应在 3 h 内恢复供电。

第二级诊断标准要求中压线路应合理分段，每段上的

负荷不宜超过 2 MW，且线路之间应建立适当的联络。

1.3 第三级诊断标准

对于停电范围在 12 ～ 180 MW 的组负荷，其中不小

于组负荷减 12 MW 的负荷或者不小于 2/3 的组负荷（两者

取小值）应在 15 min 内恢复供电，余下的负荷应在 3 h 内

恢复供电。

该级停电故障主要涉及变电站的高压进线、主变压器

或母线故障，停电范围仅限于故障变电站所带的负荷，其

中大部分负荷应在 15 min 内恢复供电，其他负荷应在 3 h

内恢复供电。

A+、A 类供电区域故障变电站所带的负荷应在

15 min 内恢复供电；B、C 类供电区域故障变电站所带的

负荷，其大部分负荷（不小于2/3）应在15 min内恢复供电，

其余负荷应在 3 h 内恢复供电。

该级标准要求变电站的中压线路之间应建立站间联

络，变电站主变及高压线路可按“N–1”原则配置。

满足供电安全标准的供电能力是在综合考虑变电容

量、网络结构、二次和自动化配置、下级电网和不同供电

区域供电要求的条件下计算出来的最大供电能力。满足供

电安全标准的供电能力 = 传统供电能力计算值 – 不安全

供电负荷，是除去了不安全负荷的供电能力。

2诊断体系及指标

基于供电安全标准的配电网诊断体系由六部分组成：电

网基本情况诊断、高压配电网缺供电力诊断、中压线路缺供

传统的配电网诊断分析方法存在指标以偏概全，问题

分析出现偏差；没有体现不同分区不同标准、一次和二次

协调的理念；指标间相互割裂，评判标准不明确、不唯一

等不足 [1–4]。配电网规划近期规划必须以问题清单为导向，

着重解决现状电网存在的问题和满足新增负荷需求 [5–6]。

供电安全标准将可靠性目标与电网设备、网架、自动

化、保护和运行协同考虑，采用一个综合指标考察电网是

否满足要求。供电安全标准法加强了电网分析的深度，将

设备指标、网架指标、运行指标有机地结合在了一起，使

得电网诊断分析更加系统、更易于突出电网问题，同时也

有效提高了电网诊断分析的可操作性 [3–4]。

同时，基于供电安全标准的配电网诊断方法是指导电

网规划、建设的关键环节，通过对配电网有针对性地诊断

分析，可进一步提升电网安全、稳定、经济运行水平，提

高供电企业资源配置能力和可持续发展能力 [7–8]。

1供电安全标准及供电能力

供电安全标准规定了不同电压等级配电网单一元件故

障停运后，允许损失负荷的大小及恢复供电的时间。配电

网供电安全标准的一般原则为：接入的负荷规模越大、停

电损失越大，其供电可靠性要求越高、恢复供电时间要求

越短。根据负荷规模的大小，配电网的供电可分为一、二、

三 3 个等级。

1.1 第一级诊断标准

对于停电范围小于 2 MW 的组负荷，允许故障修复

后恢复供电，恢复供电的时间与故障修复时间相同。

该级停电故障主要涉及低压线路故障、配变故障，或

采用特殊安保设计的中压线段故障。停电范围仅限于低压

线路、配变故障所影响的负荷、特殊安保设计的中压线段，

中压线路的其他线段不允许停电。

该级标准要求单台配变所带的负荷不宜超过 2 MW，

或采用特殊安保设计的中压分段上的负荷不宜超过

2 MW。

1.2 第二级诊断标准

对于停电范围在 2 ～ 12 MW 的组负荷，其中不小于

组负荷减 2 MW 的负荷应在 3 h 内恢复供电；余下的负荷

基于供电安全标准的配电网诊断方法袁文根1，欧阳光2，张… … 伟2

（1.广东电网有限责任公司东莞供电局，广东东莞523008；2.天地电研（北京）科技有限公司，北京昌平102206）

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.005

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电力诊断、中压线段缺供电力诊断、差服务用户比例计算和

报装受限区域诊断。诊断体系及关键指标如图 1 所示。

基于供电安全标准的配电网诊断指标主要包括高损配

变比例、残旧线路比例、残旧开关比例；非标准接线比例、

复杂接线比例、重过载比例、轻载比例、不满足 N–1 比例、

高压配电网缺供电力、中压线路缺供电力、中压线段缺供

电力 11 项关键指标。

3诊断指标的算法

3.1 电网基本情况诊断指标算法

高损配变比例、残旧线路比例、残旧开关比例、非标

准接线比例、复杂接线比例、重过载线路比例、轻载线路

比例、不满足 N–1 比例等指标都属于电网基本情况诊断

指标，该指标计算方法在 [9–12] 中都有详细的论述，本文

不再探讨。

3.2 高压配电网诊断指标算法

高压变电站诊断指标算法主要分为三个步骤：首先计

算变电站 N–1 容量，其次根据供电安全标准计算变电站

供电能力，最后根据实际负荷计算缺供电力或供电裕度。

3.3 中压线路诊断指标算法

中压线路诊断指标算法主要分为两步。首先根据供电

安全标准计算中压线路供电能力，然后根据实际负荷计算

缺供电力或供电裕度。中压线路采用第二级供电安全标准

进行安全性评估。

3.4 中压线段诊断指标算法

中压线段是指架空网中的中压分段线路和电缆网中从

环网单元带保护开关的馈出分支线，采用第一级供电安全

标准进行评估。

4诊断方法的应用

4.1 高压变电站诊断分析应用

选取被诊断的 110 kV 变电站 C，于 2010 年 3 月投运，

位于 B 类供区，有 2 台主变，容量构成为 50 + 40 MVA，

主变的电压变比均为 110/10 kV ；电源进线 2 条，为单链结

构，进线 1 型号为 LGJ–240/30，进线 2 为 LGJ–300/25。变

电站高压侧一次主接线为内桥接线，低压侧主接线为单母

分段，母联开关状态为常开。典型日变电站最大时点负荷，

#1 主变负荷为 40 MW，#2 主变负荷为 23 MW，下级电网

可转供负荷为 30 MW。诊断变电站示意图如图 2 所示，分

析如表 1 所示。

4.2 中压线路诊断分析应用

如图 3 所示，中压线路 A、B、C 位于 B 类供电分

区，线路 A 与线路 B 和线路 C 形成多联络，本区域中压

线路未实施配电自动化改造。线路 A、B 导线型号均为

基于供电安全标准的配电网诊断分析

设备情况

高损配变

残旧线路

残旧开关

非标准接线

复杂接线

网架情况 运行情况

重过载

轻载

不满足N-1

供电安全性

高压配网缺供电力

中压段缺供电力中压线路缺供电力

图1 诊断体系及关键指标

图2 诊断变电站示意图

表1变电站C高压配电网问题清单及问题分析表

主变 进线供电能

力/MW

供电安全 供电裕度

缺供负荷

/MW

缺供

原因

富裕负

荷/MW

富裕

原因编号

容量

/MVA

负荷

/MW

投运

时间名称

安全电

流/A

负荷

/MW

投运

时间

#1 50 40 2010.3 进线1 610 32 2010.359 4

主变

重载-4

#2 40 23 2010.3 进线2 700 31 2010.3

表2中压配电网问题清单及问题分析表

名称 导线型号主干线

长度/km

线路总

长度/km

安全电

流/A

最大负

荷/MW

分段开

关/台

分支开

关/台

联络线路

条数/条

配电自

动化

典型日负

荷/MW

供电裕

度/MW

不满足供电安全

标准的原因

线路A JKLYJ-240 2.25 3.76 420 7.3 2 2 2 无 5 0.9

重载线路B JKLYJ-185 4.43 4.43 400 6.9 2 2 1 无 6 -1.7

线路C JKLYJ-240 5.24 7.43 420 7.3 3 2 1 无 3 1.3

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JKLYJ–240，线路 C 为 JKLYJ–185。典型日最大时点负

荷，线路 A 负荷为 5 MW，线路 B 为 6 MW，线路 C 为

3 MW。根据调度提供的安全电流值，JKLYJ–240 安全电

流为 420 A，JKLYJ–185 为 400 A，则 JKLYJ–240 允许所

带最大负荷为 7.3 MW，KLYJ–185 为 6.9 MW。

线路 A 的剩余供电容量 2.3 MW ；

线路 B 的剩余供电容量 1.3 MW ；

线路 C 的剩余供电容量 3.9 MW。

线路 A 的供电能力为 5.9 MW ；线路 B 的供电能力为

4.3 MW ；线路 C 的供电能力为 4.3 MW。

线路 A 的缺供电力为 –0.9 MW，线路 B 的缺供电力

为 1.7 MW，线路 C 的缺供电力为 –1.3 MW。

问题清单及问题分析如表 2 所示。

5结论

5.1 评价指标全面，分析问题到位

分析间隔利用率时结合变电站负载情况，间隔利用率

高而变电站负载率不高时才是有问题的。分析导线截面时

结合线路负载情况，若小截面线路满足供电安全标准评估

则也是合理的。

5.2 不同分区不同标准、一次和二次协调

对不同供电区域（如 A+、A、B、C、D 等）可应用不

同的供电安全标准，设备、网架、运行和自动化综合协调

可通过一个计算过程给出综合性指标。

5.3 指标间逻辑联系紧密，评判标准明确

供电安全标准法计算得出唯一的指标：缺供电力或缺

供电量并以此作为问题清单的唯一标准，计算过程简洁、

逻辑性强，评判标准唯一，易于实现。

参考文献

[1]  余贻鑫，王成山，肖峻，等．城网规划计算机辅助决策系

统[J]．电力系统自动化，2000，24 (15)：59-62．

[2]  王成山，王赛一，谢莹华，等．城市电网规划工作的复杂

性及新技术应用[J]．浙江电力，2004，23(1)：1-5．

[3]  肖峻，高海霞，葛少云，等．城市中压配电网评估方法与

实例研究[J]. 电网技术，2005，29（20）：77-80．

[4]  刘伟，郭志忠．配电网安全性指标的研究[J]．中国电机工

程学报，2003，23(8)：85-90．

[5]  梁双，范明天，苏剑．城市电网性能评价指标框架研究[J]. 

供用电，2009(5)．

[6]  万卫，王淳，程虹，等．电网评价指标体系的初步框架[J].

电力系统保护与控制，2008, 36(24)：14—18．

[7]  DL/T 256-2012 城市供电安全标准．

[8]  Q/GDW 1738-2012 配电网规划设计技术导则．

[9]  刘伟，郭志忠．配电网安全性指标的研究[J]．中国电机工

程学报，2003，23(8)：85-90．

[10] 汤亚芳, 王建民, 程浩忠, 等. 配电网经济性综合评估体

系[J]. 电网技术, 2007, 31(2): 127-130.

[11] 李晓辉, 张来, 李小宇, 等. 基于层次分析法的现状电网

评估方法研究[J]. 电力系统保护与控制, 2008,36(14): 57-

61.

[12] 颜华敏，周华，王征，钱建春，史磊. 配电网评估指标

体系的建立及在配电网规划管理中的应用[J]. 华东电力. 

2012,40(5):851-853.

（责任编辑：张峰亮）

资讯

国网青海电力配网运维大数据监测分析取得显著成效

日前，国网青海省电力公司通过配网运维大数据监

测分析，累积发现 2354 项有效异动，已完成整改率达

61.40%，该公司大数据应用取得显著成效。

大数据是以规模巨大、来源分散、种类多样为特征的

数据集，通过大数据分析能够发现新知识、创造新价值、

提升新能力。对该公司来说，开展大数据工作是推进企业

管理变革的客观要求，也是增强价值创造力和核心竞争力

的有效支撑。该公司高度重视大数据工作，以全面数据资

产管理为前提，以先进适用分析模型和科学算法为核心，

以企业数据多维价值挖掘为关键，全面推进大数据应用在

公司的新实践。

针对青海配电网设备状况差、面积大、负荷分布均衡

性差异大、异常气候影响大等因素造成的供电质量较差的

突出问题，该公司运监中心发挥省地一体化优势，常态化

组织开展配网运维大数据监测分析，为配网规划投资、建

设运维工作等提供坚强支撑。

“主要作法是基于用电信息采集、生产管理等系统海

量业务明细数据，组织 7 个地市供电公对配变台区电压、

负载、停电等运行状态开展常态监测分析，及时、准确发

现业务异动，先后经历了试点、建模、全面推广应用等阶段，

目前监测方式已固化。”该公司运监中心相关负责人表示，

通过对低电压、过载等异动问题配变精准治理建立高效协

同机制、每周异动问题发现及整改汇报通报机制，常态化

开展配网运维监测，不断完善监测模型，使监测工作更加

符合实际、更加实用。

来源：国网青海省电力公司

图3 诊断线路示意图

Power Grid 电网建设

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住宅小区的配电设计黄后剑

（广西佛子矿业有限公司，广西梧州543100）

1现代化住宅配电自动化系统

1.1 配电自动化系统设计的要求和特点

在本期自动化工程中，在采用南瑞 RCS–9000 系列、

双电公司 SD–9520 装置的同时，采用了业扩处新开发的

SD–9630 塑壳开关运行状态采集装置，检测塑壳开关的

运行状态，并将运行状态传回到集控中心（中间站）。采

用了业扩处新开发的 SD–9860 电缆故障指示器，完成电

缆故障的识别。 本期工程配电系统自动化的组成如下。

在开闭站二层设立集控中心（按中间站模式建设），

安装了 1 台计算机柜。柜内装有一台 CRT 显示器、一台

主机（以下简称“上位机”）、键盘、UPS 不间断电源。其

中主机内 ISA 插槽上装有 2 块智能通信卡，实现与子站

测控装置的通信。实现整个小区配电自动化系统的集中

通信、实时监控、统计与管理功能。

测控装置主要包括：开闭站内高压柜上的 RCS–9000

综合微机测控保护装置，通过 RCS–9693 通信机由双绞线

连至上位机的智能通信卡；开闭站低压开关测控和低压无

功补偿与上位机通信由 SD–9520 电力综合测控仪实现。

12 台箱变由 SD–9520Q 电力综合测控仪实现高压开关的

控制、状态检测和变压器电参量的检测及低压无功补偿；

由 SD–9630 实现塑壳开关运行状态采集；由 SD–9860 实

现高压电缆短路与接地故障检测；SD–9520Q 电力综合测

控仪借助 OTR–2218L 光纤数据收发器实现光纤传输，组

成光纤与双绞线混合的通信网，将信号传至上位机。配

电自动化系统组成如图 1 所示。

1.2 配电自动化系统主要功能设计

住宅小区配电自动化系统功能主要集中于五个方

面，即数据采集、监视与控制、故障隔离与供电恢复、

地理信息系统及数据统计与报表，这五方面及其相互关

系如图 2 所示。

数据采集与远传：电压、电流、有功功率、无功功率、

功率因数、频率等。开关位置信号远传：高压开关、低压

主进开关及联络开关。自动无功补偿功能：电容器的自动

投切及电容器投切状态信号远传。遥控开关：高压开关、

低压主进开关及联络开关。电缆故障信号远方传输。故

障隔离与恢复供电：实现电缆故障的自动隔离，迅速恢复

非故障线路的供电，缩小事故范围，提高供电可靠性。住

宅电能表的远方传输（RTU 预留数据采集接口）。

2住宅小区配电一次系统设计

2.1 主开闭站

开闭站 10 kV 电源由中关村 110 kV 变电站、肖庄

110 kV 变电站分别引单路电缆供电，10 kV 部分接线方式

为单母线分段。 站内 10 kV 开关柜共 21 面，其中：2 面

进线柜；2 面 PT 柜；2 面所内；1 面母联柜；1 面隔离开关

柜；13 面馈出柜，其中含 2 面变压器馈线柜。站内 2 台变

压器低压侧分别经母线桥引至低压进线开关柜，共 11 面

低压开关柜，其中：2 面进线柜，2 面电容器柜，1 面母联

图1 配电网自动化系统图

图2 配电自动化系统主要功能及其关系图

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.006

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柜，6 面出线柜。

2.2 箱式变电站

箱式变电站分三部分：高压单元、低压开关单元及电

容器补偿与低压测控单元。 其中，高压单元采用 SF6 绝

缘的开关柜，包括 1 个进线开关、1 个变压器出线开关、

1 个馈线开关；低压开关单元包括 5 个低压出线开关；低

压电容器补偿部分是 5—8 组电力电容器自动投切，其

中 #1、#2 箱变补偿容量为 75 kvar，#3 箱变补偿容量为

90 kvar，#4、#5、#6 箱变补偿容量为 120 kvar。 另外，

该箱变外面覆以经过特殊防水处理的木板，外观颜色的可

选择性使它能更好地与居民小区的整体风格相协调。

3配电自动化系统通信方案

3.1 自动化系统通信网

配电自动化系统由 1 座开闭站和 12 座箱式变电

站组成。在开闭站和各箱式变电站运行的 SD–9520 或

SD–9520Q 在现场实时采集数据和记录历史数据，其中

部分数据可在 SD–9520 或 SD–9520Q 显示屏上显示，同

时全部的数据和记录可通过 SD–9520 、SD–9520Q 提供

的 RS232/RS485 接口按照 DNP–3.0 通信规约进行远传。

SD–2000 配电自动化系统（集控中心中间站）负责基本数

据通信的主机中有两块智能通信控制卡，该通信卡具有

CPU 和 FLASH RAM，从而具备独立管理通信和在线编

程的强大功能。通信卡有两个 RS232/RS485 通信口（可通

过跳线来选择），两个通信口各自进行通信互不干扰，提

高了通信的效率。通信口为 D 型 9 针母接头。

3.2 小区开闭站通信方案

开闭站高压侧的 10 kV 进线柜、馈出线、变压器出线

和母联开关采用 RCS–9000 系列综合微机保护装置，实现

高压开关状态的检测和 10kV 侧电参量的采集，RCS–9000

系列综合微机保护装置的数据通过 RS485 接口集中到通

信集中器 RCS–9693 上，再通过 RS232/RS485 接口按照

DNP–3.0 通信规约与智能通信卡通信，所以采用 RS232

或 RS485 方式都可以。

开闭站低压侧的电容器柜内的 SD–9520 电力综合测

控仪和 SD–9520JDQ 继电器扩展单元，共同实现变压器

低压侧所有电参量的测量、低压主进开关与母联开关的遥

控和 8 组电力电容器的自动投切。另外，开闭站每面低压

出线柜内装有 SD–9630 塑壳开关运行状态采集装置，检

测所有低压出线开关的运行状态。不同低压柜的 SD–9630

通过 RS485 接口连到相邻柜内的 SD–9630，由末端的

SD–9630 的主 RS485 接口连到装在电容柜内的 SD–9520

的 RS485 接口。SD–9520 的 RS485 接口直接与主机上的

智能通信卡相连。

4某小区集控中心设计案例

4.1 设计原则

集控中心（中间站）采用工控机构成的网络系统，软

件选用技术先进成熟的产品，与自动化系统工程整体配

套，功能必须满足实用化要求。

要保证自动化系统运行的可靠性、系统功能的实用

性、系统功能扩充及升级的适应性。要满足自动化系统功

能分层的要求，有与 MIS 系统和远程通信的接口。

本系统的功能除满足配电自动化系统实用化要求外，

还要具有（或予留）电度量采集处理，开闭站、箱式变电

站无人值班的功能，确定并考虑下一步高级应用软件的基

本连接方式方案。

本自动化系统集控中心（中间站）以运行寿命 10 年为

设计目标。

根据系统工程的特点，集控中心（中间站）的硬件配

置一步到位，不搞过渡方案。

设计范围：配电自动化系统技术规范。 集控中心（中

间站）系统的安装设计。远方终端 RTU 系统方案设计。

CRT 显示画面和制表打印表格设计。

4.2 集控中心计算机系统

集控中心（中间站）预设计算机柜一台，内装工控机

一台，负责整个配电系统的集中通信和数据采集、整个配

电网的集中监控、实现故障隔离与供电恢复以及历史数据

存储与管理。 这台主机可通过调制解调器实现与远方主

站或其他控制中心的通信。

5结束语

伴随着科学技术的发展，人们生活水平的提高，家庭

用电器也在逐渐地增多。除了传统意义上的照明用电，现

在几乎每个家庭都有电脑、电视、空调、电磁炉、电冰箱、

洗衣机，虽然这些家用电器使生活更加方便快捷，但是也

给电力供应增加了压力。所以，在电力的高能耗时代，进

行现代化住宅小区配电设计时，必须要考虑到用电量问

题，要有超前的设计理念，在小区建设中要将所有用电设

备考虑进去，并留有足够的余地。只有有了超前意识才能

做到完美设计，进而减少不必要的重复建设和浪费。

参考文献

[1]  王明俊, 张清益. 电系统自动化极其发展. 电网技术, 

2012(12).

[2]  王清. 配电自动化系统在大同地区的实现, 电力学报2012(10)

[3]  李虎.  银川城区配电自动化系统,  电力系统自动化, 

2012(9).

（责任编辑：张峰亮）

Operation & Maintenance 运行维护

21

RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

开关柜局部放电地电波传播特性及试验

（国网北京通州供电公司，北京通州101100）

李京南，赵美佳

高压开关柜是配电系统中的关键设备，是直接面向用

户的重要环节。开关柜在长期运行过程中，由于各种客观原

因可能会出现电缆搭接处故障、触头故障、绝缘劣化等问

题，从而发生局部放电导致开关柜局部温度升高，绝缘水平

下降，甚至导致设备爆炸。所以及时发现和掌握开关柜运行

状态对保证设备正常运行，减小经济损失有重要意义。

局部放电是判断故障问题出现的最直接信号，目前已

有的各种检测方法，如脉冲电流法、超声波法、特高频法、

红外测温法等，其本质都是检测局部放电信号。脉冲电流

法虽然能够有效获得局部放电信号，但是属于离线测量，

特高频法为电磁波信号，但是由于开关柜金属外壳对电磁

波信号的阻碍，其检测效果一直不好。1976 年，Dr. John

Reeves 提出了开关柜地电波（Transient Earth Voltage, 简称

TEV）的概念，认为局部放电发生时产生的电磁波信号会

在开关柜表面形成一个瞬时的电位，它可以作为开关柜状

态检测的依据，而且可以实现在线检测。近几年，各大供

电公司都开始将 TEV 检测作为开关柜巡检的必要方法之

一，不过在测试中发现，TEV 信号会受到局部放电电源

强度及检测距离的影响，TEV 的传播特性严重影响到开

关柜状态检测，因此分析开关柜内 TEV 信号的传播特性

对保证设备安全具有实际工程意义。目前在 TEV 传播特

性方面研究较少，没有统一的定论及系统的试验分析，因

此本文采用 XFdtd 分析软件仿真了 TEV 信号的特征及传

播过程，并且从仿真及试验两个方面研究了信号源强度及

检测距离对 TEV 信号的影响，为现场开关柜检测提供测

试依据。

1TEV传播特性

1.1 开关柜外壳对TEV信号传播的影响

开关柜外壳为金属外壳，从理论上讲，金属对电磁波

的传播有很强的阻碍作用，影响 TEV 信号的传播，检测

到的电磁波是从金属外壳不连续的地方传出。本文采用

XFdtd 软件对金属外壳的影响进行了仿真。

XFdtd 是基于时域有限差分（FDTD）方法的全波三维

电磁场仿真软件，非常适合 TEV 这种时域空间传播信号

的仿真。本文建立了开关柜等尺寸三维模型，以高斯波作

为放电电源，设置在开关柜内部，探针放置在开关柜外壳

外表面，如图 1 所示。

在全封闭的开关柜内，探测点信号强度如图 2（a）所

示，最大信号强度只有 1.8×10-10 V/m，接近于 0，而如果

在开关柜底端开一个的缝隙，同样位置检测到的信号强度

变为 6×10-4 V/m，由此可见，金属外壳对 TEV 信号的衰

减作用很明显，检测到的 TEV 信号为电磁波从开关柜不

连续的地方传出而形成的。

1.2 TEV信号传播过程

图 3 为放电源辐射电磁波在开关柜外壳形成的 TEV

信号动态传播过程，信号从放电源位置向外辐射，信号强

度逐渐增强，随后由于传播介质的衰减作用逐渐消失。

2开关柜传播特性仿真及试验分析

2.1 试验平台搭建

2.1.1 TEV测量系统组成

TEV 传感器为 EA 公司生产的电容耦合式传感器，

其上限频率最高可达 100 MHz，为了得到原始数据信号，

传感器直接接入采集设备，并由 PC 机和数据记录软件完

成开关柜局部放电数据记录和统计。

2.1.2 测量平台搭建

为了与仿真结果做对比，设计了如图 4 所示实验测试

平台，在 10 kV 开关柜模型内部设置放电模型，由试验变

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.007

放电源

探测点

图1 开关柜等效模型及探测点位置

（a）全封闭开光柜 （b）非连续开关柜

图2 两种情况下TEV仿真信号强度

运行维护 Operation & Maintenance

22

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2016年第04期 总第347期

压器在放电模型两端施加电压，TEV 传感器紧贴在开关

柜模型金属外壳，由同轴电缆将信号传输到 TEV 检测系

统，记录放电数据，LDS–6 局放仪为常规脉冲电流法，

作为 TEV 检测系统性能测试的参考。

2.1.3 放电源设计

开关柜在制造和安装过程中造成导体、外壳内表面上

的金属突起，形成放电尖刺，因此设计了针板模型作为放

电源，其中针电极直径 10 mm，锥角 15°，板电极尺寸为

D100×20 mm，电极间距为 10 mm，如图 5 所示。

2.2 TEV典型放电波形

如图 6 所示为 TEV 信号的典型仿真波形及频谱，

通过分析发现 TEV 信号的上升时间大约 10 ns，持续到

100 ns 基本结束，信号频率主要在 0 ~100 MHz，因此

从仿真角度来看 TEV 传感器频带上限最好选能够达到

100 MHz 的。

如图 7 所示为实际测量的 TEV 波形，实际测量波形

与仿真波形比较相近，其他信号也主要分布在 0~100 MHz

之间，实际测量结果与仿真结果比较相符。

2.3 放电强度与TEV信号强度关系

如图 8（a）所示为实际测量得到的放电量与 TEV 测

量幅值间关系，横坐标为 LDS-6 检测到局部放电量大小，

纵轴为 TEV 检测幅值，由此可见 TEV 幅值与放电信号强

度近似呈线性变化关系；图 8（b）为仿真结果，同样表明

TEV 信号强度与放电强度呈近似的线性变化关系。

2.4 测量位置与TEV信号关系

在保证外施电压不变的情况下，改变传感器位置，

记录 TEV 传感器测量数据，传感器距离信号的距离分别

为 200 mm、400 mm、600 mm 和 800 mm，同样，在仿真

模型中在离信号源 200 mm、400 mm、600 mm 和 800 mm

距离分别放置 4 个探针，通过试验和分析发现，随着检测

位置距离信号源的增加，TEV信号逐渐减小，如图 9所示。

2.5 TEV统计特征与常规脉冲电流方法对比

本文以 LDS–6 局部放电检测仪为参照，分析了 TEV

传感器检测到的信号是否能够真实反映放电类型，如图

（a）开始时刻

（c）第20步传播过程 （d）TEV信号结束

（b）第12步传播过程

图3 TEV信号动态传播过程

图4 实验回路示意图

图5 放电模型

（a）TEV仿真波形

（b）TEV信号频带

图6 TEV仿真波形

Operation & Maintenance 运行维护

23

RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

10 分别为不同电压作用下 TEV 信号散点图及同时刻常规

脉冲信号散点图，由此可见，TEV 信号同样可以构成具

有放电相位分布特征的散点图，并且与常规脉冲电流检测

到的散点图特征非常相似，说明 TEV 检测方法在开关柜

局部放电检测中具有良好的有效性。

3结束语

本文通过仿真及试验分析了 TEV 信号的传播特性，

得到如下结论：

开关柜金属外壳对 TEV 信号具有明显的抑制作用，

TEV 信号是电磁波从壳体不连续的地方泄露而形成的；

TEV 信号是辐射式传播，并且逐渐衰减；

TEV 信号的上升时间大约 10 ns，频率分布在

0~100 MHz 范围内；

放电源越强，TEV 信号强度越大，并且近似呈线性

关系；

TEV 检测时，距离信号源越近，TEV 越强；

TEV 检测方法在工程应用中有良好的有效性。

参考文献

[1]  任明，彭华东，陈晓清, 等. 采用暂态对地电压法综合检

测开关柜局部放电[J]. 高电压技术,  2010,36(10):2460-

2466.

[2]   Seltzer-Grant M, Mackinlay R, Renforth L. New techniq ues for 

on-line  partial  discharge  testing  of  solid-insulated  outdoor  MV 

and HV  plant[C]// UPEC 42nd  International.  Universities  Power 

Engineering Conference, 2007:486-489.

[3]  葛景滂，邱昌容，谢恒. 局部放电测量[M]. 北京:机械工业

出版社, 1984.

[4]  李继胜, 赵学风, 杨景刚, 等.  GIS典型缺陷局部放电测量

与分析[J]. 高电压技术，2009, 35(10): 2440-2445.

[5]  齐波，李成榕，郝震，等.  GIS绝缘子表面固定金属颗粒沿

面局部放电发展的现象及特征[J].  .中国电机工程学报，

2011，31(1): 101- 108.

[6]  齐波，李成榕，耿弼博，等.  GIS设备绝缘子高压电极故障

局部放电严重程度的诊断与评估[J]. 高电压技术，2011，

37(7):1719-1727.

（责任编辑：刘艳玲）

（a）TEV实际测量波形

（b）TEV信号频域分布

0.00 2.50E-7 5.00E-7 7.50E-7 1.00E-6 1.25E-6 1.50E-6-2.0E-3

0.0

2.0E-3

4.0E-3

幅值

/V

时间 /s

1E+06 1E+07 1E+08

0.0

2.0E-5

4.0E-5

6.0E-5

8.0E-5

1.0E-4

频率 /Hz

幅值

图7 实际测量波形

（a）实际测量 （b）仿真结果

图8 放电信号强度与TEV幅值关系

（a）实际测量结果 （b）仿真结果

400 600 80010

11

12

13

14

TEV信号强度

/mV

位置高度 /mm400 600 800

0.060

0.075

0.090

0.105

0.120

TEV仿真信号

位 置高度 /mm

图9 测量位置与TEV信号关系

（a）4.8kV针板放电散点图

（b）5.0kV针板放电散点图

（c）6.0kV针板放电散点图

图10 TEV与常规脉冲电流散点图

运行维护 Operation & Maintenance

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2016年第04期 总第347期

中性点非直接接地系统单相接地故障选线

（1.东北电力大学电气工程学院，吉林吉林132012;2.国网蒙东电科院，内蒙古呼和浩特010020）

…邢晓敏1，丁震宇1，庞… … 建2

在配电网中，单相接地故障发生概率最高，达 80%

以上，若不能及时处理该故障，由于非故障两相的对地电

压升高为线电压，可能会击穿绝缘薄弱部位，转变为相间

短路，导致事故进一步扩大。因此，小电流接地选线方法

具有重要的理论意义及实用价值。

1单相接地故障检测方法分析

目前，单相接地故障检测时常用的选线方法有功率方

向法、谐波分析法、信号注入法、首半波分析法、小波分

析法等多种方法。功率方向法是利用判断每条线路零序电

流的功率方向来确定故障线路。该方法从原理上来说就无

法达到 100% 的准确率。谐波分析法是采用单相接地后零

序稳态信号的群体比幅比相法。比幅比相时从理论上讲不

存在死区，不受运行方式及接地电阻的影响，但不能有效

解决电压互感器不平衡导致的零序电流。信号注入法虽然

接线简单，无须零序电压互感器回路，但由于注入信号大

小及方法的限制，一般主要用于 10 kV 及以下电压等级系

统。首半波分析法是利用故障线路暂态零序电流和电压首

半波的幅值和方向均与正常情况不同的特点，即可实现选

线。但若故障发生在相电压过零值附近时，首半波电流的

暂态分量值很小，以及过渡电阻的影响，易引起方向误判。

小波分析法可对信号进行精确分析，特别是对暂态瞬变信

号和微弱信号的变化较敏感，能可靠地提取故障特征。但

电力系统的实际运行是复杂多变的，这时就应对母线零序

电压和各出线零序电流进行基波的小波系数提取，然后类

似地构造选线判据。

2基于混合检测方法的小电流接地选线系统

本系统采用以五次谐波法为主，与功率方向法相结合

的单相接地故障检测算法，检测效果比较理想。五次谐波

判别法对应的现场实际情况归纳如下：中性点经消弧线圈接

地系统发生单相接地后，全系统有五次谐波的零序电压和

零序电流出现。非故障线路五次谐波零序电流就是该线路

对地电容电流的五次谐波分量，其方向超前五次谐波零序

电压90°。电容性无功功率的实际方向为由母线流向线路。

故障线路首端的五次谐波零序电流大小为全系统非故障线

路的五次谐波零序电流之和，其方向滞后五次谐波零序电

压 90°。电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。

该小电流接地选线系统利用发生接地故障时的基波零

序电压作为启动元件，如果大于零序电压启动值，则启动“相

位比较”回路。在微机系统中，将五次谐波电流和移相 –90°

的五次谐波电压进行相位比较判断。若相位相同，则判定

本支路为故障线路；若相位相反，则判定为非故障线路。

系统有“状态监视”页面来实时监视母线线路相关参

数，了解判断小电流接地选线相关参数的变化情况。当系

统依据接地算法检测出有线路接地时，系统会自动弹出“报

告查询”页面，通知相关人员线路接地情况。系统也可以

通过报告查询来了解前一阶段的线路接地情况。当接地线

路复归时，系统也会自动弹出“报告查询”页面，通知相

关人员线路复归情况。

3案例介绍

某变电站出现事故现象如下：报警响起，后台机报

“10 kV Ⅰ段零序电压越上限”，“10 kV 1 号线路接地”，

10 kV Ⅰ段母线 A 相电压降低到 0，其他两相电压上升到

线电压 10.1 kV，3 U0 为 100 V。

处理措施：工作人员首先停止报警音响，记录发生时

间和事故现象。查看 10 kV 小电流接地选线系统信息，与

后台机报告相同。根据事故现象初步判断，10 kV Ⅰ段 1

号线路A相发生金属性接地。然后，工作人员穿上绝缘靴，

戴好绝缘手套，检查10 kV高压室1号线路设备有无接地，

结果没有发现接地点。随后向调度汇报，通知线路工区对

10 kV 1 号线路进行巡线，寻找 A 相接地点并进行处理。

4结束语

当现场发生小电流接地系统单相接地时，产生零序电

压、零序电流的大小、相位和接地过渡电阻的大小与系统

运行方式之间的关系十分复杂，对小电流接地选线系统的

正确工作影响很大，是研究小电流接地选线系统的一大难

题。大量的经验表明，单靠一种选线方法无法有效排除误

选和漏选的问题，因此本文采用以五次谐波法为主，与功

率方向法相结合的单相接地故障检测算法，现场运行后检

测效果比较理想。

（责任编辑：刘艳玲）

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.008

Safety 安全生产

25

RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

当前，国家电网公司大力倡导状态检修模式，而状

态检修必须要有可靠、有效的带电检测技术。红外检测

及诊断技术 [1-2] 作为一种较为成熟、可靠的手段，可以

实现对红外辐射能的可视化，在状态检修中越来越受到

重视。

CVT 作为一种特别重要的电网设备，它对电网安

全、可靠、经济运行起着无法比拟的作用。然而，虽然

CVT 的运行可靠性相对较高，但在运行中也较常发生

故障。因此，判断故障类型，找出设备缺陷原因，是保

障设备正常运行的当务之急。

电网设备故障可以分为两类：外部故障和内部故

障。前者往往出现在电网回路中的触头、接头或者连接

部件等部位，较易判别；而内部故障则是因电网回路内

部出现问题以及绝缘介质老化、劣化所致，由于位置隐

蔽，故障难以外显，但长期存在却会带来极大的危害。

为此，如何利用带电检测技术对故障进行诊断值得大力

研究。

1带电检测技术应用实例

2015 年 7 月 9 日下午，电气试验一班在某变电站

利用红外热像仪进行带电检测时，发现 220 kV 某线路

外观、声响均正常的 A 相 CVT 的底座油箱温度异常，

最高温度达 67.7℃，其红外热像如图 1 所示。

在同一天、同一外部条件下，测得 B、C 两相的

CVT 底座油箱温度为 47.3℃、47.1℃。与 A 相一样，

环境参照温度均为 42℃。

此外还发现，与该故障相 CVT 相关的保护误发信

号，二次电压输出异常，正常状态下绕组电压应分别为

100/31/2 V 和 100 V，但实测分别只有 50 V、86 V。

综上，初步判断 A 相 CVT 电磁单元内部存在匝间

短路或层间短路故障。

St = (T1 – T2)/(T1 – T0) × 100%

式中：St、T1、T2 、T0 分别为相对温差、发热点温度、

正常相对应点温度以及环境参照物的温度。

由公式可得 A 相底座的相对温差为 80.2%，大于

80%，已经达到严重热缺陷，若不处理，将会引发严重

事故。

于是，电气试验一班立即向上级领导汇报，并在设

备安排停电后，对该线路间隔 CVT 进行了诊断试验。

带电检测技术

在CVT内部故障诊断上的应用

邝文明，李… … 浩

（国网安徽马鞍山供电公司，安徽马鞍山243000）

摘要：研究了带电检测技术在电容式电压互感器 (CVT) 内部故障诊断上的应用并辅以实例。随后结合高压

试验和解体检查对故障 CVT 故障现象及原因进行了分析，验证了红外技术等带电检测技术在 CVT 故障诊

断上的有效性和优越性。

关键词：带电检测；电容式电压互感器；内部故障；红外技术

中图分类号：TM561  文献标志码：B  文章编号：1003-0867(2016)04-0025-02

图1 红外热像图

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.009

安全生产 Safety

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RURA

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2016年第04期 总第347期

2试验验证

CVT 本质上是一个电容分压器，组成部分包含上

节耦合电容部分 C11、下节高压电容部分 C12 以及分压

电容部分 C2。由阻尼器、中间变压器等构成的电磁单

元安置于油箱内，而端子箱内则主要包括 a1、x1，a2、

x2 和 a f、x f 等二次绕组及辅助二次绕组的各个端子，同

时还包括 C2 的低压端 δ等。

现场红外热像图异常的 CVT 型号为 TYD220/31/2

–0.005H，1994 年 3 月出厂，绝缘介质为油浸纸绝缘。

铭牌显示，主电容 C11、C12 以及分压电容 C2 分别为

10180 pF、12520 pF 和 49490 pF，C12 和 C2 串联后的

电容量为 9992.2 pF。

试验测得第一节主电容 C11 的数据为：介损 tgδ为

0.18%、电容量为 10190 pF、绝缘为 20000 MΩ。根据

《输变电设备状态检修试验规程》(Q/GDW 1168-2013)

判断数据均合格。

将介损仪的 Hv 线接至 δ点，Cx 接至 C12 的上端，

并将 CVT 线一端接介损仪面板的“低压”接线柱，一

端接至电磁单元的辅助二次绕组 a f、x f 端子处。这样，

通过对辅助二次绕组施加电压，再经由中间变压器进行

变压，就能为自激试验的介损电桥供电。采用此法可同

时测出 C12、C2 的电容量及介损，故无须中途换线。

因为受限于 δ点的绝缘水平，所以试验时电压不应

超过 3 kV。但在实际加压过程中，试验电压升不上去，

直到试验电压降到 1 kV 才测出数据。此时，C12 的

tgδ 及电容量、绝缘电阻分别为 31.03%、12510 pF、

700 MΩ，C2 的则为 27.56%、49710 pF、0.42 MΩ。

可见电磁单元处的电容单元正常，但是介损及绝缘电

阻均远远不能满足试验规程的要求，分别存在过大及过低

的问题。内部短路故障可使得导电离子数急剧增加，导致

绝缘电阻值很低，同时由于介质的有功电流剧增，其与无

功电流比值倍增，将会造成介损剧增。据此，判断电磁单

元内部存在短路。这与采用带电检测技术的判断结果一致。

3解体检查

根据带电检测技术的判断，并综合试验验证，怀疑

电磁单元的中间变压器一次绕组可能存在短路。2015

年 7 月 10 日，对故障相 CVT 采取解体措施，详加检查。

现场首先将故障相 CVT 底座打开，把其中的各元

件拆出，进行了外观检查，并用仪表检测未发现异常。

随后对底座内的电磁式电压互感器的一次绕组由外而内

地逐层扒开，进行了解体检查。在扒开至第 6 层时发现

绕组漆包线的绝缘层颜色变深，至第 9 层时颜色已明显

变黑并有炭化发黑痕迹，如图 2 所示。

分析认为，该产品为 20 世纪 90 年代初生产，当时

的漆包线绕制工艺较差，技术指标较低，绕组长期运行

出现匝间短路，从而造成局部过热，导致故障发生。

电磁单元解除后，再次进行了各项介损及电容量指

标的电气试验，测试合格。由此，确认故障主要是由于

电磁单元变压器的一次绕组匝间短路引起的。

4整改措施

鉴于 CVT 电磁单元一次绕组短路引起内部故障缺

陷，应对厂家同一类型的 CVT 做抽样调查、跟踪记录，

特别适宜采用红外技术等带电检测技术对设备进行检测

及诊断，预判断故障类型及原因。

同时，安装在线路上的 CVT 由于停电检修麻烦，故

障后的影响面广，解体检查修复或更换的周期相对较长，

建议制造厂加强漆包线、连接线等原材料的绝缘强度，在

工艺制造上从严把关，严格进行出厂试验，切实有效地防

止类似故障的发生。

5结束语

红外技术等带电检测技术无须将电网设备停电、无

须接触便可检测其健康水平，能够大大地提高检修效

率，能创造更多的经济效益。因此，宜充分利用它对运

行设备进行诊断。通过一例应用实例阐述了带电检测技

术在 220 kV CVT 的内部发热故障诊断上的应用，结合

高压试验分析、解体检查，验证了该技术的有效性。

参考文献

[1]  李新星，卢洪宝，何亮，等. 红外诊断技术在配电网中

的应用[J]．中国电力，2015，2:94-97．

[2]  杜媛，朱武，马维亚，等．电力设备红外测温多点精确

定位控制系统设计[J]．电源技术，2015，2:403-406.

（责任编辑：刘艳玲）

图2 故障相CVT解体后的一次绕组

Safety 安全生产

27

RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

一起电缆终端头压接线鼻子断裂事故

（1.国网山西泽州县供电公司上，山西泽州048000；2.国网山西省电力公司，山西太原030000）

门连生，焦广旭

1事故概况

2015 年某日，某 110 kV 变电站 883 电容器断路器动作

跳闸，运行人员现场检查 883 开关柜无异常，随即报告了调

度申请检修，又通知了检修人员。检修人员立即赶到现场，

到室外 883 电容器处进行初步检查，发现以下故障现象：

883 电容器户外电缆终端头 A 相压接线鼻子断裂，断裂处的

电缆护套已烧焦；断裂处喷出的电弧将铝排支撑瓷瓶下部瓷

群被击穿断裂；与线鼻子连接的铝排被烧黑，铝排上热缩的

黄色护套也被烧黑。

2事故处理

停电并做好安全措施后，检修人员攀爬到事故户外电

缆终端处检查，发现 A 相电缆压接线鼻子已烧毁断裂，断

裂点正是铜铝过渡结合部位。此户外终端电缆头为热缩型。

事故电缆为三芯铝电缆，导体截面积为 150 mm2。三个电缆

压接线鼻子均为铜铝过渡线夹，接触面只靠一个孔连接，与

连接铝排的接触面积不够。

将发生故障的 A 相终端电缆头从线鼻子根部锯除，首

先对电缆进行摇绝缘测试，试验结果合格，证明电缆绝缘本

身无异常，只是压接线鼻子处烧毁断裂。

然后按照压接工艺重新压接了新的纯铝的线鼻子，新

的纯铝线鼻子有两个连接孔，可保证与连接铝排有足够的接

触面积，对接触面仔细用砂纸打磨，然后涂抹一层导电膏，

并紧固处理。由于连接铝排已经烧黑，所以更换了新的同样

宽度的连接铝排并重新热缩了新的黄色护套。还更换了同型

号的新的支撑瓷瓶。最后由高压试验人员对电缆进行了交流

耐压试验，试验结果无异常。

3事故暴露的问题

本次事故表面上是一起简单的电缆线鼻子烧毁事故，

因为电缆终端头没有损伤，无须重做电缆头，所以处理起来

很方便快捷。但是在细想之下本次事故中仍然能反映出很多

问题，值得深思。

电缆线鼻子选型错误。电缆导体为铝芯，线鼻子连接

处为铝排，那么压接线鼻子的选择就应该为纯铝的压接线鼻

子，而不应该选择铜铝过渡型。

原电池的作用。事故电缆线鼻子的铜接触面与铝排相

连，当铜、铝两种导体直接连接时，这两种金属的接触面在

空气中水分、二氧化碳和其他杂质的作用下极易形成电解

液，从而形成以铝为负极，铜为正极的原电池，使铝产生电

化学腐蚀，造成铜铝连接处的接触电阻增大，接触电阻增大，

运行中就会引起温度升高。高温下氧化腐蚀就会加剧，产生

恶性循环，使连接质量进一步恶化，最后导致接触点温度过

高而烧毁。

接触部位接触面不够。电缆线鼻子本身接触面就小，

只能允许有一个孔，这样只靠一个孔与铝排进行连接固定，

接触面太小，极易造成接触部位发热。

近年来，为防止短路而把导体连接接头部位都加装了

绝缘包封盒，这样非但不利于对电缆线鼻子接触部位进行直

观检查，而且这样对测温的准确性也造成了较大干扰，另外

下雨后也容易积存雨水不易排除，造成水蒸气腐蚀接头部位。

4整改措施

利用设备停电机会，对相应的铜铝过渡线夹和铜铝过

渡线鼻子进行专项检查。统计铜铝过渡线夹和铜铝过渡线鼻

子的数量并备案，有开裂的现象及时申请停电更换。

针对此类线夹，运行人员要全面加强巡视和红外测温

成像，及时掌握接触部位的温度情况，如果发现温度异常及

时上报，并把红外成像资料发给检修人员分析，以便检修人

员根据实际情况方便处理。

对接头处有绝缘包封盒的，为了便于运行人员测温和

排水，要在绝缘包封盒上进行开孔。

以后在做室外电缆终端头时，严格执行作业指导书安

装的质量要求，对关键环节、关键工序、质量关键点认真检

验，确保施工质量。

对现有库存的线夹进行仔细检查，对此类的铜铝过渡

线夹以及铜铝过渡线鼻子坚决淘汰。

加强教育培训，通过学习电缆头终端制作工艺和压接

工艺，提高检修人员的岗位技能水平。以后在进行电缆线鼻

子连接时，杜绝单孔安装，以增大接触面积。

（责任编辑：刘艳玲）

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.010

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2016年第04期 总第347期

一起10 kV架空线路故障成因分析

（国网山东阳信县供电公司，山东阳信251800）

刘文华，菅明玉，魏春雪

在 10 kV 配电网中，造成线路跳闸的故障有三相短

路、两相短路。短路故障又分瞬时性短路故障和永久性

短路故障。线路发生短路故障后，变电站出线开关虽能

在保护装置的控制下，短时间地切除故障，但因短路电

流过大，均给电网设备造成很大冲击，危及电网安全运

行。如不能快速、准确地判断故障点、故障原因，则危

及电网安全，影响客户用电质量。以一起架空线路短路

跳闸为例，对架空线路短路故障的原因分析和快速处理

进行分析探讨。

1架空线路现场情况

35 kV 温店变电站 10 kV 王家线的主线为纯架空线

路，主线路导线为 JKLGYJ-150 绝缘线和 LGJ-150 裸导

线，主线路长度 12.75 km。主线路于 2014年完成了改造。

2015年 7月 17日 20:29，10 kV王家线过流 I段跳闸。

从变电站管理机查看故障电流：Ia = 36.3 A，Ib = 38.2 A，

Ic = 1.3 A。当时天气：大风、雷雨，短时阵风五到六级。

供电所组织人员进行故障巡线，在巡视过程中，客

户打电话反映：10 kV 王家线后吴店支线 #2 杆处，一养

殖户彩钢瓦房房顶刮到线路上，造成断杆（故障点 C。

线路在简易彩钢瓦房养殖棚上方）。供电所人员立即赶

到现场，进行现场确认后，组织进行了抢修。22:37 抢

修完成。供电所人员要求试送，调度人员在与供电所人

员进行确认后，对线路进行试送，开关再次跳闸，试送

不成。从变电站管理机查看故障电流：I a = 31.5 A，I b =

31.1 A，Ic = 2.7 A。

供电所再次组织人员对线路进行巡线，巡视至

10 kV 王家 #53~#54 杆时发现，#53、#54 杆中相导线从

绝缘子上脱落（故障点 B）。负责人赶到现场，在对现场

进行勘察、确认后，组织抢修。18 日 00:28 抢修完成。

供电所人员要求试送，调度人员在与供电所人员进行确

认后，对线路进行试送，开关再次跳闸，试送不成。从

变电站管理机查看故障电流：Ia = 31.7 A，Ib = 40.1 A，

Ic = 0.4 A。

供电所再次组织人员对线路进行故障巡线，巡视至

西车支线 #2 杆时，发现中相导线从绝缘子上脱落（故障

点 A），负责人组织进行抢修后，对未巡视线路完成巡视，

未发现问题后，要求试送。调度人员在与供电所人员进

行确认后，对线路进行试送，试送成功。

2架空线路故障成因

从现场巡视发现的故障点分析，故障原因可能为：

因大风，雷雨，中相导线从绝缘子脱落瞬间，导线

下垂，弧垂增大，导线线间距减小，加上有风，导线来

回摆动，造成相间短路，线路跳闸。

因大风，线路下方彩钢瓦房顶被刮起碰线，造成导

线断线，线路短路跳闸。

架空线路为绝缘线、裸导线混合线路，而脱落导线

为裸导线。

造成线路多次试送不成功的原因可能为：

对故障线路未进行彻底的巡视，对故障点、隐患点

没能及时找出并消除；

找到故障点后，供电所负责人未根据查找出的故障

摘要：10  kV 配电线路发生三相短路、两相短路都会给电网设备造成很大冲击，危及电网安全运行。因

10  kV 线路没有距离保护，只能依靠运行人员的经验和线路开关的分合去判断处理，若判断不准将造成

不应有的损失。以一起 10  kV 架空线路故障为例，经过计算、分析、对比，还原故障过程，提出了故障

发生防范措施和快速查找方法。

关键词：三相短路；两相短路；故障电流

中图分类号：TM561  文献标志码：B  文章编号：1003-0867(2016)04-0028-02

1# 17# 42#

2#

LGJ-35/0.13km

西车支线

故障点 A

故障点 B 故障点 C

LGJ-150/2.2km

LGJ-35/0.13km

后吴店支线

151#

JKLGYJ-150/0.75km JKLGYJ-150/1.5km JKLGYJ-150/4.1km

LGJ-150/2km

闫张支线

33#

2#

35kV温店站

图1 故障线路图

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.011

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RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

点，对线路故障原因进行彻底分析；

在故障处理和送电之前，线路又发生新的故障，导

致在发现的缺陷处理完成后，线路依然存在故障点。

3架空线路故障原因分析

为彻底对本次故障进行全面的分析，找出真正原因，

将结合“2 月 21 日，10 kV 王家线过流跳闸，故障电流：

Ia = 13.6 A，Ib = 14.1 A，Ic = 13.8 A。故障原因：闫张支

线后吴店分支线 T 接杆隔离刀闸击穿”故障事件进行分

析。

7 月 17 日 20:29，故障点 B 发生故障，线路两相短

路过流，产生故障电流，造成线路掉闸。供电所人员进

行故障巡线，客户发现线路故障点 C。故障点 C 应稍晚

于故障点 B 的发生。供电所人员对故障点 C 进行处理。

而在此前故障点 B 发生故障。

17 日 22:37，完成故障点 C 的抢修处理，试送线路

因存在故障点 B，产生故障电流。供电所对故障点 B 进

行处理后，试送线路。

18 日 00:28，试送线路因存在故障点 A，产生故障

电流。供电所对故障点 A 进行处理后，试送线路。

18 日 01:54，试送线路恢复供电，接负荷运行。

4架空线路故障防范措施

加大农网改造投入，按照“三通一标”要求，适度

超前地做好电力材料设备的选型，提高线路的绝缘化水

平和抗外力能力，提高线路的安全可靠性。

合理优化线路分段、客户分界等柱上开关的分布，

做好各级开关时限、保护定值的整定配合。

加强线路巡视，及早发现线路中的隐患点、危险点，

做到及时消缺处理。

梳理优化新建、改造工程验收流程，对施工质量、

工艺严格把关，杜绝线路带病运行。

5架空线路故障的快速查找方法

故障查找的总原则是：先主干线，后分支线。对经巡

查没有发现故障的线路，可以在断开分支线断路器后，先

试送电，随后逐级查找恢复没有故障的其他线路。

结合日常巡视和消缺情况开展，熟悉线路的薄弱点和

危险点，安排人员对线路的薄弱点、危险点进行专门排查。

根据现场故障情况和设备损坏情况，分析故障时的“破

坏能量”是否与故障信息吻合，找出故障的真正原因。避

免故障处理不彻底，造成线路带故障试送，引起线路反复

跳闸，损坏设备（主变、母线、线路等）。

开展电力设施保护宣传，加大 95598 服务热线宣传，

借助广大群众的力量做好故障点的研判和查找。

6结束语

随着经济社会的快速发展，电网规模不断扩大，电力

设备不断更新，电力线路走廊环境变化极快，电网规划、

设备选型、工程施工、竣工验收等各个环节都影响着电力

线路的抗环境因素干扰的能力，而故障后的快速研判、故

障点的查找、消除决定了线路是否能够快速恢复送电。通

过各运行单位加大巡视、不断总结、熟悉掌握，才能快速、

准确地排除故障，及时送电，才能更好地服务社会、服务

百姓、保障民生。

参考文献

[1]  纪建伟. 电力系统分析. 北京：中国水利水电出版社，

2002.

[2]  王显平, 张莉. 电力系统故障分析. 北京：中国电力出版

社.

[3]  DL/T  584-2007.  3～110  kV电网继电保护装置运行整定规

程[S].

[4]  GB 14285-2006. 继电保护和安全自动装置技术规程[S].

（责任编辑：刘艳玲）

资讯

国网上海电力今年首次大规模综合不停电作业成功开展

3 月 10 日，上海浦东供电公司组织 40 余人采用综合

不停电（旁路作业）法对金桥地区藤 23 金海 10 kV 架空线路

实施改造，更换 JKLYJ—120 导线长度 900 m，过电压保护

器 16 套，10 kV 横担及绝缘子 16 套，总计出动不停电作业

车辆 12 辆。

在作业现场，工作人员使用滑轮将电缆铺设在电杆上，

然后将线路上的负荷转移至临时发电车，同时完成带电立

杆作业，在负荷转移完毕后开始对架空导线进行整档距更

换，最后再将负荷恢复至原线路并撤除旁路转供设备。

相较于一般 1.5 h 左右的不停电作业，此次大型综合不

停电作业耗时 6 h，完全做到了周边 835 个用电客户对线路

施工毫无察觉。此次作业的旁路电缆跨度、转移负荷、涉

及用户、作业人员、旁路供电时间，均创近年来国网上海

电力不停电作业之最。综合不停电作业是目前配网带电作

业中技术难度最大、综合协作能力要求最高的项目，其复

杂程度、安全风险系数、动用的人员和装备数量都达到最

大级别。国网上海电力公司前期缜密勘察，制订了详细的

施工方案、工作流程、三措一案，保证了作业成功开展。

来源：国网上海市电力公司

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2016年第04期 总第347期

因橡胶垫安装方向错误

引发的避雷器故障

（国网江苏省电力公司检修分公司淮安分部，江苏淮安223002）

柏文广

在电力系统中，避雷器用于保护发输变电设备的绝

缘，使其免受雷电过电压和操作过电压的损害。实际运

行中发现，避雷器经常因为密封不良、水分潮气进入其

内部而发生故障。本文介绍一起因橡胶垫安装方向错误

致使避雷器内部受潮、继而引发的故障。并针对该类型

故障，对相关设备制造厂和设备运维单位分别提出建议。

1故障简介

2014 年 3 月 9 日，220 kV 某变电站 1 号主变 A 套

差动保护动作，跳开主变三侧开关，故障电流 3696 A。

现场检查发现，1 号主变 110 kV 侧 A 相避雷器泄漏电流

表烧毁（该避雷器 3 月 7 日投运），避雷器上下压力释放

装置均冲开，压力释放口侧瓷套上烧蚀痕迹明显，顶部

伞裙瓷釉脱落，避雷器情况如图 1 所示。

2故障避雷器介绍

2.1 设备参数

设备参数如表 1 所示。

2.2 设备结构

Y10W5–100/260W 型避雷器结构示意图如图 2 所

示。避雷器包括上下法兰和瓷套；瓷套内部为避雷器阀

柱，由氧化锌电阻片、垫片、绝缘支撑杆等组成；瓷套

和法兰之间为密封结构、防爆膜和压力释放装置。

电阻片为空心圆柱，其四周圆柱面涂有绝缘釉，上

下表面为铝。电阻片每 2 片一组，每组下方有垫片（铝

片），绝缘支撑杆从电阻片及铝片中心穿过，阀柱下端通

过金属部件与下端法兰密封板结构相连。

防爆膜两侧分别为盖板和密封板，其中法兰侧为盖

板（圆环形状），瓷套侧为密封板，防爆膜与密封板、密

封板与瓷套之间有密封圈，密封板与法兰之间有防水圈。

3避雷器检测与解体分析

3.1 外观检查

对 3 支避雷器进行外观检查及比较分析，其中 1 支

为 1 号主变 110 kV 侧 A 相（故障相），另外 2 支为 B、C

摘要：介绍了一起因橡胶垫安装方向错误引发的避雷器故障，并针对该类型故障，对相关制造厂和设备

运维单位分别提出了加强工艺流程控制水平、及时对密封孔进行排查工作等建议。

关键词：橡胶垫；安装方向；密封孔；避雷器；运维单位

中图分类号：TM561  文献标志码：B  文章编号：1003-0867(2016)04-0030-02

（a）故障避雷器本体 （b）泄漏电流表

图1 避雷器故障情况

表1设备参数

型号Y10W5-

100/260W制造厂 西安某公司

出厂日期 2004年1月 投运日期 2014年3月7日

结构单节构成，无均

压环外绝缘 瓷外套

避雷器高度 1700mm 污秽等级 III级

外爬电比距 2.8cm/kV 爬电距离 3528mm

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.012

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2016年第04期 总第347期

相（正常相），检查结果如表 2 所示。

3.2 试验检测

为判断避雷器内部是否存在受潮或氧化锌电阻片老

化现象，在实验室对正常相避雷器进行直流参数测量，

包括绝缘电阻、直流 1 mA 下的参考电压 U1mA 和 0.75U1mA

下的泄漏电流，试验数据见表 3（A 相避雷器因损坏无

法测量），试验结果正常。

3.3 解体分析

为进一步分析避雷器故障原因，对 A 相（故障相）以及

B、C 相（正常相）避雷器进行了解体分析，相关分析如下：

故障避雷器两端防爆膜盖板外侧已经完全熏黑，内

侧部分熏黑，无锈蚀痕迹；

故障避雷器两端防爆膜被冲破，压接部分均为完整

圆环，未见明显松动、压接不到位情况；

故障避雷器两端密封板密封圈、防水圈完好，具有

较强弹性，无老化痕迹，密封性能良好；

故障避雷器隔弧筒内外表面均已熏黑；氧化锌电阻

片柱结构完整，顶部碗状压片锈蚀严重；电阻片侧面已

经完全熏黑，上下表面有明显受潮痕迹，为沿柱面闪络。

故障避雷器密封盖板上密封孔的螺栓突出于盖板边

沿约 5 mm（该孔为避雷器装配完成后抽气和充入氮气

的通道，因而直接通向避雷器内部）。由于螺栓未完全拧

入密封孔内，且密封胶覆盖不严。

密封孔内依次塞入了橡胶垫、铜片，最后拧入螺栓，

其正常结构形式，橡胶垫的尖端应朝里；而故障避雷器

则是将尖端朝外，在塞入过程中致使橡胶垫和铜片卡在

孔中部的螺纹上，导致螺栓无法完全拧入，且密封胶覆

盖不严。水分由此孔进入避雷器内，螺栓铜片等锈蚀严

重，而正常避雷器螺栓则光亮如新。

4故障原因分析

根据上述故障现象、解体情况，分析本次避雷器故

障的主要原因是：避雷器制造过程中，密封孔内的橡胶垫

安装方向错误，螺栓无法拧入密封孔内，且密封胶覆盖

不严，水汽进入避雷器内部，导致电阻片柱受潮。继而

引发避雷器内部阀柱沿面闪络，内部气压迅速膨胀，冲

开防爆膜，压力释放装置动作，故障电流烧毁泄漏电流表。

5结论及建议

此次避雷器故障的直接原因是：制造厂对密封板上

的密封孔处理不当，橡胶垫安装方向错误，导致大量水

分侵入避雷器内，电阻片柱受潮，引发沿面闪络。暴露

的问题是：相关制造厂安装工艺控制不良。

建议避雷器制造厂在生产过程中加强工艺流程控制水

平，严格做好装配工艺管理，确保所有出厂避雷器满足装

配工艺要求。同时，在避雷器出厂前，做好避雷器密封试验。

建议运维单位结合停电，开展本型号避雷器密封孔

的排查工作，发现问题及时更换。

建议运维单位加强避雷器的日常巡视，做好数据趋

势分析。同时，在高低温、雨雪等恶劣天气前后加强红

外精确测温，及早发现异常和缺陷。

（责任编辑：刘艳玲）

压力释放口

上法兰

瓷套

电阻片

下法兰压力释放口

隔弧筒

M

防爆膜盖板

N

防爆膜

O

密封圈

P

密封板

Q

密封圈 防水圈

（a）本体结构组成

（b）密封结构

图2 避雷器结构示意图

表2避雷器外观检查项目及检查结果

工序 检查项目 检查结果

本体检查

瓷套外观

A相瓷套压力释放口侧由顶至底存在

电弧放电熏黑痕迹，顶部伞裙有大块

釉层消失；正常相瓷套表面光洁

瓷铁胶合处

检查

A相和正常相上、下节的瓷铁胶合处

均粘合牢固，无明显差异

压力释放装置

检查

与正常相相比，A相故障后压力释放

装置动作，盖板冲开，符合内部故障

的压力释放要求

表3正常相避雷器试验结果

试验条件：天气：小雨；环境温度：13.2℃；相对湿度：82%

序号 试验项目正常相氧化锌避雷器

B相 C相

1 绝缘电阻/GΩ 5.75 8.00

2 U1mA/kV 153.6 154.0

3 0.75U1mA/μA 21 15

农网智能化 Smart Grid

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2016年第04期 总第347期

随着人们环保意识的不断增强，非常注重保护鸟类，

因此，鸟类在城市的活动频率越来越高，很大程度上加大

了鸟类在杆塔上或者杆塔周边出现的概率，一旦鸟粪掉落

在杆塔、线路或者绝缘子串上，很容易引起短路或者绝缘

子绝缘水平下降，造成线路故障。从国内相关电网统计数

据来看，华北、东北、华中、西北电网在 2013—2015 年

110 kV 线路总计发生鸟害事故 409 起，极大地影响了用

户用电的可靠性。

国内许多电力公司开展了一些防治鸟害的工作，目

前主要方式有两种：其一是采用声波或者脉冲发生器驱

鸟，造成鸟类的不适应从而达到驱鸟的目的。但是这种

方式显然不是长久之计，鸟类容易产生相应的适应性，

而且设备架设在户外，容易受损。其二是采用防鸟刺等

其他物理设备来破坏鸟类的落脚点，避免鸟类筑巢。该

手段有一定的成效，但如果没有有效的理论指导，很容

易在设备安装初期出现安装死角或者因为盲目安装带来

工程费用的增加。

针对上述问题，有必要对防止鸟害工作提出相关的

理论指导，在架线工程施工时，依据防鸟理论对线路遭

受鸟害的危险程度进行评估，在合适的位置架设。针对

鸟害发生主要线路进行相关统计、调研分析，结果表明，

鸟害发生主要与杆塔周边地理环境和杆塔类型相关。基

于相关调研结果，本文搭建了一套鸟害预警系统，对未

来电力施工中杆塔布置和防鸟害装置安装位置有很重要

的指导意义。

1鸟害的基本特征

我国各地发生鸟害具有很多的不确定因素：主要体现

在鸟类活动习性无法统计、鸟类品种各地不同，因此，不

能作为建模依据。但是从统计的角度出发，鸟害故障有 3

个特征是非随机的，具有统计规律，分别是时间规律、地

理环境规律和杆塔类型规律。

1.1 鸟害发生的时间规律

季节不同，鸟害故障发生率也不同，从统计的角度来

看，河北地区鸟害发生率最高的季节在冬季。2013—2015

年河北省鸟害故障发生季节的统计如表 1 所示。

造成季节性分布的主要原因是，冬季鸟类须准备较多

的过冬物资，使得鸟类频繁往返于捕食地点和巢穴之间，

这样大大加重了鸟类的活动力度。春季则是鸟类迁徙的季

节，鸟类活动也非常频繁，在杆塔上筑巢等行为时有发生，

所以春季也是鸟害高发季节。

鸟类活动除季节性变化外，每天发生鸟害的时间段也

是具有统计规律的。根据国网河北省电力公司的统计结果

看，鸟害发生的主要时间集中在 20:00—8:00。主要是因

为鸟类大多凌晨开始捕食，为了减少飞行消耗，鸟类一般

在捕食前会进行排便，因此容易将粪便遗留在绝缘子杆塔

上。加之早上湿度较大，同时气温也较低，在冬季容易伴

随霜露一起发生，这样就使得绝缘子绝缘性能受到极大的

破坏。傍晚时分鸟类归巢，在活动了一天消化一天后也容

易产生粪便，同样的原因也会导致绝缘子绝缘性能恶化，

此时城市供电进入晚高峰，线路电压较高，容易发生闪络

故障。

1.2 鸟害故障的地理特征

总体来说，如果杆塔架设位置适合鸟类生存，那么鸟

类在杆塔上活动造成线路故障的概率就较高。依据河北省

内的情况，主要考虑河流、湖泊、农作区、湿地、养育基

地 5 个因素。

2015 年，河北省发生鸟害事故大约 58 起，本文调研了

其中发生鸟害事故的 30 条线路。从调查结果来看，靠近河

流地区的线路 13 条、靠近湖泊的线路 4 条、在农作区中穿

越的线路 6 条、湿地线路 4 条、养育基地线路 3 条。从这项

调查结果来看，在近水区域是最为容易发生鸟害事故的，其

主要原因是因为近水区域适合鸟类生存，方便鸟类捕食。而

养育基地由于存在人为干涉，所以鸟害事故发生较少。

1.3 鸟害发生的杆塔特征

鸟害故障除受到自然地理环境因素的影响外，同时

110 kV线路鸟害预警系统设计

（国网冀北唐山供电公司，河北唐山063000）

范江涛

表1鸟害故障的季节分布

季节 平均次数 比例

春季 10.4 24%

夏季 8.2 19%

秋季 8.3 19%

冬季 16.5 38%

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.013

Smart Grid 农网智能化

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RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

还受到杆塔等人造环境的影响。上述调研的 30 条线路中

110 kV 线路 12 条，这 12 条线路中直线塔 9 条、耐张塔 3

条；导线水平排列的 10 条，三角形排列的 1 条，垂直排

列的 1条；这 12条线路的绝缘子串类型包括 11条直线串，

1 条 V 型串。

110 kV 线路杆塔，高度适合鸟类筑巢进行相关活动。

在导线排布为水平排列时，鸟类筑巢相对稳定。直线串绝

缘子相对较为容易被鸟粪滴落，因此发生鸟害事故的概率

比较高。

2鸟害预警系统搭建

鸟害预警主要考虑杆塔周边地理环境和杆塔结构特性

两个方面。依照上述分析，地理因素主要考虑近水区的河

流、湖泊、养育区。远水区主要考虑农作区。杆塔特征主

要考虑杆塔结构、导线排列形式、绝缘子结构、杆塔电压

等级 4 个参量。

2.1 指标体系的建立

评价体系的一级指标是地理环境因素和杆塔结构特

征。这两个一级指标分别记作 G 和 K。地理一级指标

下分对应的二级指标。河流、湖泊、养育区、农作区分

别记为 G1、G2、G3、G4。杆塔二级指标电压等级、

杆塔型号、导线排列方式、绝缘子串类型，记作 K1、

K2、K3、K4。杆塔二级指标的对应细分为三级指标，

用 K11、K12、K21、K22、K31、K32、K33、K41、

K42 表示。

杆塔一级指标具有很大的随机性，而且二者之间并无

必然的物理连接关系。因此，不太便于通过定量分析的方

式来获取一级指标的权重。通过走访相关专家，寻求对此

问题的看法，依照专家给出的参考数值为一级指标进行了

权重赋值，其赋值结果如表 2 所示。

对于专家赋值的一级指标权重，采用加权平均的方式

进行处理。因此，地理特征指标权重赋值为 0.723，杆塔

特征权重赋值为 0.277。

二级、三级指标的权重采用层次分析法来进行确定。

层次分析法在进行赋值确定时从定量和定性两个角度来进

行考虑。在目标众多的复杂情况下，建立最终目标、子层

目标、评价体系和备选方案。从底层模型开始逐级往上推

算，最后通过判断矩阵的特征向量并结合加权的方式来确

定最终目标的权重赋值。该方法具有三个明显的优点：方

法体系健全、系统性好；决策明晰；分析过程相对简单，

须定量部分较少。

2.2 鸟害等级的划分

目前国内对鸟害划分等级研究比较少，但是可以借鉴

冰灾预警系统，将鸟害系统划分为 4 级。从上述建立的鸟

害等级模型来看，经过归一化处理，取值范围定义 0 ～ 1。

按照调查的线路进行研究后，初步将 4 个鸟害等级定义为

0 ～ 0.1、0.1 ～ 0.25、0.25 ～ 0.45、0.45 ～ 1。对应 4 个

灾害等级分别为 0、1、2、3 级。

0 级为轻鸟害级别，表示该区域内基本不会发生跳闸

故障，不用做防鸟投入。1 级为初级鸟害级别，表示该区

域内杆塔有可能发生鸟害故障，须在适当位置布置少量防

鸟装置即可。2 级为中级鸟害，表示该区域内鸟害发生概

率较高，须重视，如果在该区域内布置杆塔要充分考虑杆

塔型号，以及从该区域内通过的线路电压等级，要做好精

心的防鸟布置。3 级为鸟害重灾区，表示该区域内鸟害事

故时有发生，要做好全面的防鸟措施，有条件的可以布置

实时监控装置。

2.3 软件设计

鸟害预警系统的架设须考虑到经济性。毕竟大多数

杆塔周边鸟类活动较少，发生鸟害的次数也很少。对于

这类杆塔如果也装设监控装置或者相关数据采集装置，

会带来巨大的经济浪费。其软件功能主要包含 4 个模块：

地图操作模块、数据分析模块、预警模块、缓冲半径模

块，其中地图模块利用 Google Earth 来建设，可以实现

实地面貌考察、局部地区高清图。数据分析模块将鸟害

预警模型相关公式嵌入系统，并计算后传递给预警模块。

预警模块主要完成着色预警功能。缓冲半径模块，主要

用于判定缓冲区。

3结束语

鸟害故障的发生具有非常高的随机性，但是从统计角

度来看，还是具有一定的规律性。本文调研了河北省境内

30 条发生过鸟害的线路，发现了鸟害故障发生的时间规

律、地理规律以及杆塔类型对鸟害发生概率的影响规律。

基于这些调研结果，并通过走访相关专家，集合层次分析

法，搭建了鸟害预警系统的软件结构，能够对未来电力建

设线路架设施工在防鸟害工程中起到重要的前瞻作用，可

以知道科学布置防鸟害装置位置，可以减少施工周期，降

低施工成本。

（责任编辑：贺大亮）

表2专家一级指标权重赋值

指标专家

1

专家

2

专家

3

专家

4

专家

5

专家

6

专家

7

专家

8

专家

9

专家

10

地理特

征G0.68 0.85 0.7 0.75 0.6 0.78 0.8 0.65 0.7 0.72

杆塔特

征K0.32 0.15 0.3 0.25 0.4 0.22 0.2 0.35 0.3 0.28

农网智能化 Smart Grid

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2016年第04期 总第347期

IMS在省级电力行政交换系统中的应用

（1.国核电力规划设计研究院，北京海淀100095；2.北京国电通网络技术有限公司，北京丰台100070）

李亮亮1，袁… … 辉2，张叶峰2

随着电网企业的发展，电力通信业务正在由传统的程

控语音通信等窄带业务向客服系统、办公自动化系统等宽

带综合业务演进。而现有的电力行政交换网业务主要是以

语音交换为主，加上设备面临老化及停产，备品备件采购

困难，引起了网络和设备维护困难等诸多问题，传统的电

力行政交换系统已经逐渐无法满足电力系统日益增长的生

产需求。

1电力行政交换系统现状

省电力公司行政交换网络结构为三级结构：省级汇接

及交换中心（C1）、地市汇接及交换中心（C2）和终端交换

站（C3），呈树形拓扑，为“两级汇接、三级交换”的结构。

行政交换机之间均采用 2 Mbit/s 数字中继互联，信令

采用 No.1、No.7 和 PRI 信令。所辖变电站、供电所和营

业厅均通过 PCM 接入。

2电力行政交换系统存在的问题

随着交换技术由程控交换向软交换的演进，以及电力

系统通信业务量以及业务多样性的增加，目前的行政交换

系统主要存在以下问题。

设备老旧，面临退运。目前电力系统中使用的程控

交换机大部分在 2000 年前后投运，在网运行时间均已超

过 10 年。随着运行时间的增加，设备老化严重，故障率

提高，已到了退运年限。但随着交换技术的发展，大部

分厂家已逐步停产程控交换设备，导致设备采购难度增

加，备品备件采购费用增加等问题，增加了运营管理难

度和维护成本，给电力行政交换网的安全运行带来了很

大的挑战。

业务单一。电力系统行政办公业务主要以基础及补充

业务为主，包括语音通话、传真、来电显示、呼叫转移、

呼叫限制等基础业务类型，受制于网络技术和网络能力的

限制，交换网的业务绝大多数是窄带业务，种类单一，无

法部署电话会议、统一通信及视频通话等多媒体新业务。

网管系统分散复杂。电力系统配置的程控交换设备品

牌众多，均具备本地网管功能。不同厂家的交换机，都配

备有本厂的网管系统，彼此不能互通。交换机的网管以本

地接入为主，即网管终端（PC 机）就近接入程控交换机的

网管接口（以太网接口 /RS232 接口），通过在网管终端上

运行网管软件对交换机进行配置。网管设备和网管人员比

较分散。

因为程控交换机的交换功能、路由功能与运营商的互

联互通和计费功能都集中在交换机本机上实现，导致现有

程控交换机的网管系统都是孤立的，对统一的广域的网管

网络的需求不强烈，因而程控交换机的网管人员分散，维

护效率不高。

3IMS网络体系架构

IMS（IP 多媒体系统）由业务层、会话控制层和接入

层组成。

业务层：主要由各种应用服务器组成，利用 IMS 提供

的应用编程接口，通过提供业务生成环境，完成业务创建

和维护功能。

会话控制层：IMS 的控制核心，完成协议适配、呼叫

处理、资源管理、业务代理等，并作为系统的对外接口完

成和其他系统的互联互通。

接入层：是实现各种类型的信令、媒体流的转换以接

入 IMS 的功能部件，包含信令网关和媒体网关 2 部分。

其中，媒体网关又包含 TG、AG、IAD 三种类型，实现不

同业务的接入。

4IMS网络建设方案

4.1 核心网设备部署方案

在省公司本部和第二汇聚点部署核心设备（业务层和

会话控制层），地市层面无核心网元，只有接入设备和终

端设备，所有 IMS 核心网设备均采用全省集中部署方式

进行建设。

4.2 媒体网关部署方案

4.2.1 媒体网关（IM–MGW）设备部署方式

MGW 是媒体网关设备，是 IP 域和电路域互通的中

继网关；MGW 的部署位置也会影响到全网的组网架构和

建设规模，目前有两种部署模式，方式一：和 IMS 核心设

备统一部署在省公司本部和第二汇聚点；方式二：部署在

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.014

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RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

各地市。

话务流向。MGW 主要作为 IMS 域用户和电路交换

网、公网运营商互通的网关设备。采用方式二，媒体流的

互通点在各地市，至公网的互联互通点也在各地市，因此

话务流向清晰，减少迂回路由，地市到省中心的传输压力

也较小。采用方式一，由于设备放置在省中心集中部署，

媒体流须经过省中心再回落至各地市，占用传输资源，且

路由方式复杂。

建设成本。如采用方式二，MGW 须部署在各地市，

整体建设规模增大，预计初期成本增长 30%。

总结分析。行政交换网虽然部署范围大，但是用户规

模和业务量相对较小，采用方式一，全省的话务包括地市

的信令流和媒体流均须迂回到省中心，由于总体业务流带

宽较小不会对数据承载网造成影响。但是 IMS 域用户和

电路交换网、公网的互通须占用一部分中继传输资源，即

地市到两个核心网中心的传输资源。分析行政办公网的特

点，MGW 主要用于与公网运营商互通，以及 IMS 网络

建设初期，与原有程控行政交换网的互通。由于与公网互

通的中继数量不会很多，即使汇聚到省中心后，MGW 容

量也应能满足需求，因此主要须考虑 IMS 网络建设初期

与原有程控交换网的互通。

综上所述，从建设成本和后期网络演进的角度考虑，

建设初期应将 MGW 与 IMS 核心网设备统一设置在省公

司本部和第二汇聚点两个中心节点，互通话务须至中心节

点再迂回至地市。将来随着互通话务的比例不断增加，对

于一些规模较大的地市可考虑将 MGW 设备逐步下沉到

地市。

4.2.2 通道安排

媒体网关（IM–MGW）部署在省公司本部和第二汇聚

点，须组织 IM–MGW 至公网、至现有电路交换机、至调

度交换机等的互联通道。

实施初期。IMS 行政交换网建设是一个长期的过

程，在网络建设初期，业务割接刚开始实施，现有行政交

换机将会继续持续运行一段时期，各地市至省公司本部

2 Mbit/s 通道以及交换网与公网运营商出口通道、与调度

交换网互联通道均维持现状保持不变。

实施过渡期。随着 IMS 接入网的改造，运行超期的

程控交换机将逐步退出运行，终端业务割接完成，将不再

承担与公网中继互联任务，至公网的通话需经过省公司本

部和第二汇聚点配置的 IM–MGW 再回落至各地市公网。

实施终期。随着终端业务逐渐割接至新建 IMS 网络，

现有行政交换网设备绝大多数退出运行，IM–MGW 承担

省公司本部及各地市至公网出局接口，以及至调度交换网

的中继接口。

4.2.3 互联互通

IMS 与现网互通方案。由于行政交换网现网和新建的

IMS 网络将在较长的一段时间内并存，为此 IMS 和现有网

络有互通需求。IMS 网络通过 MGCF 和 IM–MGW 与现网

进行互通，在省调和第二汇聚点部署 IM–MGW，与现网省

汇接局节点设置 E1 中继电路，本省地市汇接局 / 接入局节

点用户通过 IM–MGW 与 IMS 用户实现互通。

IMS 与公网互通方案。在 IMS 网络部署初期，IMS

用户可以通过现有电路交换网与公网运营商的出口进行话

务连接，后期将公网出口割接通过 IM–MGW 连接。待全

省 IMS 行政交换网建成后，省公司本部和第二汇聚点建

设 IMS 核心网，配置 IM–MGW 媒体中继网关，提供与

传统 PSTN 网络互通的话音媒体通道资源。

IMS 与调度网用户的互通方案。行政 IMS 网络与调

度交换网的互通遵循原行政电路交换网与调度交换网的互

通原则，即单向互通，且互通点保持不变。行政 IMS 网

络用户可以作为被叫，与调度交换网用户连通。

IMS 与电力系统单位的互通。与电力系统单位的互通

可采用对等接入和注册接入两种方式。

对等接入方式要求对方电力系统单位具备自交换功能

的交换设备（如程控交换机、软交换、IMS、IP–PBX 等），

可根据实际情况采用 TDM 或者 IP 的方式进行互通。

注册接入方式要求对方电力系统单位部署接入设备

（如 AG、IAD、IP–PBX 等），对方单位用户作为 IMS 行

政交换网用户注册接入。

5结束语

IMS 在电力系统行政交换网中的推广和应用可以满

足电力系统日益增长的生产需求，随着 IMS 的成熟以

及数据通信网的逐步优化和完善，为 IMS 在电力系统

行政交换网中的应用提供了一个良好的平台。此外，电

力系统行政交换网的建设应当遵循统一规划、分步实施

的指导思想，系统建设必须在考虑到满足当前需求的同

时，充分考虑到将来整个网络系统的业务增长需求和投

资保护。

参考文献

[1]  毕厚杰.  IMS与下一代网络[M]. 北京：人民邮电出版社，

2006.

[2]  王欢. 浅谈固网软交换向IMS演进方案[J]. 江西通信科技，

2009(03): 31-34.

[3]  赵飞，梁朝霞. 基于IMS进行固网承接的若干关键问题研究[J]. 

电信科学, 2010(12): 100-105.

（责任编辑：贺大亮）

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基于移动公司BOSS系统的

用电信息采集系统构架

（国网天津市电力公司，天津河北300010）

戈立军，杨… … 光

在当前用电信息采集系统采集数据量日益增长、采集

数据支撑的范围不断扩大、采集业务管理种类不断丰富的

前提下，同时为满足用电信息采集系统未来不断向前发展

的需求，2015 年 7—8 月，对天津移动公司业务运营支撑

系统（BOSS）完成 2 次系统调研。在调研过程中，通过对

移动公司 BOSS 系统的架构、核心业务、系统运行模式、

统计计算处理方式、系统性能等多个方面了解与分析的基

础上，初步规划出今后天津用电信息采集系统的系统体系

架构。

1移动业务运营支撑系统简介

移动在线计费采用用户触发模式主要包括实时计算

模式和离线计费采用定时话单分析模式。该系统须及时

进行话单处理，避免欠费不停机，对在线计费要求交互

时限小于 300 ms，其压力主要来源于并发量大小。系统

采用鉴权、分拣、批处理、排重、信控等模块化管理。

信息采用分库处理：内存库（存放档案信息、账务信息、

信控信息、批价过程信息）；历史库（存放档案信息、账

务信息、历史话单信息等）；离线计费因批量产生业务量

大，划定逻辑，进行分库管理；经分系统、BI 系统等统

计分析系统。该系统的数据模型结构是根据业务进行结

构化处理，一条话单一行数据，不同业务分别存储不同

的表中。

2电力用电信息采集系统简介及其存在的不足

采集系统采集数据分为每日定时采集任务、业务人员

实时召测、接口要求实时召测；主要压力：定时对全量进

行召测；对数据进行排重。采集系统业务模块相对集中，

采集前置机、报文解析、数据入库、数据统计分析。

采集系统各类统计异常分析与采集数据共同使用一套

数据库服务器，IO 及计算性能存在瓶颈。电力相关数据

需求大，数据类型多，而且报文结构与国家电网公司标设

偏差较大；在数据存储中须进行多 UPDATE 操作，降低

入库效率。采集系统需要的数据量大，报文结构与表结构

偏差较大，多次更新 IO 消耗比较大。

3分析现状及改进方向

3.1 档案管理

3.1.1 现状分析

当前采用档案数据同步复制的机制，操作员在前台业

务页面进行档案核查和接收操作，当营销系统推送至中间

数据库的采集档案符合采集业务逻辑时，在历史查询数据

库建立用户采集档案，与此同时将采集档案数据推送至采

集数据库。

历史查询数据库中的档案数据：为后台数据统计、前

台页面查询显示、设备参数调试、线损统计、用电稽核、

数据接口服务等功能提供档案信息。

采集数据库档案数据：为定时数据采集、远程费控操

作、远程充值操作等功能提供档案信息，其数据流如图 1

所示。

前台业务操作更新采集档案与后台定时抄表数据入

库查询档案操作，存在数据更新和数据查询同时操作的风

险（数据库读写争抢的问题）。

历史查询数据库和采集数据库的档案数据同时供多

个业务模块使用，档案数据是热点数据，多个功能模块频

繁查询数据时，会同时降低各个功能模块的效率。

3.1.2 改进方向

前台页面进行采集档案更新操作（或后台消息服务接

收到档案变更消息时），在采集档案数据服务中，接收中

间库的采集档案；启动后台档案同步队列，将采集档案分

发至各个功能模块，同步的数据结构是按功能模块的数据

采集数据库历史查询数据库

前台Web应用服务器

中间数据库

图1 档案管理数据流图

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.015

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RURAL ELECTRIFICATION

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结构要求进行优化处理。数据流图如图 2 所示，改进后，

各个功能模块的档案数据是独立使用的，消除读取热点的

问题；按照模块的功能要求优化后的档案数据，有助于提

高功能模块的运行效率；采用“行级锁”同步机制，有效

降低读写争抢的问题，档案数据可以进行准实时同步。

3.2 采集模式

3.2.1 现状分析

采集系统当前采用集中采集数据库的处理模式，采集

前置机将采集数据推送入采集数据库（Push 方式），在采

集数据库，采集数据与档案数据进行关联。历史查询数据

库定时将 2 min 前的采集数据取走（Pull 方式），在历史查

询库进行归档。

将原有的采集生产库拆分为采集前置数据库和历史查

询数据库，将集中的数据处理压力拆分为两个数据库。按

照业务规划，下一步将实现低压用户电能表的 96 点曲线

采集时，每日的采集数据预计将超过 20 亿。现有集中式

数据处理模式将是限制采集数据的瓶颈。

3.2.2 改进方向

按照移动公司应用经验，采用多节点处理模式，有效

降低单个节点的数据处理压力，且当业务需求增加发生

时，可以通过增加业务处理节点，实现性能扩容。在“去

IOE”的大的环境下，移动公司不再采用 IBM 小型机运

行通信计费功能，取而代之是 PC 构架服务器，实现每日

1000 多万用户的通话计费工作。

借鉴移动公司运行管理经验，将采集数据处理模块进

行多节点拆分，按照一定的拆分规则，将采集数据分配到

多个独立数据处理服务节点完成，从总体来看，系统处理

数据量不变，从单个节点来看，每个节点的处理压力将是

“总数据量 /N”。

4采集体系构架规划

4.1 通道优化

4.1.1 GPRS通道稳定性问题

随着公共无线网络技术的飞速发展，GPRS 通信方式

将被淘汰。移动运营商对 2G 网络设备的维护力度已经低

于前几年的要求。公司采用 GPRS 通道的负控终端和低压

集中器近 8 万具。

建议测试和采用替代通信技术，避免因技术淘汰，影

响采集系统稳定运行。

4.1.2 窄带载波对采集效率的影响

自 2010 年以来，公司开始采用窄带载波通信技术，

采集低压台区用户电能表数据，随着电能表全事件采集、

四表合一、停电事件数据采集等业务数据的采集要求，窄

带载波通道将制约业务的开展。

采用 II 型集中器＋ 485 通道和宽带载波作为电能表

采集的下行通道，能提高下行通道效率。

4.2 网络设计

公司负控采集专网覆盖 10 个分公司，分别由调度、

采集运维班等部门共同维护，协同维护的难度较大，查找

网络故障点效率不高。

随着高压用户远程费控，低压用户远程充值等服务项

目的推出，采集网络的稳定性凸显出来。当出现网络故障

时，须及时分析，定位出可能故障点，通知设备负责人及

时抢修设备，并通知采集专责，说明故障的影响范围。

现有采集网络设备进行梳理，构建网络拓扑结构。当

主站监控到网络设备故障时，分析故障点影响的采集通道

和影响的采集数据范围。并通过短信的方式，及时通知设

备负责人进行抢修。

4.3 系统构架

通过对移动 BOSS 系统学习，分析采集系统存在各类性

能瓶颈，对采集系统架构进行重新规划。新系统可以提高采

集系统的数据采集和入库能力，通过数据分发、统计分析模

块化可以达到降低数据统计中的 IO 操作，提升数据统计分

析效率，提升实时计算能力。也可以做到随着系统扩展，业

务量增加，仅须增加服务器数量就可以解决系统性能问题。

5结束语

通过对用电信息采集系统的重构，可以规范采集业务

档案，确保档案数据清晰、完整、准确、唯一；提高采集

系统的运行效率，为以后扩展性应用提供可靠的系统架

构；深化采集业务的应用，为管理层、业务层提供有效的

系统支撑，满足未来采集业务不断丰富及扩展的需求。

（责任编辑：贺大亮）

档案数据服务

负荷统计服务

前台Web应用

后台Web Service消息服务用户采集档案变更消息

采集前置数据服务

采集历史数据及查询统计数据库

费控服务

中间数据库

图2 改进后数据流图

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电力设备在线监测中的图像识别技术

（国网物资有限公司，北京西城100120）

肖… … 健

1电力设备监测与分析总体方案

随着计算机技术的快速发展，图像处理技术日趋成

熟，其在电力设备运行状态在线监测工作中所发挥的作用

越来越突出。随着图像处理技术和计算机视觉技术的快速

发展和日趋成熟，计算机视觉识别电力设备、分析电力设

备运行状态在电力系统监测工作中所发挥的作用越来越重

要。电力设备的运行状态直接关系到电网的安全可靠运

行，因此，对电力设备运行状态的实时监测来保证变电站

的安全可靠运行至关重要。

当前，电网调度自动化系统、高压设备绝缘检测以及

继电保护装置等在保障变电站安全可靠运行方面发挥着重

要的作用。从当前电力设备在线监测系统运行的状况来看

还存在缺陷，其中高压电场的存在对数据的传输可靠性产

生了较大的影响。另外，部分运行参数及征兆信号很难通

过接触测量转换为电信号，甚至难以利用微机监测获取。

当前，电网已经建立了多套遥视系统用于电力设备运行状

态的在线监测中，为保障电力系统的安全可靠运行提供了

重要的支持。由于电网中变电站数量的不断增加，须监测

的目标对象数量不断增加，这也使得系统传输的数据量不

断上升。对此，大量学者对远程图像的采集、数据的压缩

和传输进行了集中深入研究。如何降低调度人员的工作强

度，同时快速准确地确定变电站的运行状态是当前研究的

重点内容。

为了使电力设备自动监测水平进一步提高，本文提出

了基于图像识别技术的电力设备在线实时监测分析方案。

该方案以现有电力设备视频监测系统为基础，结合图像分

析和识别技术，不须对原有系统进行更换，能够在增强系

统功能的同时，具有较高的经济性。

2图像识别与分析

在进行图像采集的过程中，由于 CCD（电荷耦合元

件）的畸变、聚焦效果差以及环境等方面的因素通常会引

入噪声，导致图像质量降低，增加图像识别和分析的难度。

控制中心在接收到图像之后，首先对图像进行预处理，然

后将目标电力设备从图像中分割出来，以提高图像中目标

电力设备的识别精度。

2.1 图像预处理

首先，将原图像进行灰度化处理，然后对灰度图进行

平滑滤波处理，从而消减图像噪声。这里引入加权系数的

平滑模板对灰度图进行平滑滤波处理，可以很好地消减图

像噪声，提高图像质量。图像平滑滤波处理的过程所采用

的是低通滤波，能够过滤图像的高频噪声信号，这种方式

在减少图像噪声的同时，由于图像边缘部分的高频噪声被

过滤掉，会导致图像边缘模糊化，影响图像的整体质量。

针对这一问题，可以在图像平滑滤波处理之后对其进行直

方图均衡处理，通过这样的处理方式，能够在抑制图像噪

声的同时，减少图像边缘模糊化问题的出现。

2.2 图像分割

图像分割将图像表示为具有物理意义的多连通区域

集合。通过对图像的纹理、颜色、亮度等特征信息进行分

析，结合这些特征的差异性分割图像。图像分割能够更好

地识别和分析图像，分割的准确性将会直接影响到后续工

作的有效性，因此，须充分保证图像分割的精度。

图像分割时根据图像的灰度、颜色以及几何性质等特

性将图像中含义不同的区域分割开，这些区域互不相交，

每个区域都具有能够满足特定区域的一致性。比如对统一

物体的图像，通常将图像中属于该物体的像素从背景图像

中分离出来，将属于不同物体的像素点区分开。分割出来

的区域应该同时满足以下几个条件：第一，相邻区域之间

应该存在某种明显的差异性；第二，分割区域边界应该具

有较高的完整性，且保证边缘具有较高的空间定位精度；

第三，分割之后的区域应该具有均匀性和连通性，其中的

均匀性主要是指区域内的所有像素点在灰度、纹理以及色

彩特征等方面具有一定的相似性，连通性则是指该区域内

存在连接任意两点的路径。

根据实现分割的具体原理，图像分割的方法主要包括

基于阈值选取、基于区域、基于边缘检测以及模糊分割 4

种图像分割方法。其中阈值选取的图像分割方法主要是通

过图像灰度频率的分布数据实现对图像区域的分割，由于

阈值化方法较为简单而且稳定性较高，使其成为图像分割

的基本技术。该方法主要是利用了图像中要提取的目标对

象与背景灰度值的差异，将图像视为具有不同灰度等级的

区域组合，通过选取合适的阈值，将目标区域从背景图像

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.016

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RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

中分割出来。

在使用该方法的过程中，要对灰度图进行二值化处

理，以提高分割结果的准确性，提高图像分析的效率。图

像二值化的方法主要包括全局阈值法、局部阈值法和动态

阈值法 3 类。其中，全局阈值二值化方法虽然相对较为简

单，但是容易受到噪声的干扰，光照不均匀，直方图不呈

双峰分布的图像二值化效果明显较差；局部阈值二值化方

法则能够有效克服光照不均匀的问题，但是转换速度较

慢，难以保证目标区域的连通性；动态阈值二值化方法的

阈值选择不仅取决于该像素灰度值以及周围像素的灰度

值，同时还与该像素的坐标有关。由于动态阈值二值化方

法对每个像邻域的特征进行了充分考虑，因此，能够更好

地表现出目标的边界与背景图像，对噪声具有较强的抗干

扰能力，虽然时间和空间复杂度较高，但是当前计算机的

性能完全能够满足其处理要求。

最大类间方差阈值分割方法是经典的无参数、无监督

动态阈值分割方法，不须其他先进知识，只是利用图像的

灰度直方图，然后通过该阈值对图像进行分割。

通过对全局阈值法二值化之后的图像与采用最大类间

方差阈值化之后的二值图像进行对比可以发现，后者在图

像分离上的效果更好，同时还能在一定程度上适应不同对

比度的图像。

3电力设备异常状态检测

为了实现监测分析方案在实际工作中的应用，提升现

有视频监测系统的功能，建立电力设备运行状态的实时监

测和分析系统，在采集到的图像中准确快速地识别出电力

设备之后，须进一步判断电力设备的运行状态，找出图像

中存在畸变的电力设备。当监测到电力设备运行状态变化

之后，及时发出报警信号提醒工作人员，方便工作人员尽

快到达设备故障处进行检修。

3.1 变电站的图像监测

无人值守是变电站未来发展的主要趋势，虽然当前已

经建立了多套变电站遥视系统，但是简单地采集和传输无

人值守变电站的图像信号难以满足当前电网快速发展的需

求。所以，首先应对变电站实时采集的图像进行分类，然

后对这些分类图像进行分析，根据分析结果判断是否须对

这些图像进行传输。当设备处于正常运行时，不传输监测

图像，只传输分析结果；而当变电站设备运行状态发生畸

变时，则将特定的图像信号和报警信息传送给调度端。调

度员在确认报警信号之后，再结合系统发出的提示找到对

应的变电站图像进行观察和处理。通过这种方式，能够大

幅度减轻调度员的工作强度，同时不须考虑在通信信道拥

挤时对数据的压缩问题。

利用成像设备对变电站的关键图像进行采集，然后利

用计算机对图像进行截取、识别和分析，能够获取关键电

力设备的大量运行参数。该技术涉及测量规程、视觉理论

以及人工智能等多学科的知识，能够为监测自动化中某些

难题的解决提供有效支持。

3.2 电力设备状态检测与分析

根据前面提出的监测和分析方案，对所采集的电力

设备图像进行预处理，选择合理的方法和算子去除图像

的噪声，提高图像质量，然后再对图像中的电力设备进

行识别。

图像识别和理解是计算机视觉处理电力设备图像的主

要目标，主要通过电力设备图像的纹理特征、颜色特征以

及模板匹配的方法对电力设备进行识别。从图像中准确识

别出电力设备之后，为了应用到实际中，判断电力设备的

在线运行状态，须对设备图像进行进一步的处理，然后与

原本数据库中的保准图像进行对比。本文采用减法运算

监测图像设备运行状态是否产生变化，具体计算公式为

∆Pi(x，y) = Pi(x，y) － P(x，y)，其中 Pi(x，y) 表示当前有

待进行判别处理的图像，P(x，y) 表示数据库中存储的标

准图像。当结果为 0 时，则表明当前图像无异常，设备处

于正常运行状态；而当结果不为 0 时，则电力设备处于异

常运行状态，图像中的某些部分会出现突变，比如产生毛

刺、突起的边缘等。

以变压器漏油状态为例，具体如图 1 所示，通过对所

监测区域图像进行处理之后，与数据库中的标准图像进行

对比相减，然后通过软件计算，∆Pi(x，y) 的值不为 0，且

存在较大的变化，因此，可以判断出变压器发生漏油故障，

同时发出报警信号，由工作人员到现场维修。

4结束语

在电力设备运行状态在线监测工作中，通过对图像识

别技术的应用，能够很好地保证电力设备的安全可靠运

行。尤其是针对高压、危险以及恶劣的环境，能够实时获

取电力设备的运行状态，降低调度人员工作强度，大幅度

提高电力设备在线监测的自动化程度。基于图像设备技术

的电力设备在线监测的研究目前还处于起步阶段，其具有

非常广阔的应用前景。

（责任编辑：贺大亮）

正常运行状态 正常运行状态二值化图像漏油状态 漏油状态二值化图像

图1 变压器漏油检测

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2016年第04期 总第347期

路灯电缆防盗报警系统

（厦门市集美市政园林有限公司，福建厦门361022）

王国勇

电力设备完好是路灯系统正常稳定运行的前提条件，

如果盗窃损坏事件时有发生，不仅会导致该区域路灯系统

瘫痪，造成大量的经济损失，还给相应区域带来了相当大

的治安和交通隐患。对此，安装有效的路灯防盗报警装置

以减少该区域盗窃损坏事件的发生是很有必要的。路灯防

盗报警系统的原理有如下几种：漏电流检测、电力载波检

测、电路阻抗检测、电流脉冲检测和末端直接检测。

但是，上述检测方法还存在以下缺点：漏电流检测因

为线路实际情况复杂多变，漏电流变化规律不明，容易产

生误报，且存在一定的安全隐患；路灯线缆的负载变化大，

电路的电容、电感大，电力载波的通信易受外部因素干扰，

产生误报；线路阻抗和电流脉冲检测无法分辨出是路灯线

缆自身故障还是路灯线缆被偷盗导致的负载电流变化；路

灯系统白天停电、晚上才正常供电运行，末端直接检测法

无法区分线缆是被偷盗还是正常停电。对于上述问题，结

合我国路灯系统的特点研究了一种基于低频脉冲调制信号

的路灯电缆防盗报警系统。

1路灯防盗报警系统工作原理

路灯系统在每一个区域都存在一个路灯控制箱，通过

控制箱控制几百米范围内的路灯。本文涉及的路灯电缆防

盗报警系统由安装在控制箱内的信号发生器和若干个安装

在路灯线路末端的报警主机组成。晚上供电线路对路灯系

统正常供电，报警主机可以通过检测线缆的末端是否有市

电电压信号来判断路灯线缆是否完整正常。白天供电线路

未对路灯系统供电时，信号发生器通过路灯线缆向线路末

端的报警主机发送特定的调制信号，如图 1 所示。因为供

电线路晚上未能正常供电时，信号发生器通过路灯线缆向

线路末端的报警主机发送特定的调制信号；在供电线路未

对路灯系统供电的情况下，报警主机可以通过是否接收到

经由线缆传输过来的调制信号来判断路灯线缆正常与否。

这两种调制信号频率低，抗外界干扰能力强，不会出现因

线路停电造成的误报。当路灯线缆末端的报警主机未检测

到电压信号且未收到这两类特定调制信号时，即可判定该

路灯线缆已经被偷盗损坏，启动报警主机的通信模块，向

电力公司发送报警信息。

2路灯电缆防盗报警系统

2.1 信号发生器组成

管理 MCU、电源管理模块、复位监控模块、电池、脉

冲信号发生电路和掉电检测模块一起组成了信号发生器。

2.1.1 管理MCU和复位监控模块

管理 MCU 是由带内置 Flash 的单片机作为信号发生

器的主控芯片，它通过控制 I/O 引脚电平高低输出特定的

脉冲调频信号，以及电源电池的切换管理和掉电检测。复

位监控模块主要运用硬件“看门狗”芯片保证管理 MCU

的正常可靠运行，一旦出现死机，复位监控模块将电源模

块强制复位系统，使它能重新正常工作，能保障信号发生

器长期可靠地运行。

2.1.2 电池和电源管理模块

电源是否正常可靠运行是保障整个路灯线缆防盗报

摘要：为了全天实时监测路灯电缆的状态，应用 GSM 无线网络、单片机、多机通信等软硬件技术，路灯

电缆防盗系统得到广泛应用。基于低频率脉冲频率调制信号检测法，对路灯电缆防盗报警系统的总体设

计、工作原理、模块组成及作用、软件系统等进行了全方面的介绍，并阐述了试点应用的效果。

关键词：路灯电缆；防盗报警；GSM 网络

中图分类号：TM561  文献标志码：B  文章编号：1003-0867(2016)04-0040-03

开关控制器信号发生器

报警主机1

线缆末端

被控路灯线缆

路灯控制箱

L

N

路灯供电线路

电压检测和调制信号发送 …

路灯1 路灯2 路灯n

图1 路灯电缆监控设备及工作原理

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.017

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2016年第04期 总第347期

警系统长期稳定工作的基础，电源的有效管理决定了系统

能否长时间稳定运行。为了保障系统长期稳定地运行，向

各模块稳定可靠的供电，系统采用免维护的 12 V 铅酸电

池线性电源，其容量为 2 Ah。由于路灯正常工作时，防

盗报警系统可以通过交流接触器切换到市电给各模块供

电，因此只有在白天供电线路未对路灯供电时，才须使用

电池对系统供电，因此该系统可以长期稳定使用。

2.1.3 脉冲信号发生器和掉电检测模块

电路的安全性非常重要，脉冲信号发生器是脉冲发送

电路，再连接到路灯电缆上。当路灯供电时，连接到路灯

电缆上的继电器线圈得电，信号发生器与路灯电缆自动断

开；停电时，信号发生器与路灯电缆连接，管理 MCU 通

过控制电源模块，持续向路灯线缆末端发送特定的脉冲频

率调制信号。

2.2 报警主机

管理 MCU、信息存储器、掉电检测及信号检测模块、

电池、电源管理模块、复位监控模块以及通信模块（GSM）

构成了报警主机。报警主机主要有以下几点功能：允许存

在多个管理员，每个管理员设置相应密码；可设置多个通

信号码，最多可设置 16 个；可远程撤防、布防；GSM 短

消息可报警；可设置多条报警信息，最多可达 16 条；如果

有相应的密码权限，可远程设置相关参数进行读取和配

置；可定时向管理者发送系统运行状态信息。

2.2.1 管理MCU和复位监控模块

管理 MCU 选用 ARM7TDMI—S 的高性能 32 位 RISC

微控制器，集成了在程序和应用中可编程片内 Flash 存

储器，包括 64 kbit/s ROM 和 16 kbit/s RAM。它具有高

达 8 Mbit/s 的主频以及强大的处理能力，可以满足系统

后续升级的需要。复位监控模块带有硬件“看门狗”电

路可有效监控管理 MCU 的运行状态，保证报警主机长

期正常可靠地运行。

2.2.2 信息存储器

信息存储器采用铁电存储器（FRAM）作为数据存储

器，能够在掉电情况下依旧保存设置的参数和设备运行时

的数据。采用铁电晶体技术，写入速度快且具有无限次写

入寿命，不容易损坏，并且能在非常低的电能需求下快速

地存储，因此铁电存储器 FRAM 被广泛应用于智能卡、

安全系统等。

2.2.3 电源管理模块和电池

由于白天供电线路不对路灯系统供电，报警主机须切

换到蓄电池供电模式，因此电源和电池在整个路灯防盗报

警系统中是至关重要的。蓄电池的充电量必须足够，才能

使其在白天给报警主机提供足够的电量。电池一般使用镍

氢电池，这种电池容量大、体积小，而且充放电管理流程

简单可靠。整个防盗报警装置使用的器件都是选用专门的

低功耗器件，系统整机工作电流不大于 60 mA，蓄电池充

满后支持系统满负荷持续工作 29 h。

2.2.4 GSM通信模块

本设计选用新一代可编程无线通信 TC35i 模块。其

性能可靠、技术成熟，带有 GSM 全套短信和数据功能。

通信模块通过 GSM，将采集的数据传输到远方用户，一

旦有路灯线缆盗窃损坏事件发生，就能及时发送相应信息

到相应人员并能响应管理员的远程控制命令。通过现有完

善的 GSM 通信网络可以有效减少路灯线缆防盗报警系统

的维护和组建成本。

2.2.5 信号检测和掉电检测模块

信号检测是报警主机的核心功能，信号检测电路须在

220 V 市电下长期满负荷工作，能够适应极端天气情况，在

高温低温环境下稳定可靠的工作，而且在供电线路未对路灯

系统供电时，能检测到 12 V 脉冲频率调制信号。掉电检测

和脉冲调制信号检测 2 个检测模块并不同时进行，默认状态

是脉冲调制信号检测模式，通过半波整流电路调整输入信

号，再经管理 MCU 判断是那种脉冲调制信号，能够减少信

号检测模块满负荷工作时间，降低系统正常运行的功耗。当

路灯线路上检测不到脉冲调制信号时就会切换到掉电检测模

式，掉电检测模块通过全波整流电路调整电路检测线路上是

否存在市电电压。检测电路通过光耦将高压信号隔离，增加

路灯防盗报警系统的抗干扰性。检测传感器采用 8 位 ADC

并进行过采样，保证检测数据的准确。

2.3 报警系统接入电力设备综合技术防护平台

接警中心、GSM 传输网络和分中心 3 部分构成了电

力设施综合技术防护平台，而路灯电缆防盗报警系统接

入防护平台得以运行。接警中心主要由监控服务器、Web

发布服务器、数据库服务器、GSM 短信接入网关服务器，

以及相关的后台管理软件和数据库构成。接警中心是电力

公司统一管理和监控的平台。通过现场路灯电缆防盗报警

设备的 GSM 通信模块双向通信，能够及时接受路灯电缆

末端监控设备采集到的线路信息和装置运行状态、信息的

分析处理、参数设置、处警命令的发布都得到良好的控制，

从而能够使路灯线路 24 h 得到防护。

3软件系统

系统软件部分由上位机软件和下位机软件 2 部分组

成。上位机程序采用 VB 语言编写，具有较强数据库访

问功能，并且平台移植性很好，可以很方便地部署在

Windows、Linux 等主流平台上；下位机程序主要采用 C

语言编写，程序执行效率高、可维护性强。下位机程序逻

辑较为简单，因此本文主要阐释上位机程序流程。

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2016年第04期 总第347期

3.1 主机程序

路灯电缆的工作状态显示、管理人员的信息维护、

后台电缆状态的自动入库，以及对路灯线缆末端下位机

GSM 通信模块进行轮询，这些任务都是由上位机来完成

的。在人机界面上，主从机连接指示、电缆工作状态显

示、主从机通信内容、短信收发、数据库的维护等都得以

实现。后台数据库 ACCESS 主要任务有管理人员的信息

维护、电缆状态的自动记录、短消息自身管理和发布时间

管理。值得一提的是，指定的用户和防盗报警系统进行双

向交互，支持主动索取和被动接受两种接受模式。

主动索取模式是指定用户用手机向系统发送特定的短

消息，待系统识别用户身份权限后，根据短信指令调用相

应系统状态信息，并以短消息的形式发送给用户。被动接

收的方式是操作人员可以设置多个短消息，并设置短消息

的发送时间点，等到该时间出现时，或者系统检测到路灯

电缆状态异常，系统会就以短消息的形式将路灯电缆实时

状态信息发送给指定的用户。

3.2 多机通信

在该路灯防盗报警系统中，管理人员的远程 PC 机是

上位主机，而处于路灯电缆末端监测模块中的单片机是从

机。所以系统会同时存在多个从机同时运行，那么主机与

从机之间的多机通信识别机制就须解决。利用管理 MCU

对通信地址帧进行编码，每一台从机都有一一对应的地址

编码。当从机解析主机发送的地址帧不是该从机的地址，

从机只接收主机发送的地址帧，不会对数据进行处理；当

从机解析主机发送的地址帧是该从机的地址，从机可以与

主机进行数据交换。

3.3 访问GSM模块

在系统中，上位机对 GSM 的访问非常重要，尤其是

无线通信模块（TC35），系统正是通过通信模块才能实现

与用户交互。上位机完成对下位机数据的解析后，控制

GSM 通信模块发送相应信息给相应用户。在 GSM 无线

通信访问过程中，借助 AT 指令完成对下位机 GSM 模块

的相关配置操作。具体过程如下。

通信握手。主机与 GSM 模块进行连接，发送通信握

手帧，若接收到对应返回帧，则握手成功。

设置波特率。如果是首次通信，波特率应设置为

9600，发送 AT+IPR=9600 的指令。若接收到相应设置

成功返回帧，设置 9600 成功；设定其他的波特率，发动

AT&W 指令，接收到相应设置成功返回帧，设置成功。

SMS模式设置。如果是首次通信，应设置为PDU模式，

发送 AT+CMGF=0 指令，若收到相应返回帧，设置成功。

短信息的读取。收到信息后对发送号码身份进行识

别。如果数据库中存在相应用户号码且具有相应权限，则

读取短信运行相应 AT+CMGR=n 指令，也就是读取编号

n 位置的路灯线缆状态数据。

SMS 删除。如果信息状态是已读，且系统一完成当

前循环指令，则进行 AT+CMGD=n 指令，也就是说，n位置的短消息须要删除。

SMS 发送。经过筛选后，如果收到的信息须回复，

则可以使用 AT+CMGS=43 指令，这个过程可以循环。

4防盗报警系统的应用

某地作为电力设施防护技术应用的示范单位，在一些

偏僻的路段，路灯线路 10 km，试点安装了 30 套路灯电

缆防盗报警装置。当路灯线缆被偷盗损坏时，报警主机通

过信号检测和掉电检测模块实时发现线路异常，将出现异

常路灯线缆的信息发送给相应监控人员，便于相关人员及

时响应处理。根据使用用户的不同需求，还可以将报警信

息进行分类处理。把对应于停电路灯防盗报警装置的报警

信息，仅发送给相应线路区域的抢修人员，使抢修人员能

够及时处理所负责区域路灯线缆故障；当路灯线路被偷盗

破坏时，就直接将相应报警信息发送给保卫人员和抢修人

员，当收到信息时，能够抓捕偷盗并抢修线路。

路灯电缆报警装置在两个月内成功报警 5 次，报告的

线路状况准确及时，使抢修人员和保卫人员能够及时到达

现场，及时进行抢修并制止偷盗事件的发生。由于有效地

遏制了偷盗事件，安装了路灯防盗报警装置之后，该路段

的路灯电缆装置再也没有发生过偷盗事件。

5结束语

针对目前路灯电缆被盗事件频发的情况，提出了一种

路灯电缆防盗报警系统。该系统通过线路末端电压检测和脉

冲调制信号，能准确检测相应路灯电缆是否完整运行正常。

有效地解决了传统路灯线缆监测方法存在的无法全天候监

测、误报率高、故障判断不准确等缺陷。同时，利用无线通

信网络，当路灯电缆被盗时，及时报警阻止窃贼的偷盗行为，

能够较好地完成报警的任务，有着较为广阔的市场前景。

参考文献

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京: 北京交通大学, 2008.

[2]  张海斌. 基于STM32的路灯电缆防盗报警系统设计[D]. 浙

江: 杭州电子科技大学, 2012. 

[3]  唐炜, 刘林飞, 陈均然, 张鹏, 宋磊. 新型路灯电缆防盗

报警系统的设计[J]. 机械与电子, 2014, 2(1): 84-85.

[4]  赵彬. 智能路灯监控防盗系统设计[D]. 福建: 厦门大学, 

2009.

（责任编辑：贺大亮）

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RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

GPRS电力检测系统的开发和实现

（国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，内蒙古乌兰浩特137400）

吕文辉

电力是当前社会生活中运用范围最广的能源之一，电

力的普及和使用水准也是评价一个国家现代化发展水平的

重要衡量条件。随着科学技术不断进步，社会所需求的电

力质量也在逐步提升，因此须加强关于 GPRS 电力检测系

统的开发和实现研究，推动我国电力系统的完善和发展。

1GPRS电力检测系统的框架设计

1.1 框架设计理论

GPRS 电力检测系统是要把所有电力检测系统放到同

一个架构中，这一形式能将 GPRS 电力检测系统的全部终

端系统抽象化、实例化。各类系统终端都有自己的功能，

比如信息存储、数据分析、远程遥控、实时监管、可视化

操作等。把这些板块集中到电力系统检测架构内，就能让

各分系统在集成前完成自己的任务。当模块自有任务完成

以后，再将其统一集成到一个架构中，这即是 GPRS 检测

系统的结构。该架构中集成的各个板块可以单独工作，同

时对电力设备进行实时监控，并且支持管理中心的可视化

操作与监督管理。

1.2 终端模块设计

GPRS 网络实际上就是 GSM 网络的延伸，增添了

SGSN 与 GSN 这两大主要元素，其内容就是分散式移动

网络。SGSN 的意思就是为分散在各个远程终端的接口而

工作。GPRS 的任务实现以前，必须利用 SGSN 构造出一

个移动式的监督管理环境，且 SGSN 内要含有该网络的

全部终端，保证其安全性与可塑性。同时，SGSN 与终端

之间要进行数据信息的交流和分析工作，最后将数据传输

出去。Gateway GSN 的主要作用是分析移动数据网内的

GPRS 协议和信息传输任务，使 TCP/IP 等协议能够连接

起来。因此，GPRS 信息传输可以分为两部分，一是让内

部信息得以在移动通信网和互联网之间交叉传送；二是无

线网的插入部分可以在终端和节点间进行交互传达。

1.3 抽象对象实现

GPRS 电力检测系统要求把与其交换的对象定义成

COM。该系统结构内全部分系统都须利用动态形式进行

集成。一旦通过了分系统的初始化，就不必再进行重新编

制，只要利用局部电力检测，判断出系统的抽象计算，从

而获取抽象对象，并将其运用到所有分系统中。该系统的

接口设置也遵循了二进制，在检测系统构架与对象联结时

具有实用性。检测系统须先判定信息是否真实存在，然后

判断信息属于何种类型，最后再确定以怎样的接口接收信

息。电力检测系统中，任何一个分系统都能够依据现实

信息收集装配零件以安置各分系统，而该系统内所采用的

COM模型可运用当前较为流行的编制软件进行编制运作。

1.4 局部放电检测系统再次使用

局部放电检测系统再次使用即是将各分系统内传输

的各项信息进行持续不断的收集分析，转化为相应的信息

储存中转站。依据各种接口的设计需求，所收集的信息须

分开进行处理及传送。在这一环节内，如果第一个数据没

有处理完成，则下一个数据就不能进入待处理行列，因此

各数据在其中会排列成整齐的队列。但全部信息都必须存

储于工作台内，保证在亟须调动或者再次使用时，能迅速

有效地调出。该检测分系统的设计须结合其所要完成的任

务，还要考虑到许多突发状况。针对这一情况，可以安插

数据储存台，以便实现广泛收集的抽象数据存储。

2GPRS电力检测系统硬件设计

2.1 核心单元电路设计

单芯片微处理器是 Embedded System 的一种，也就是

嵌入系统。该系统是将 CPU 加入部分微量记忆体以及传

输部件（I/O），将其全部嵌进一块芯片中，再采用专门的

编制软件进行程序编排，运用烧录器将程序保存到一张单

芯片中。这样一来，再加上周围部分简单的电力系统，就

能够转化为一个有效的控制系统。因此单芯片也叫作微型

程控器（micro controller）。

8051 属于 8bit/s MCU，也就是微处理器，该处理器

在当前的工业界中应用极为广泛。现阶段有许多公司都开

始制作能和 8051 兼容的单芯片，除了基础结构相似之外，

还增添了周围的许多操控功能。比如 DS87C550，已经在

内部构建了 A/D 转变与 PWM，这样一来能够降低周围部

件的成本。

在 GPRS 检测系统内，移动终端板块把 S307E 隔离

包装成一个内置板块，并在整个监管过程中，须调动该板

块的功能时，对中央控制系统传送请求指示，再把须用到

的终端经由不同接口输送至用户机器中。其中主要包含了

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.018

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2016年第04期 总第347期

充电设备、电源、关机遥控信息、各类 COM 接口、SIM

插口、PC 接口等。因此，在硬件设计过程中，要注意插

座接口形状是否与电源类型相切合，以及是否容易受到高

温的影响等。

2.2 硬件模拟检测

单片机是硬件中常用的核心组件。当前最为常见的单

片机设计分为两种，第一是采用模拟调试，运用设计模拟

进行工作。这一方法是采用模拟处理，须耗费一定的时间

和人工。在目前看来，许多 PC 机仍是多任务工作模式，

即其运作间隙也是由 PC 机本身进行填补。这样一来就很

难管理其工作间隙，给设计所提议的实时数据掌控带来了

困难。因此，PC 机无法达到和单片机一样，在同样的时间

内完成任务，PC机的实际虚拟过程与单片机相比更加缓慢。

第二是硬件测试，这一测试方法也是在 PC 机软件结合

的前提条件下衍生出来的。该测试方法就是让 PC 机利用软

件将编制的程序传入 COM 口、USB 口等。这一类硬件设施

往往被认为是仿真器，而单片机的所有数据都能够经由仿真

器而现实化。仿真器在运用时通常是直接导入电路，采用与

单片机同样的方式工作，而仿真器也会将信息传递到 PC 机

处，再经由 PC 机对单片机的运作情况进行监督检测。

3GPRS电力检测系统程序设计实施

3.1 系统程序设计目标

程序设计首先要控制其开发环境，要分析 GPRS 终

端，保证其具备上位机程序的支持，要满足 Windows 串

口运用程序的研发需求，以及考虑用户可能将 Windows

系统更新至新一代 Windows 系统。所以，Windows 串口

程序须对 vista 系统进行支撑。

操作系统：要求 Windows vista with SPI。编程环境：

先装配 borland C++builder，挑选常用构建与 ADO 构件，

环境设定成 fun debug，打开工具菜单，点击“工程”，并

选中 full degug。为了使操作系统得以兼容，并使程序在

离开类似环境后还能正常工作，要对 C + + builder 实行一

定设置。先打开工具菜单，点选组件包，取消共同编制这

一选项，从而使程序能彻底脱出外界支撑。然后选中编制

选项，点击 release，将程序编制定为最终使用版本。

3.2 软件设计实施

该软件检测系统须为其关系到的全部协议提供实时有

效的服务，采用嵌入式开发工作可以让系统全面发挥出

65 bit/s PC 机的多功能性。目前通常运用的 68 位处理器

与从前的版本相比，其工作能力已有大幅度增长，且目前

计算机升级的目的也是为了跟上多任务迅速运行的发展趋

势。因此，嵌入式操作的优点较为明显，可以有效避免工

作程序出错，或是受到系统首位抗电磁干扰软件的影响。

而 Linux 操作系统完全按照 GUN/GPL 公约的颁布准则，

全面开放了系统代码，支持再开发进阶工作，Redhat 则

沿袭了原来 Linux 内部的精华成分，贴合 Linux 系统多项

任务同时进行、多位用户同时操作的特点，可以运用于缺

少内层管理元素的处理器。

3.3 设计理论

在引进 Dtip 时，要先知道 Dtip 出自瑞士的计算机科

学研究院（SICS），属于 TCP/IP 协议。其代码全面开放，

属于当前顶尖的嵌入式系统协议载体，此外还具有跨区域

可运作性，也能担当起机器语言的职责，在裸机上完成任

务。Dtip 的 TCP/IP 协议占据的内存容量非常小，不须很

高的配置就可以运作。这样一来，系统的稳定性能够得到

保障，计算机也不易出现死机等状况。Dtip 的特征包括：

可在多网络接口中进行 IP 传输，支持 ICMP，支持用户

UDP等信息，可迅速利用TCP/IP协议监控网络不良现象，

支持多 ATP 接入，支持 IP 查找，含有分析 IP 信息动态

的功能。

4应用效果

将 GPRS 电力检测系统运用到企业的变配电维修部门

后，将其检测工作有效提升了一个档次，实现了信息化和

现代化。不仅如此，通过高效的检测系统，及时全面地发

现了企业变配电维修部门运行过程中出现的各类隐患、风

险，使其得到了有效排除，确保了企业的运行安全和生产

效益。企业配变电维修部门在引入 GPRS 电力检测系统之

后，安全故障、风险隐患等下降了 40% 以上，提升了相

关工作的效率和质量。

5结束语

电子时代的到来，要求各国朝着现代化、全球化的方

向发展，因此对配电、供电系统的安全性、可靠性、实用

性等有了更严格的要求。GPRS 电力检测系统是一种新型

系统，能对电力设施运作情况实行有效监测与分析，以便

在遇到突发状况时能对设备采取及时维修手段，从而减少

经济损失，促进电力系统的自动化发展。

参考文献

[1]  栗秋华, 周林, 张凤. 基于GPRS的电力系统蓄电池在线监测

系统的设计与实现[J]. 电工技术学报, 2012(10): 185-190.

[2]  徐会亮, 吴红春, 张凤. GPRS在电力系统中的应用现状与展

望[J]. 电力建设, 2011(03): 8-13.

[3]  全斌, 汪智益, 刘金长. 基于PDA/GPS/GPRS的移动GIS在电

力系统中的开发与应用[J].  集美大学学报(自然科学版), 

2013(02): 112-116.

（责任编辑：贺大亮）

QC Group QC小组

45

RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

通过表 1 可知，对于螺栓固定方式，现场操作人员取

下标示牌时间普遍超过 4 min，而对于铁丝固定方式，取

下标示牌时间仅为 1 min。通过 QC 小组成员讨论后一致

认为标示牌用螺栓固定，不易取下是要因。

4对策实施

通过与开关厂和运行单位就“标示牌固定方式”问题

进行沟通，制订了新型标示牌固定方式，如图 1 所示。

5效果检查

工程完工后，对不同操作人员在利用新型标示牌固定

装置进行装上和取下标示牌时间进行了统计，如表2所示。

安装新型标示牌固定装置后，彻底解决了“标示牌螺

栓固定，不易取下”的问题，缩短了装上和取下标示牌的

时间，人均操作时间仅为 1 min，大大缩短了变电站电容

器检修时间，达到并超过了设定的目标。

（责任编辑：贺大亮）

缩短变电站电容器检修时间

（国网北京房山供电公司，北京房山102400）

于… … 乐

1选题理由

每年春检和秋检期间，公司都会对所辖范围内的变电

站电容器进行停电检修工作，确保电网安全稳定运行。

2015 年，为提升工作效率，公司提出将变电站电容器检

修时间由200 min缩短至180 min的指标，以提高工作效率。

2目标可行性分析

QC 小组成员首先将电容器检修工作流程进行展开分

析，把电容器检修时间按接调度许可令、准备操作工具、

停电倒闸操作、布置安全措施、整理工具、电容器检修过

程、准备操作工具、去除安全措施、送电倒闸操作、整理

工具、回调度令这 11 个步骤进行统计分析。经过 QC 小

组成员共同讨论分析后发现，在这些步骤中，除电容器检

修过程所消耗时间以外，布置和去除安全措施这一工作流

程耗时最长。因此，QC 小组决定针对这一工作流程进行

进一步的调查分析，找出耗时最长原因。

QC 小组成员经过到多个变电站现场调查后发现，目

前多数“止步，高压危险！”标示牌为螺栓固定，在拆除

和安装过程中都非常耗时。

现场工作人员为节省工作时间，将标示牌改用绝缘铁

丝或者铁片挂钩挂在遮拦上，装上和取下标示牌时只要将

其取下后反过来挂上，比较省时。

QC 小组成员对改进后装上和取下标示牌时间进行统

计分析得到，平均用时仅为 1 min，与改进前固定方式的

22 min 相比，缩短了 21 min，能够满足公司指标。针对

上述情况，QC 小组成员决定从标示牌固定方式出发，寻

找一种新型的标示牌固定方式，节省装上和取下标示牌时

间，并最终完成公司指标。

3原因分析

QC 小组成员运用头脑风暴法，对装上和取下标示牌

时间过长进行了认真的分析，得出造成装上和取下标示牌

时间过长的 4 个末端因素分别为：操作扳手锈蚀；照明灯泡

损坏；操作人员操作不熟练；标示牌用螺栓固定，不易取下。

QC 小组成员经过现场调查，得到黄辛庄、黑古台、

良乡、周口店、长沟 5 个变电站取下标示牌时间统计如表

1 所示。

表1取下标示牌时间统计表

变电站 固定方式 取下标识牌时间/min

黄辛庄 螺栓固定 6

黑古台 螺栓固定 5

良乡 螺栓固定 6

周口店 铁丝固定 1

长沟 铁片固定 1

1 2

国家电网

1

1

1

3

4

1—紧固螺栓 2—“国家电网”标志区域 3—中空区域（用于插入“止步，高压危险！”标示牌） 4—不锈钢本体构件

图1 标示牌固定装置结构（正面）未插入标识牌

表2装上和取下标示牌时间统计表

操作人员 操作时间 平均时间

操作人员1 59s

约1min

操作人员2 1min2s

操作人员3 1min

操作人员4 59s

操作人员5 59s

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.019

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提高10 kV母线功率因数

（国网安徽阜阳市农电有限责任公司，安徽阜阳236000）

张… … 弛

1选题理由

1.1 上级规定

按照《国家电网公司农村电网电压质量和无功电力的

管理办法》的要求，变电站主变压器低压侧功率因数不低

于 0.90。

1.2 社会需求

按照国家电网公司“新农村、新电力、新服务”的农

电发展战略，进一步改善和提高农村电网的供电质量是公

司生产经营的主要目标。

1.3 企业效益

提高功率因数，从一定程度上可以提高设备利用率，

减少系统能耗，改善电能质量，提高资源的利用率。

根据上述方面的要求，围绕着优质、经济供电这一目

标，QC 小组成员从电压、线损、功率因数各方面着手，

进行分析比较，立足自身工作，最后决定以“提高 10 kV

母线功率因数”作为 QC 小组活动的课题。

2确定目标

根据收集的数据表明，现有变电站功率因数的平均值

0.975 偏低。因此，QC 小组决定把功率因数平均值从现有

的 0.975 提高到 0.985 作为此次 QC 小组活动的目标。

3原因分析

从原理上来看，影响功率因数的原因有很多，系统中大

量的电感性设备、变压器的空载或低负载运行，电容器配置

不合理，投切不及时等。本次活动主要是为了解决 10 kV 母

线功率因数低的问题，因此，主要通过变电站现场设备的检

查及现有情况的分析，对原因进行研究，在大家的反复验证

讨论后，经汇总分析，绘制了关联图如图 1 所示。

4要因确认

QC 小组人员根据关联图，采取现场调查、验证和比

较分析等方法，编制了要因确认表如表 1 所示。

5制订对策

针对要因确认表中所验证出来的 3 个要因，QC 小组

人员经过反复讨论，制订了相应的对策，并编制了对策表

如表 2 所示。

6对策实施

实施一，容量计算、调整。

为了准确地掌握现有变电站电容器配置的合理情况，

图1 影响功率因数原因的关联图

表1要因确认表

序号 原因类型 具体问题分析 要因判断

1没有现场

运行规程

各变电站现场均备有现场运行规程，

但没有明确电容器投切条件的具体内

容，部分变电站在设备更改后没有及

时更改相对应的运行规程

是

2没有专项

考核制度

调度所运行工区及各班组绩效考核管

理制度中虽然有关于功率因数的考核

内容，但经检查发现，考核内容大多

比较笼统，对一些经常出现的细节性

问题没有重点考核，内容也不完善

是

3

无功优化

计算不到

位

由于受变电站负荷增长及调整的影

响，负荷功率变化都比较大，而以往

开展的无功分析没有及时根据无功变

化进行电容器容量优化计算分析，部

分虽然有及时计算分析，却没有采取

措施进行电容器的调整

是

4组织培训

力度差

调度运行工区定期组织培训，增强了

人员对设备的熟悉程度及对系统功率

的重视度等相关知识

否

5人员配置

不合理

在现有情况下，分别由监控中心及调

度班两个专业班组对变电站的各项指

标进行监控分析，并由专人统计各项

数据指标

否

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.020

QC Group QC小组

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RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

利用配套电容器容量理论计算公式对现有变电站的容量进

行了计算比较，从分析比较中可以得出，部分变电站的电

容器容量的配置与实际需求存在着一定的差距，须调整。

考虑到设备现状及负荷增长的需求，与相关部门同事共同

研究，制订除了现有设备的改造方案，如图 2 所示。

考虑到公司的生产运行现状，经过与相关部门的沟通

协商，最后选定的改造方案为：A1—B1—C1—C2—A4。

根据改造方案，公司组织了相关部门有针对性的对部

分变电站的电容器进行了改造调整，具体调整情况如表 3

所示。

为了更好地利用现有设备，将现有的单台容量较小的

电容器，通过改造，提升其容量，不仅为公司节省了购置

设备的开支，还缩短了工期。

实施二，编制、修订各种规程及考核办法。

根据优化计算出的结果，调整了部分变电站的电容器

容量，在此基础上，调度所协同运行工区共同修订了《无

功电压及功率因数考核办法》（以下简称《办法》）。在《办

法》中，详细制订了关于变电站无功电压及母线、线路功

率因数的考核方法、细化了考核标准、加大了考核的奖惩

力度。

同时，由运行工区牵头，重新制订了《变电站现场运

行规程》。连同《无功电压及功率因数考核办法》一起上

报公司领导及相关部门审批，并下发执行。

7效果检查

经过了几个月的具体实施，对实施整改后的变电

站功率因数进行了统计，并节选了 2015 年 6—10 月变

电站 10 kV 母线的平均功率因数与 2014 年同期做了对

比，10 kV 母线功率因数从去年的 0.975 提高到了现有的

0.988，圆满完成了活动目标。

通过本次活动，QC 小组成员的质量意识、问题意识、

改进意识都有了进一步的增强，参与意识也越来越浓。

8巩固措施

为了更好地巩固活动所取得的成果，进而从根本上消

除变电站遥信信息误报、漏报现象，QC 小组成员根据活

动中遇到的问题和总结分析的经验，制订了以下巩固措施。

对公司其他变电站现场的运行情况进行了排查，利用

本次活动中所采用的各项实施对策，针对剩余变电站所存

在的情况进行消缺整改，进一步拓宽了课题研究的实用

性，扩大了课题研究成果的推广。

在本次活动的成果基础上编制了《变电站无功管理专

业作业指导书》，规范变电站无功设备的建设及改造方案。

将本次 QC 活动的成果及资料整理收集，作为班组技

术培训内容，开展业务培训，提高人员业务知识水平，进

一步巩固 QC 小组活动成果。

9心得体会

通过 QC 小组成员近半年多的共同努力，使得公司所

辖变电站 10 kV 母线功率因数抽样调查的平均值达到了

0.988 以上，顺利完成了目标。在活动中，QC 小组一边

查找问题，克服困难；一边学习知识，弥补自身的不足。

在完成目标的同时，提高了自己的各项能力，也切身体会

到了 QC 小组活动带来的好处。

但是，在活动过程中，也认识到一些不足，虽然目标

是实现了，但是不代表问题已经全部排除，在系统的应用

中还是有一些故障和隐患存在着。而且随着设备的不断升

级，系统应用的不断增强，在以后的工作中，会遇到更多

更深层次的问题，必须再接再厉，把本次活动中所取得的

经验和成效应用到更深的层次。相信，通过不断的努力和

改进，必将使系统的稳定性、安全性再上一个台阶。

（责任编辑：贺大亮）

表2对策表

要因 对策 目标 措施

没有现

场运行

规程

修订现场

运行规程

明确规定现

场电容器的

投切条件

配合相关人员重新修订《现场

运行规程》

没有专

项考核

制度

修订考核

制度

进一步完善

考核制度

制订新的《无功电压考核管理

办法》，规范考核管理

无功优

化计算

不到位

定期开展

无功优化

计算

确保各变电

站电容器的

合理配置

由专人定期进行计算，并上报

计算结果和整改建议给上级主

管部门

电容器

容量大 购买新电容器

需投入较大

资金

容量达到

理想值

进行容量改造 加装分段闸刀 需购买设备

拆除部分

单只电容器

经济实用

见效快

A1

C1

B3

C2

B2 B1

A4 A3 A2

图2 改造方案图

变电站 现有容量/kvar 理论容量/kvar 改造后容量/kvar

九龙 200 400 600

老庙 100 450 600

苏集 110 400 600

苏屯 200 450 600

行流 200 450 600

表3 变电站电容器调整情况

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率降低到 a% 以下，而在各个平抑时间段内，储能系统的

能量状态变化始终保持最小。

1.2 储能系统出力优化

为使风光储联合发电的输出功能能够满足调度需求的

功率波动率指标，并确保储能系统在一天内的能量状态基

本保持平衡，本文基于低通滤波器算法和粒子群优化算

法，对储能系统的出力计划曲线进行制订。出力优化策略

由以下几个部分组成：FFT（快速傅里叶分析）、截止频率

分析、滤波器算法以及优化算法等模块。具体的优化思路

如下：借助 FFT、截止频率分析及优化算法，对滤波器算

法的最优截止频率进行确定，滤波器算法的主要作用是对

储能系统的出力情况进行计算。通过粒子群优化算法找出

在截止频率范围内储能系统能量状态变化量最小时所对应

的滤波器算法的介质频率，即最优截止频率。

优化算法。本文选用粒子群优化算法来解决风光储联

合发电输出功率波动率小于 10%、储能系统能量状态变化

量最小及最大输出功率在额定功率范围内等问题。同时借

助粒子群优化算法找出最优的截止频率。

1.3 FFT及截止频率分析

本次研究选取某风光储联合发电站内风、光发电输出

功率在 15 min 内的输出功率曲线，该电站输出功率的波

动变化较大。通过对其输出功率数据的FFT变化可知，风、

光发电输出功率的频域数据变化时，随着频率的增大，振

幅会相应减小。对风、光发电输出功率波动贡献较大的波

集中在 f–0.05 Hz 频段之间，所以可设计滤波器的截止频

率，以此来控制储能系统发电电量对该频段的输出功率进

行补偿，进而达到降低输出功率波动率的目的。

1.4 储能系统出力控制

本次研究中，将储能系统调整的时间间隔定为 1 天，

风光储发电的储能优化控制

（1.上海交通大学，上海闵行200240；2.国网上海市北供电公司，上海闸北200072；3.国网上海市浦东供电公司，上海浦东200122）

浦盛斌12，施… … 云3

1储能系统平抑功率波动优化控制

平抑功率波动的控制策略是基于风光发电输出功率日

前预测时间间隔为 1min 的条件下，储能系统的优化出力

控制策略不仅能够使风光储电站联合出力有功功率的波动

率满足电网调度的需求，并且还确保储能系统一天内的能

量状态处于平衡。为了便于研究工作的开展，下面以某

风光储联合发电工程为研究对象，该联合电站中风电和光

电的总额定装机容量为 114 MW，储能系统的额定容量为

63 MWh，其最大的输出功能为 23 MW。

1.1 优化控制的总体思路

借助储能系统对风、光发电功率波动进行平抑控制的

总体思路如下：以平抑风、光发电输出功率波动作为优化

控制目标，通过控制储能系统在平抑风、光发电输出功率

波动过程中的能量状态变化量最小，来保证储能系统在运

行一天后的能量状态可以回归至初始运行点。图 1 为优化

控制的总体框架结构图。

由图 1 中可知，在该优化控制策略中，储能系统的优

化发电控制由两个部分组成：即整体优化控制和分段优化

控制。前者主要是实现储能系统运行一天后的能量状态回

归初始运行点；后者是将风、光发电输出功率按照平抑时

间尺度划分为多个平抑时间段，利用储能系统在各个平抑

时间段内的发电功率，使风光储联合发电输出功率的波动

图1 储能系统平抑功率波动优化控制策略框架结构示意图

摘要：文章从平抑功率波动和跟踪发电控制两个方面对风光储联合发电系统中储能系统的优化控制进行

了研究。结果显示，本文所提出的控制策略合理可行，通过该控制策略的应用，能够使风光发电的输出

功率得到有效地控制。

关键词：风电；光伏发电；储能系统；控制

中图分类号：TM561  文献标志码：B  文章编号：1003-0867(2016)04-0048-03

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.021

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2016年第04期 总第347期

如果其在平抑风、光发电输出功率波动中累积的电量为

增加，则需要控制储能系统在用电高峰期进行放电，若

是减少，则需要在用电低谷时对储能系统进行充电。通

过对储能系统充放电的控制，能够确保其能量状态经过

一天后回归至初始运行点。相关研究结果表明，储能系

统在频繁充放电的过程中会导致使用寿命缩短，为减少

充放电次数，可对储能系统采取恒功率充放电的控制措

施。通过对储能系统充放电功率的控制，可使其能量状

态回归至初始运行点，同时还能保持其荷电状态回归至

初始运行点。由此可见，本文所提出的输出功率平抑优

化控制策略具有可行性。

2储能系统跟踪发电的优化控制

储能系统对风光储联合电站实现实时跟踪发电计划的

控制具体分为两个步骤：一是在跟踪控制模块中，制订期

望的发电值；二是在反馈控制模块中，对该期望值进行修

正。

跟踪控制：风光储电站发电计划跟踪控制策略具体是

对电站下一时刻风、光的输出进行预测，按照发电计划与

预测发电功率间的偏差，制定储能系统的期望发电值。在

这一过程中，对风、光发电的输出功率进行预测是关键环

节。现阶段，超短期负荷预测的常用方法有两种，即基于

历史数据进行外推和负荷与选定影响因子间的相关方法。

因为跟踪控制要求计算速度快、占用内存小，故此，选用

线性外推的方法对风、光发电输出功率进行超短期预测。

应用该方法预测到的输出功率曲线在拐点上的偏差较大，

这对输出功率的预测精度会造成一定的影响。所以本文提

出一种改进后的线性外推预测方法，采用滑动平均法对预

测所得的功率数据进行修正，以此来增强预测的精确度。

滑动平均方法是一种修正处理方法，本文在移动平均窗口

长度的选择上选用了统计法，对多天的预测数据进行计

算，当窗口长度 N 为 3 时，预测的精确度最高。

3结束语

综上所述，风光储联合发电系统在电网中的应用越来

越广泛，为了使其效能得以最大限度地发挥，应当加大对

储能系统控制的研究力度。本文提出了一种平抑输出功率

的控制策略，并对其可行性进行了论证。同时，还提出储

能系统跟踪发电计划的优化控制方法，期望通过本文的研

究能够对风光储联合发电系统的推广应用有所帮助。

参考文献

[1]  于梵, 周玮, 孙辉. 用于风电功率平抑的混合储能系统及

其控制系统设计[J]. 中国电机工程学报,  2012(17):127-

133.

[2]  张步涵, 曾杰, 毛承雄. 电池储能系统在改善并网风电场

电能质量和稳定性中的应用[J]. 电网技术,  2013(15):54-

58.

[3]  宇航. 利用储能系统平抑风电功率波动的仿真研究[D]. 东

北电力大学, 2013.

[4]  刘霞, 江全元. 风光储混合系统的协调优化控制[J]. 电力

系统自动化, 2012,36(14):95-100.

[5]  陈益哲, 张步涵, 王江虹. 基于短期负荷预测的微网储能

系统主动控制策略[J]. 电网技术, 2012(8):35-40.

[6]  何勇琪,  张建成,  鲍雪娜.  并网型风光储混合发电系

统中储能系统容量优化研究[J ].  华北电力大学学报, 

2012(4):111-115. 

（责任编辑：张峰亮）

资讯

国网北京推进配电网建设改造工程及项目梳理工作

3 月 10 日，北京市电力公司召开会议，对配电网建设

改造工程及项目梳理工作进行推进和部署。

会议对公司配电网建设提升方案编制、典型设计和技

术标准修订、以及配电自动化项目梳理等工作进行了部署，

对今年配电网建设改造工程的开展提出相关要求。

会议指出，北京市电公司 2016 年以及之后两到三年，

要以“提高配电网供电可靠性，降低配电网故障率”为目标，

持续推进配电网建设改造，不断加强管理，提高故障处置

效率，强化技术支撑，进一步提升配电网运维管理水平。

会议强调，当前重点要从配电网网架结构完善和配电

自动化建设两方面开展相关项目梳理工作。梳理工作应与

北京行政副中心建设、“煤改电”工程、大修技改、配电网

建设改造专项工程、业扩报装等相结合。其中，网架结构

完善应立足于提升配电网可靠性、提升设备健康水平和装

备水平；配电自动化建设应覆盖所有配电网建设改造工程，

并与已有的具备自动化功能的终端相结合。

针对下一步工作，会议要求，要强化配电网建设改造

工程及项目梳理工作的组织协调，落实各级责任；要明确项

目梳理完成的时间点，在梳理过程中及时发现、解决存在

的相关问题；要按时、保质保量完成配电网建设改造专项工

程任务；要在项目完成后，确保相应通信及配电自动化功能

完全投入运行；要做好项目决算、结算及收尾工作；要切实

做好物资管理工作，妥善处理废旧物资；北京市电力公司层

面要统一协调，确保配电网建设改造工程及项目梳理工作

有序推进。

来源：国网北京市电力公司

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2016年第04期 总第347期

整个系统的建模、仿真、设计在软件 HOMER 中实现。

HOMER 对一年 8760 h 均进行了仿真，在满足功率平衡的条

件下，找出系统的最优组合。

1优化模型

在已知一年的负荷、风速、日照强度的情况下，风机、

光伏电池、燃料电池的选择，以及电解池、氢气储气罐的容

量，都涉及到组合优化问题。于是得先选定一个合理的优化

目标。

本文选择的优化目标为：在满足系统功率平衡的条件

下，尽量使投资达到最小。

优化目标：在经济性分析中，固定资产成本、年费用成

本的定义如下。

固定资产成本（Capital Cost）为系统中所有组成部分的成

本总和。

年费用成本（Annualized Cost）为系统中所有组成部分的

投资折算成的等额年费用的总和，这部分投资包括固定资产

成本和运行维护成本，如需要燃油，还包括燃料成本。

2仿真分析

HOMER 是“Hybid Optimization Model for Electric

Renewables”的英文缩写，由国际可再生能源实验室开发。

HOMER 中包含风机、太阳能电池、燃气轮机、燃料电池等

可再生能源电源及一些常规电源，在孤网运行状态和并网运

行状态均可进行仿真。

本文以某海岛地区为例，数据来源于 [8]，主要针对风能

/ 太阳能 / 燃料电池混合能源发电系统进行优化仿真分析。

光伏电池和燃料电池产生的直流电，通过换流器变成交流

电，送到交流母线上。风机生成的交流电直接送到交流母线

上。负荷未能使用的多余电能通过电解池，将水电解为氢气，

氢气通过储氢罐储存。当出现高峰负荷时，燃料电池将储存

的氢气转化为电能，达到能源的循环利用。在 HOMER 中的

系统模型如图 2 所示。

2.1 风速及光照强度特性

根据该地区往年的记录，得到每月的风速和光照强度

曲线图，如图 3 和图 4 所示。

风能/太阳能/燃料电池混合系统

（国网四川省电力公司眉山供电公司，四川眉山620010）

刘学平

新能源及可再生能源发电——分布式发电 / 分布式电源

(Distributed Generation) 已成为当前研究热点 [1–3]，新能源发电

的优点已显而易见。但风能和太阳能的随机性导致了它们不

能连续稳定地供电。因此，利用可再生能源的混合发电系统

（Hybrid Power System）得到了越来越多的关注。这种混合能

源发电系统与负荷一起组成一个微网（Micro Grid），进行发

电、储能和电能分配。因此，混合发电系统可解决大电网不

能到达的偏远地区的供电问题。同时，如果条件允许，也可

并网运行，与大电网进行能量交换。但这样会对混合能源发

电系统提出更高的要求，例如电压、频率、谐波等。在过去

几十年里，许多国家对混合能源发电系统进行了实验并已建

成了试点地区。

国外已有很多文献对混合能源发电系统进行了研究。

文献 [4] 指出，基于可再生能源的混合发电系统在大电网不

易触及的偏远地区具有很强的适用性和经济性。文献 [5–7] 介

绍了几种关于混合能源发电系统的设计和分析的方法。

建立一个混合能源发电的微网系统，规划设计是重要

组成部分。该设计不仅要根据当地的自然条件选择合适的发

电设备，更重要的是要基于负荷特性、成本、维护费用等进

行合理的优化。

本文的主要目标是设计一个含风能 / 太阳能 / 燃料电池

的混合能源发电系统。发电设备为风机、光伏电板、燃料电

池。风能和太阳能为该系统的主要能源。燃料电池可作为在

无风、无阳光、天气突变等供能不足情况下的备用电源。同

时，电解池必须考虑在内，它将多余的电能利用起来，产生

氢气供燃料电池使用。图 1 为该系统的简单示意图。

风机

负荷

太阳能电池

电解池

氢气储气罐

AC/DC 燃料电池

AC bus DC bus

图1 系统结构示意图

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.022

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2016年第04期 总第347期

2.2 系统元件

根据该地区的负荷特性，平均负荷 200 kW/ 天，峰荷为

14 kW，选择 HOMER 中型号为 Furhlande30 的风机。风机的

直径为 27 m，风塔高度为 26 m，成本价为 4400 元 /kW。图

5 为风机随风速大小的功率输出曲线。

表 1 为文献 [9] 介绍的常见的几种风机的价格参数，其

中包括已选择的风机型号。

根据市场价格和文献中提到的价格如表 2 所示，光伏

电源的价格选定为 7000 元 /kWh，运行和维护的价格为 0。

燃料电池的成本选定为 3000 元 /kWh，运行和维护的价

格取 0.1 元 /h。文献中关于燃料电池的价格如表 3 所示。

电解池的成本价取 2000 元 /kW，氢气储气罐的成本价

取 1500 元 /kg。2.3 仿真结果

在停电率为 2% 的情况下，HOMER 中的优化结果为：

5 kW 的光伏电源，6 台 Fuhrlander 30 风机，10 kW 的燃料电

池，10 kW 的换流器，10 kW 的电解池，30 kg 的氢气储气

罐。总成本为 166400 元，运行和维护费用为 19573 元 / 年，

总NPC为416611元 /年。各部分详细的成本费用如表4所示。

在整个系统中，每年光伏电池产生的电能为 8987 kWh，

占系统总共电能的 2% ；风机和燃料电池产生的电能分别为

458678 kWh 和 11682 kWh，占总电能的 96% 和 2%。图 6 为

系统每月电能的供应情况。从图中可以看出，该系统绝大部

分电能由风机提供，因为相对于光伏电池和燃料电池，风机

图2 HOMER中的系统模型

图3 该地区每月的平均风速

图4 该地区每月的平均光照强度

wind speed/m·s-1

Power Output/kw

图5 Furhlande30风机的功率曲线

表1风机价格

风机型号 容量/kW 高度/m 价格/元·(kW-1)

BergeyExcel-S 10 30 5000

Furhlande30 30 27 4400

Furhlande100 100 35 3100

Furhlande250 250 50 2500

EntegrityEW15 50 25 4000

表2文献[10–13]中光伏电池价格

容量 成本价/元 容量 成本价/元

1kW 6750 1kW 10200

1kW 8000-12000 1kW 10000

1kW 4200-6000 75W 355

1kW 7500 1W 53

表3文献[10-14]中燃料电池价格

容量 成本价格/元 运行和维护成本

1kW 4000 1%成本价

1kW 3000-6000

1kW 3000 0.02元/h

1kW 1840

1kW 4000

表4系统各部分成本

名称 总价/元 名称 总价/元

光伏电池 35000 Fuhrlander30 26400

燃料电池 30000 换流器 10000

电解池 20000 氢气储气罐 45000

新能源 New Energy

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FICAT

ION

2016年第04期 总第347期

的单位成本价格要低很多。

表 5 和表 6 是光伏电池、风机和燃料电池的详细运行

情况。

2.4 停电率对系统的影响

文献 [15] 指出，如果放宽限制，不要求系统对一年中每

一时刻完全不间断供电，对某些时段的峰荷，可以停电处理，

这样能提高系统的经济运行性。

仿真中将最大停电率从 0% 到 4% 进行改变，系统的最

终优化结果也随着改变了，详细结果如表 7 所示。从图 7 可

以看出，停电率的稍微增大，NPC 减小得非常明显。

3结果分析

在 HOMER 中的仿真结果可以看出，得到的规划方案

是可行的。风机产生的电能为总能量的 96%，光伏电池和燃

料电池各占 2%。由于光伏电池的成本较风机高很多，所占

比例不大，燃料电池通常在峰荷时使用。在停电率对系统的

影响仿真实验中可以看出，只要对系统要求不太高，允许停

电率稍微增大，系统成本显著降低，经济型提高。该系统采

用的能源为风能和太阳能，做到了清洁、零排放。

参考文献

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（责任编辑：张峰亮）

图6 系统每月电能供应情况

表6燃料电池运行情况

运行时间 3400h/年 平均输出 3.44kW

启动次数 694次/年 最小输出 0.012kW

使用寿命 11.8年 最大输出 10kW

容量因数 13.3% 氢气消耗量 701kg/年

总输出 11682kWh/年 效率 50%

表5光伏电池和风机运行情况

光伏电池 风机

额定容量 5kW 总额定容量 180kW

平均输出 1.03kW 平均输出 52kW

平均输出/天 24.6kW

容量因数 20.5% 容量因数 29.1%

总输出 8987kWh/年 总输出 458678kWh/年

最大输出 5.68kW 最大输出 198kW

运行时间 4371h/年 运行时间 4371h/年

表7停电率改变后的优化结果

停电率 0% 1% 2% 3% 4%

光伏电池/kW 6 _ 5 4 _

风机/台 6 6 6 4 6

燃料电池/kW 15 15 10 10 10

换流器/kW 15 15 10 15 10

电解池/kW 15 15 10 15 10

储气罐/kg 30 30 30 30 20

CapitalCost/元 203400 161400 166400 165600 116400

NPC/元 496270 451366 416611 386396 361116

图7 最大停电率与NPC关系曲线

Equipment 电气设备

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RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

高过载配电变压器的设计与试验方法

（1.配电变压器节能技术北京市重点实验室（中国电力科学研究院），北京海淀100192；2.北京科锐配电自动化股份有限公司，北京海淀101400；

3.国网福建省电力有限公司电力科学研究院，福建福州350007）

寇凌峰1，王金丽1，冮春惠2，刘至锋3

变压器是电力系统最重要的设备之一，特别是配电变压

器（配变）分布范围广、数量大，其安全可靠运行对保障电

力系统的安全可靠和经济运行极为重要 [1-2]。据统计，我国

农村电网配变全年绝大部分时间处于轻负荷运行状态，但春

节及农忙时期部分地区配变短时严重过载运行，甚至出现配

变因过载烧毁情况（山东、江苏、浙江、湖北、河南等典型

县供电公司统计数据，短时负载率达到 120% 以上的配变达

到总量的 1.22%），给供电企业春节保电供电带来严峻考验。

应对配变过负荷方法主要从两方面来考虑：一是在不增大容

量的情况下，提升配变过载能力；二是配变优化选型，选择

大容量节能型设备。其中配变优化选型问题已有深入研究，

取得了较大的进步和成果，多种新型节能配变相继投入使

用，如非晶合金配电变压器 [3]，调容配电变压器 [4]、自适应

负荷配电变压器 [5]、高过载能力配电变压器（高过载配变），

按照管理方式有子母配电变压器。

高过载配变为解决此类问题提供了新的思路，其主要

特点是短时过载能力强、设计简单。目前，高过载配变已经

进行了挂网试验和扩大应用验证，运行效果良好。由于其主

要采用了增大散热面积和选用高耐热等级绝缘材料的方式，

其成本较常规同容量配变有一定幅度的增加，且由于容量限

制，过载运行过程中瞬时功率损耗较大，长时间过载运行降

低了高过载配变的经济性。因此有必要对高过载配变整体性

能特点进行研究，为提高高过载配变运行的经济性，科学合

理地选用设备提供了依据。

本文全面探讨了配变过载运行的原理和绝缘材料的耐

热等级，研究高过载配变的设计方案及技术要点，提出技术

性能指标及试验方法，并研制了样机。

1配变过载运行及绝缘材料选用

配变过载运行造成器身局部过热，导致设备老化或故障

事故发生，提升配变过载能力重点从散热和耐热两个方面展

开，结构设计主要是提升配电变压器的散热能力，即优化结

构设计；绝缘材料选用是提高配变的耐热能力，即各部分的

绝缘优化设计。

1.1 配变过载运行原理

双绕组配变是由套在一个闭合铁芯上的两个绕组组成 ,

主要包括铁芯、绕组、油箱、储油柜、吸湿器、散热器、防

爆管或压力释放阀、绝缘套管等。过载运行使配变导体发热

急剧上升，可能造成两方面的后果。一方面可能使绝缘油加

速裂解，产生气泡，降低变压器绝缘强度，发生电击穿而

损坏变压器；另一方面，过度发热将降低绕组的机械强度，

尤其是发生外部短路时，由短路电流产生的巨大的电动力有

可能在很短的时间内使线圈发生轴向、幅向变形而损坏变压

器；另外，还可能伴随密封材料加速老化引起的油渗漏、分

接开关接触电阻增大而导致节点发热的现象。

因此，变压器的过载能力提升主要从提高配变的绝缘

耐热材料选型入手，提高配变的耐热能力；同时对配变的绕

组油道和散热装置进行优化设计，也可以有效提高配变的散

热能力。

1.2 绝缘材料选用

绝缘材料的绝缘性能与温度有密切的关系。温度越高，

绝缘材料的绝缘性能越差。为保证绝缘强度，每种绝缘材料

都有一个适当的最高允许工作温度，在此温度以下，可以长

期安全地使用，超过这个温度就会迅速老化。按照耐热程度，

把绝缘材料分为 Y、A、E、B、F、H、C 等级别 [6]，如表 1 所示。

油浸式变压器对绝缘结构及所用绝缘材料的电气特性、机

械强度、耐热性和化学稳定性要求较高 , 通常采用油纸绝缘

结构，由绝缘纸（纸板）和变压器油组成的油纸绝缘有非常

好的电气性能，在短时间的电压作用下，其耐压强度可达

50～ 120 kV/mm，而且具有来源丰富，制造工艺简单等特点。

常规配变的绝缘材料耐热等级主要以 A 级为主 [9]，

绝缘材料耐热温度限制为 105 ℃，绝缘油为矿物油，满足

GB2536 标准规定的 10 号，25 号和 45 号矿物变压器油，该

标准仅规定其闪点不低于 135 ℃。综合考虑变压器油的两个

作用：一是在变压器绕组与绕组、绕组与铁芯及油箱之间起

绝缘作用；二是受热后产生对流，对铁芯和绕组起散热作用。

目前，国内外应用较多的变压器绝缘油如表 2 所示。

配变的绝缘设计主要是通过优化选择部分绝缘材料提

表1绝缘材料按耐热等级分类

绝缘材料耐热等级 Y A E B F H C

温度限值/℃ 90 105 120 130 155 180 >180

绕组温升限值/K — 60 75 80 100 125 —

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.023

电气设备 Equipment

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2016年第04期 总第347期

高绝缘耐热能力，为保证在过载运行情况下，配变的整体性

能和寿命不受影响，变压器中所有除绝缘油以外的其他绝缘

材料性能特别是高耐热性能必须与绝缘油匹配，这些绝缘材

料包括绝缘纸、绝缘板及垫板等。

2高过载配变方案及成本模型

高过载配变的设计除了常规绕组应计算的结构件、应

力和温升，还包括绕组设计和绝缘材料选用。须制订产品技

术性能指标，同时以制造成本最小为目标进行设计，优化配

变设计方案，设计思路如图 1 所示。

2.1 设计方案

方案一：在不降低铁芯磁通密度及绕组电流密度的前提

下，采用 F 级均匀高温绝缘系统提高配变的过载能力，选

用高闪点和燃点的绝缘油和绝缘纸，提高变压器油的耐热能

力。对于配变的内部油道和外部散热进行优化设计，增加变

压器散热能力。通过增设绝缘筒、低压线圈铜箔绕制、高低

压绕组真空浸漆处理等方法，提升配变的抗突发短路能力。

方案二：在不降低铁芯磁通密度及绕组电流密度的前提

下，采用半混合绝缘结构提高配变的耐热能力，整体绝缘水

平为 B 级，部分热接触面选用 F 级绝缘材料；绝缘材料选用

130级油浸绝缘材料。通过增设绝缘筒、低压线圈铜箔绕制、

高低压绕组真空浸漆处理等方法，提升配变的抗突发短路能

力。

2.2 主要绝缘材料选用

选用新型混合绝缘油，方案一采用常规矿物油和高燃

点植物油按照一定比例混合 [10]，在外观、酸值、运动黏度、

闪点、凝点、水溶性酸和击穿电压等电气性能均满足要求的

情况下提高绝缘油的闪点和燃点。同时也可在一定程度上避

免常规绝缘油劣化引起绝缘油吸湿性增强，含水量变大，绝

缘性能降低，冷却、散热以及灭弧能力大大降低，提高变压

器的抗老化能力。

选用高耐热等级的绝缘纸，绝缘性能和机械强度远远

优于普通电缆纸，其介电系数和介质损耗随温度的变化很

小，即使在多次短路重合的状态下，都不会因温度升高引起

机械破坏和电气故障，也不损失绝缘材料的寿命。

3技术性能指标

高过载配变的基本性能参数与同类型同容量常规配变

完全相同，过载能力优于常规配变。过载能力主要依据农网

负荷特点，即在正常温升试验要求的基础上，满足 1.5 倍额

定容量 6 h（负荷上升和下降阶段各 3 h）、1.75 倍额定容量

3 h（负荷上升和下降阶段各 1.5 h）、2.0 倍额定容量 1 h 阶段

性连续运行，且不影响变压器正常使用寿命。除了与常规配

变基本相同的试验项目外，高过载配变还须进行过载能力试

验。经过前期调研，在确保全寿命周期不缩减的前提下，在

施加高过载配变过载曲线（如图 2 所示）的情况下，保证各

部分温升在正常范围内。

4设备研制及试验

4.1 成本分析

按照本文高过载配变设计方案，对比同容量常规配变

的材料成本占比，同时分析了两种不同设计方案的成本变

化，如表 3 所示。

从表３中可以看出，方案一的材料成本较常规配变高

出 26%，方案二高出近 20%，方案一采用混合绝缘油对

整体成本影响较大，整体成本高于方案二。考虑到高过载

配变的工艺成本等因素，高过载配变的总体成本仍会增加

20%。

4.2 热点温度计算

负载率变化曲线任一时刻油顶层温升计算公式如（１）

表2几种主要绝缘油性能指标对比表

性能指标 矿物油 硅油 合成脂 植物绝缘油

击穿电压/kV 30～85 35～60 45～70 60～80

闪点/℃ 100～170 300～310 250～300 315～328燃点/℃ 110～185 340～350 300～350 350～360凝点/℃ -30～-60 -50～-60 -40～-50 -15～-2540℃运动黏度/mm2s-1 3～16 35～40 25～30 16～37100℃运动黏度/mm2s-1 2～2.5 15～17 10～15 4～8

铁芯

图1 提升配变过载能力设计方法

t/时间

图2 高过载配变过载曲线

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所示，绕组热点温升计算如（２）所示，绕组平均热点温升

如（３）所示。

Δθo(t) = Δθoi+{Δθor×[(1+R×K2)/(1+R)]x -Δθoi} ×(1-e-t/180) (1) Δθh(t) =Δθo(t)+H×gr×K1.6 (2)

Δθr(t)=Δθh(t) – 10 (3)式中：Δθo(t) 为t时刻顶层油温；Δθoi为开始时顶层油温；

K为负载系数；R为损耗比（额定电流下负载损耗与空载损

耗的比值）；H为热点系数；gr为额定电流下绕组平均温度

对油平均温度的梯度。

4.3 试验检测

为了验证高过载配变设计方案的可行性，对样机进行

了试验检测，并在变压器内装设多个传感器记录配电变压器

温升变化情况，在温升和过载能力试验中施加电流如图 2 曲

线进行测试，监测温升值具体如表 4 所示。为监测配变过载

运行后的空载系数变化情况，在每一过载阶段后进行空载试

验，检测配变的空载损耗是否有明显变化。

试验检测结果表明，过载运行后配变的温升数据较常

规标准略有所增加，高压绕组和低压绕组温升都超过了限

值。考虑到原有温升限值针对的是常规A级绝缘的变压器，

而高过载配变的绝缘等级有所提升，整体达到 B 级以上，

满足温升要求，且存在一定裕度，相应绝缘等级的温升限值

如表5所示。此外，配变过载运行后空载损耗基本没有变化，

符合标准要求。

相较于常规配变的 A 级绝缘温升限值，如表 6 所示，

高过载配变的温升限值有较大幅度的提高，证明高过载配变

还存在优化的空间。但同样增加了设备研制的压力，变压器

绝缘油温升高将导致变压器邮箱受热膨胀压力增大，同时对

变压器绝缘油也有了更高的要求。

5结束语

本文剖析了提升配变过载能力的技术原理，提出了两

种高过载配变的设计方案，分析了高过载配变的成本变化，

并对样机进行了试验检测，验证了高过载配变研制方案及其

技术的可行性。高过载配变第一批产品投入运行已经达到一

年，运行效果良好。高过载配变的研制须进一步研究的方面：

高过载配变较常规配变投资有所增加，若将试验方案略有所

降低，能否有效降低投资，为常规配变过载能力提升提供实

践依据；目前，配变混合绝缘油技术还处于试验验证阶段，

尚未形成成熟产品，成本及维护费用须深入研究；高过载配

变的寿命特征还没有得到实践验证，亟待进一步深化研究。

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（责任编辑：刘艳玲）

表3高过载配变成本对比

主要材料 常规配变成本 方案一/% 方案二/%

SH15-M-100/10 SH15-M(F)-100/10GZ

铁芯 34.73 ↑2.88 ↑3.8

高压导线 13.74 ↑12.8 ↑14.9

低压导线 10.90 ↓2.63 ↑15.1

绝缘材料 1.08 ↑26.67 ↑600

变压器油 16.65 ↑48.57 ↑15

夹件 2.25 ↑26.67 ↑20

油箱 11.53 ↑17.50 ↑25

辅助材料 2.40 ↑35.00 ↑23.85

组件 6.73 ↑30.00 ↑22.85

材料成本 100 ↑26.33 ↑19.44

表4温升计算值/℃

负载及运行

时间油顶层 高压热点 高压平均 低压热点 低压平均

额定条件下 38.2 50.86 40.86 50.41 40.41

3h1.5IN 59.39 83.6 73.6 82.75 72.75

1.5h1.75IN 71.95 102.93 92.93 101.84 91.84

1h2.0IN 83.48 121.84 111.84 120.49 110.49

表5温升试验值/℃

试验条件 油顶层 油平均 高压绕组 低压绕组

额定条件下 38.2 38.5 40.4 39.2

3h1.5IN 64.9 59.85 72.3 69.3

1.5h1.75IN 78.3 72.5 91.3 86

1h2.0IN 92.2 84.12 112 105.4

表6温升限值/℃

名称 A级绝缘 B级绝缘 F级绝缘

顶层油 55 80 100

绕组（平均） 65 85 100

绕组（热点） 65 95 110

铁心、油箱及结构表面 55 80 100

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2016年第04期 总第347期

柔性电流互感器在配电变压器台区用

户识别中的应用研究

（广西电网公司南宁供电局，广西南宁530028）

汪德敖，兰国良，林… … 权，侯振华，王益成，余… … 莉

按照南方电网公司的统一部署 , 大力推进电网分

压、分区、分线和分台区的线损“ 四分”管理 , 降低线损。

精细化的管理其最基础的工作就是理清台区用户供电资

料 , 并异动常态化。台区用户供电资料主要包括供电变

压器、供电分支线、相序和用户。由于多年来市政改造

频繁 , 更换和新增了许多智能变电站、箱式变电站 , 架空

线路改低压电缆也随之增多，低压成套装置设计智能，

结构紧凑。因此，在理清台区用户的供电分支线时，现

有固体式结构的电流互感器因结构固定、不便拆卸等原

因不能满足全部实际现场的应用，而根据不同现场配备

不同型号的电流互感器费用高，现场工作烦琐，且无法

满足在不停电状态下对供电分支线进行在线检测，极大

地影响了供电可靠性和第三方客户满意度。结合现场情

况 , 本文提出根据洛可夫斯基原理绕制的柔性电流互感

器携带方便，同一型号完全满足不停电状态下在不同现

场的应用。

1测试原理

图 1 为配电变压器台区开关支路用户识别的原理，

主机装置一般安装在配电变压器低压侧，柔性电流互感

器用于电流脉冲采样，其中：A、B、C 三相电流互感器

把配电变压器低压侧供电分支线路三个开关的 a、b、c

相母线套在一起，输出端与测量主机各相电流端对应连

接，电压测试线用于测量主机供电和相位分析判定及载

波通信信号传送。电压测试线一端与对应相别的母线连

接，另一端与测试主机电压插座连接。分机通过测试线

连接低压用户供电线（电表处或户内插座）。

工作时先由分机发出脉冲电流信号，主机端零序电

流采样检测到此脉冲电流信号，通过谐波分析判定分机

用户所属哪个测试主机及主机的所属相别（脉冲电流法—

发出的脉冲电流信号通过波形过零检测，同时检测电流

互感器传回的脉冲信号）；并在对应相别发出电力线载波

信号，分机可以收到此判定信号并显示结果。如果分机

没有收到信号则须检查主机是否收到脉冲电流信号，主

机收到脉冲电流信号表明用户属于此分支供电（这里收

到的主机号码区分所测分支开关的范围，相别判断所属

分支开关供电）；反之表明用户不属于该配电变压器台区

分支开关供电。因脉冲电流信号具有方向性强、抗干扰、

传输距离远的特点，所以该方法准确可靠，不会误判，

也不存在无法识别的用户。

2柔性电流互感器的原理及工艺

2.1 柔性电流互感器结构原理

柔性电流互感器是一种空心环形的线圈如图 2 所

示，可以直接套在被测量的导体上。导体中流过的交流

电流会在导体周围产生一个交替变化的磁场，从而在线

圈中感应出一个与电流变比成比例的交流电压信号。

线圈的输出电压可以用公式 Vout = Mdi/dt 来表示。其

中 M 为线圈的互感，di/dt 则是电流的变比。通过采用一

个专用的积分器将线圈输出的电压信号进行积分可以得

到另一个交流电压信号，这个电压信号可以准确地再现

被测量电流信号的波形。

图1 配电变压器台区开关支路用户识别原理图

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.024

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RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

线圈和积分器：线圈及配套积分器是一种通用的电

流测量系统，应用的场合很广泛，它对待测电流频率、

电流大小、导体尺寸都无特殊要求。系统的输出信号与

电流频率无直接关系，相位差小于 0.1°，可测量波形复

杂的电流信号，如瞬态冲击电流。

2.2 柔性电流互感器制造工艺

柔性电流互感器线圈装置用线径为 1.2 mm 的漆包铜

线均匀密绕在直径为 3 cm、长度 100 cm 的非导磁材料

骨架上而形成的螺线管如图 3 所示，再将缠绕上漆包铜

线的螺线管加装屏蔽层后，封装 1 ～ 2 cm 的硅胶软层，

整个线圈的外径为 4.2 ～ 5.2 cm、漆包铜线线圈匝数约

为 8000 匝。

2.3 工艺流程及各工序的要求

加工工艺流程及工艺要求如表 1 所示。

2.4 柔性电流互感器的特点

开口型安装，可以适应各种现场环境，接线方式可

以多种；

柔性轻便，钳子的形状根据现场情况调整、具有安

装方便抗干扰能力强；

无磁饱和，能够测量几万安的特大电流；

频带宽 、无磁带效应，具有极佳的瞬态跟踪能力，

可以检测高频电流；

线性度好，无相移，无二次开路危险；

不停电安装，完全实现在线检测功能。

3 柔性电流互感器的特点及在台区开关识别中

的应用

随着经济社会的发展，供电企业的精益化管理持续

深入，配电线路及设备必须由故障抢修、停电检测等被

动模式向在线监测和不停电检测的主动模式转变。理清

台区用户供电资料 , 并异动常态化，是实施精细化管理

工作的基础。台区用户供电资料主要包括供电变压器、

分支线和相序。由于现场大部分供电变压器、分支线结

构紧凑，在实施台区开关线路识别时，原使用钳形电流

互感器采样，大部分台区开关识别无法进行普查，现结

合现场实际情况及柔性电流互感器的特点，研制柔性电

流互感器以方便不同现场的台区开关识别。

由于该分支箱低压出线开关结构紧凑，各低压母排

及相线间距离狭窄，传统测量钳表的夹口过大，无法满

足测量需求，或因夹口未闭合完整而导致测量结果产生

较大偏差，且存在较大安全隐患。

现阶段，电力分支箱及低压出线柜均按照集约化，

紧凑化生产制造，三相出线线路密集，给台区运行维护

及检测工作带来极大不便。在对低压开关前段母排进行

测量时，因测量空间不够，部分线夹的钳口无法有效闭

合，导致测量结果偏差。

通过对柔性电流互感器的应用，研制出配套使用的

柔性电流检测仪，该检测仪的取样钳均以柔性电流互感

器制成，可适应极狭小空间，精确度高。

柔性钳还可以测量较为宽大的低压母排，有效解决

了传统检测仪器因钳口大小受限、占宽较大，使用时有

较大安全隐患等老大难问题。

4结束语

通过根据洛可夫斯基原理绕制柔性电流互感器完全

满足配电变压器不同现场的台区开关支路用户识别应

用，为开展工作提高了 3 倍的工作效率，解决了因现场

环境、安装尺寸而不能带电普查台区开关的问题，为开

展台区用户识别工作提供了新的技术保障，并经实践证

明取得了良好的效果，值得很好地推广应用。

（责任编辑：刘艳玲）

表1加工工序及工艺要求

序号 加工工序 工艺要求

1 线圈的绕制保持绕制时漆包线张紧力度一致，线

圈匝间距应均匀一致

2 线圈护套层的加工绕制线圈后在外部加工0.5mm的PVC

护套层

3 屏蔽层的加工

线 圈 护 套 层 外 螺 旋 绕 制 厚 度 为

0.05mm铝箔并在其外层螺旋绕制直

径0.15mm镀锡线

4 外护套层的加工屏蔽层外部加工PVC护套层，使成品

外径达到要求指标

5 钳头的加工按要求长度进行截取、焊接引出屏蔽

线与线圈封装

6 电流精度的调整根据要求指标与标准源、表校准，达

到预期指标。

图2 柔性电流钳结构

图3 柔性电流互感器制造尺寸

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2016年第04期 总第347期

新型35 kV手车开关底座的改进

（国网安徽繁昌县供电有限责任公司，安徽芜湖241200）

李… … 庆，吕晶晶，吴胜利，周… … 雷，刘伟友

近年来，随着小型真空断路器技术的开发和推广，

中置式开关柜作为金属封闭铠装移开式开关设备的开发

得到了快速发展。

芜湖地区在新建或改造变电站时，传统的封闭式开

关柜逐渐被中置式开关柜所替代，其运行安全可靠，维

护方便慢慢被大家所认可。相对体形较小的 10 kV 真空

断路器来说，35 kVZN85B–40.5 型真空断路器体形较大，

质量较重，一旦开关本身出现故障须检修，就不可避免

地须将开关本体拉出开关柜。而拉出时与它配套的开关

底座也较重，重达 48.4 kg，没有任何辅助搬运的工具，

并且面积较大，长 0.8 m、宽 1 m，搬运时至少需两个人

徒手搬运。搬运过程中容易出现滑落，对操作人员的安

全也造成一定影响。

随着公司逐年大修技改项目的执行推进，生产单位

对手车的使用情况逐渐普遍，操作的烦琐性势必会对客

户的供电产生一定的影响，也和企业的经济效益直接关

联。根据客户供电可靠性管理的要求，我们变电运行工

区针对缩短 35 kV 手车开关转检修及送电操作时间这一

课题开展活动，以达到提高运行人员工作效率，减少停

电损失的目的。

1现状介绍

变电站室内 35 kV 手车开关（ZN85B–40.5 型）由检

修转冷备用倒闸操作流程如图 1 所示。

从流程图中可以看出，从接受调度指令到回报调度，

整个开关由检修转冷备用共分为10个主要的工作过程 [1]。

而针对流程中占用时间较久的手车底座抬放到位及

移开手车底座两个关键环节，应用头脑风暴法进行分析，

找出以下几个影响因素：人员组合不合理；手车底座设计

不合理；人员培训不到位；手车底座变形；开关柜导轨变

形。

同时，在设备现场对 5 个影响因素进行了逐条确认，

最后验证得出，手车底座设计不合理为主要原因。

2改进方案

2.1 减轻底座重量

原手车底座使用钢板较厚，并且其支撑构架均为实

心结构，改进后的手车底座采用镀锌薄钢板，并将支撑

构架改为三角结构。

实施效果检查：手车底座改进好后，小组成员对两

个底座进行了测量，原手车底座重量达 48.4 kg，而改进

后的手车底座经过反复试验，采用 3.5 mm 镀锌薄钢板，

重量仅为 30.8 kg，只占原手车底座重量的 63.6%，重量

减少了 1/3。

2.2 改变搬运方式

针对原底座在两人徒手搬运途中易滑落的情况，我

们在底部加装 4 个万向轮，将人工搬运的方式改为滑动

摩擦方式，并对底座进行改进，在其两侧加装了搬运扶

手，如图 2 所示。

经多次试验，手车底座底部万向轮在操作过程中，

能够承受 350 kg 的手车开关，无明显受力变形状况。手

车底座在搬运的过程中，由之前的两人操作，到如今可

以实现一人操作，符合“三集五大”对变电运行人员的

配置要求，如图 3 所示。

2.3 添加柜体与底座对齐标识

原手车底座和柜体之间对齐标识不够明显，只能靠

打开开关前柜

门

回报调度

小车底座抬放

到位 推进小车本体

开关

移开小车底座

关上前柜门

上传五防闭锁

钥匙

回传五防闭锁

钥匙

模拟预演

接受调令

图1 室内35 kV手车开关由检修转冷备用倒闸操作流程

图2 改进后的手车开关底座

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.025

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RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

实际操作经验来估计底座放置位置，导致操作人员须来

回调整手车方向才能顺利推入柜体，浪费大量的时间和

体力。

经公司安全管理部门许可，在不影响开关柜原先性

能的前提下，在底座前端与柜体相接的地方焊接两个突

起，并在柜体下沿的地方打两个定位孔，以此作为柜体

与底座对齐标识。

由于手车开关本体较重，底座 4 个万向轮比较灵活，

仅仅依靠前面两个突起固定不牢固，推入手车开关时容

易滑动，因此又在底座左右两边各加了两个销子，方便

固定底座，如图 4 所示。

3现场应用情况

工作人员在 110 kV 枣园变电站 35 kV 备用间隔 362

开关处对两个手车底座进行了多次测试，手车开关由冷

备用转为检修状态，用原手车开关底座的平均操作时

间为 18.5 min，而改进后的手车开关底座操作时间约为

9.5 min，且操作方便，没有滑落伤人的危险。

4结束语

手车底座经改良后，减少了劳动力的需求，单人即

可实现将 35 kV 手车开关推入开关柜内，这也满足了变

电运行人员一名正值一名副值的配置要求。新型手车底

座的出现在节约了操作人员的体力消耗的同时，也给人

员的安全带来了保障。

长时间停电会给企业的可靠供电和优质服务工作带

来压力。尤其在突发事件的时候，减少操作时间，进而

缩短停电时间，在提高公司供电可靠率的同时，也有助

于树立良好的社会形象。

图3 手车开关底座改进前后的操作对比

插销孔

图4 改进后的手车开关底座侧面

参考文献

[1]  国网电力安全工作规程（变电部分）[S]．北京：国家电网

公司，2013.

[2]  龚先鹤, 曹辉, 易永利, 钱碧甫. 10 kV手车式断路器底盘

车检修专用工具的研制[J]. 电工电气， 2015(9).

[3]  党彬彬, 公维强, 李健. 轨道式手车断路器延长轨道研制[J]. 

电工之友，2014,7(22).

（责任编辑：刘艳玲）

资讯

国网信通公司组织开展信息通信系统常态化无脚本应急演练

2 月 26 日，国家电网公司信息通信分公司组织开展网

络与信息系统常态化无脚本应急演练。陕西省电力公司、

湖北省电力公司作为参演单位，分别顺利完成网络出口故

障演练和云终端系统故障演练。

本次演练历时 2 h，陕西省电力公司、湖北省电力公司

顺利完成演练科目，整个演练过程流畅、有序。陕西省电

力公司在首先确认完网络链路自动切换、业务未受影响的

情况下，快速排查出网络设备端口硬件故障并进行更换，

湖北省电力公司客服人员通过全面细致的故障现象咨询和

告警分析定位出客服端故障，并更换网线解决问题。

为检验公司系统各单位面对网络与信息系统突发事件

的反应速度，提高信息通信运维人员的应急处置能力，在

国网信通部统一部署下，国网信息通信分公司于 1 月启动

年度信息通信系统常态化无脚本应急演练工作，本着“重

练、轻演”的原则设计每期演练科目。

国网信息通信分公司结合信息通信调度视频周例会平

台，每双周组织公司系统各单位开展一次无脚本演练，每

次演练设置 2 个科目，现场随机确定两家单位各参演一个

科目，突出演练的成效和对日常工作的促进作用。目前已

成功开展了 3 期演练，分别完成了 UPS 电源系统故障、统

一权限系统故障、电力通信网覆冰故障、网络故障和云终

端系统故障等演练。演练采用桌面推演形式，在不真实触

发实际运行系统异常的情况下，通过桌面讨论推演的方式，

参演人员对故障预设现象描述进行分析、判断和模拟触发

处置流程的无脚本应急演练形式。演练设导演组、执行组

和支撑组。每次演练结束后，导演组专家还会从人员到位

情况、协调组织情况、实战效果情况等方面对演练成效进

行评估打分。

来源：国网信息通信分公司

经验点滴 Experiences

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电力系统变电运行安全管理与设备维护

（国网山东省电力公司淄博供电公司，山东淄博255000）

胡新刚，巩方伟，耿… … 斌，吕… … 红，于… … 磊，李… … 强

在电力工程建设过程中，电网运行的安全性和可靠性

是确保电力企业经济增长的关键，同时，设备维护力度也

是电力系统高效运行的基础。由此可知，电力系统变电运

行安全管理与设备维护是保证电网安全输送电能的关键因

素。因此，为了确保电力变电站电能分配与输送具有科学

性和合理性，必须加大对电力系统变电运行安全管理与设

备维护力度，通过对变电站设备运行维护情况加以监控，

进而有利于降低电力系统运行事故的发生。

1 电力系统变电运行安全管理与设备维护存在

的问题

1.1 检修模式不完善

检修过于频繁。对于刚投入使用的电力设备和运行状

态良好的设备，如果经常检修，不仅不能够提高设备运行的

稳定性，反而导致设备存在安全隐患。盲目地制订检修计划。

检修人员按照不完善的检修计划展开工作，将影响电力系统

的安全运行，对电力系统变电运行安全管理产生一定影响。

1.2 设备存在安全隐患

对电力系统变电运行安全管理与设备维护造成影响与

设备存在安全隐患有一定关系。因此，由于设备存在安全

隐患将导致变电运行安全事故出现比例增大。此外，一些

电力企业为了提高经济利润，投入使用的设备性能偏低，

未能达到变电设备的指标，进而造成电力设备安全隐患加

剧。总之，电力企业为了确保变电运行更加安全可靠，必

须对老旧的设备加以改造，并加大新设备的使用力度，从

而降低设备安全隐患。

1.3 安全管理制度不完善

电力企业在对电力系统变电运行安全管理与设备维护

过程中，由于安全管理制度不完善，导致管理和维护工作

存在漏洞。在不健全的制度下，作业人员操作行为容易出

现不规范现象，在此环境下，作业过程中会出现意外安全

事故，对电力设备、人身安全构成威胁。

2 加强电力系统变电运行安全管理与设备维护

的有效措施

2.1 完善电力系统变电运行安全管理

某电力企业为了确保变电运行更加安全可靠，通过完

善电力系统变电运行安全管理，进而为电力系统安全输送

电能提供有力保障。首先，建立科学的变电运行安全管理

目标。电力企业必须结合变电站连接电网整体运营情况和

变电设备制订健全的安全管理计划，然后结合计划确定变

电站运行安全管理目标。同时，电力企业还须定期对变电

站安全管理目标加以完善，针对具体实施情况进行分析，

然后对目标予以改进，从而确保所制订的电力系统变电运

行安全管理目标符合规范。其次，落实安全生产责任制。

为了确保电力系统变电运行更加安全可靠，须认真落实安

全生产责任制。将责任落实到每位工作人员身上，安全责

任人要加强对变电站安全生产的指导与监督。进而为电力

系统安全生产提供依据。

2.2 实施信息化管理

在信息技术飞速发展的时代，电力企业在对电力系统

变电运行安全进行管理过程中，应当实施信息化管理。电力

系统变电运行时会产生比较多和庞大的数据，所以实施信息

化管理，能够确保数据处理更加快捷、安全。因此，电力企

业须具有一套准确采集、分析和处理数据的安全管理系统，

通过运用系统对变电运行情况加以高效管理。电力企业的局

部网络要与生产服务器和变电运行服务器相连接，而且区域

内所有变电站与变电运行服务器相互连接。在网络系统的作

用下，变电站可以对电力信息予以反馈，进而为电力系统变

电运行安全管理提供依据。因此，利用信息化进行管理，能

够对电力系统安全运行发挥一定作用。

2.3 加大对变电设备维护力度

为了加强变电运行的安全性，必须加大对变电设备的

维护力度，使变电设备的综合性能符合标准，进而为变电

运行安全性提供有力保障。首先，采用高质量、先进的维

护工具。所使用的维护工具各项指标必须符合规范，各个

监测装置和仪表上须配绝缘操作杆，进而确保操作人员的

安全。同时，如果设备上存在污渍，要用高流速水冲洗，

所以为了确保电力设备维护工作质量必须采用高质量的

工具。其次，建立变电设备维护机制。在完善的变电设备

维护机制的作用下，检修人员定期对设备进行维护和更

换，提高变电设备的使用寿命。此外，加大对变电设备维

护力度，能够降低安全隐患，从而保证电力设备安全运行。

（责任编辑：贺大亮）

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.026

Experiences 经验点滴

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2016年第04期 总第347期

变电站倒闸操作中存在的问题及改进

（国家林业局林产工业规划设计院，北京东城100010）

钱… … 森

倒闸切换是变电站改变电气设备运行状态时所进行的

一项必要操作，对变电的正常运行有重大影响，因此倒闸

操作的正确性对电力系统有着非常重要的意义。但是就当

前的变电站倒闸操作情况来看，在倒闸操作中还存在一些

问题，任其发展必将对电网的安全运行造成严重损害。因

此，提高和改善倒闸作业的操作规范性已迫在眉睫。

1110kV变电站倒闸操作中存在的问题

1.1 母线倒闸操作中存在的问题

母线的倒闸操作简单来说就是对母线通、断电的切

换，由于母线设备连接的设备较多，操作量大，因此在进

行切换时很容易出现电力故障。

1.2 重合闸的退出以及旁路带路的倒闸操作问题

根据多年的观察，不同的变电站其退出重合闸的操作

都不太一样。一些变电站退出重合闸操作时只退出了出口

压板，重合闸启动压板不动；而有的变电站则是同时退出

重合闸启动、出口压板；另外还有的变电站同时将重合闸

的把手、启动压板和出口压板退出，因此退出重合闸的操

作合理性还有待进一步商榷。另外，旁路开关在变电站接

线中的作用也不可小觑，正确的旁路操作能够保证电力系

统停电检修时不会失去负荷，而如果不依照正确的倒闸规

范操作，则会给用户的正常用电造成很大困扰。

1.3 二次回路的倒闸操作

二次回路倒闸是变电站变电运行时的常见操作之一，

具有高危性。二次回路的倒闸操作通常须对直流电源、继

电保护装置及其相关的自动装置部分进行操作，一旦发生

误操作，其后果不堪设想，极易引发自动装置及其保护装

置的误动作，进而造成接地、短路现象以及误投、停二次

设备甚至会对工作人员造成人身伤害。

2改进措施

2.1 提升倒闸操作技术

进行倒闸操作前应做好对危险点事故的预防防护，以

防止操作失误引起的倒闸异常现象的发生。而且在变电站

就地手动隔离开关的倒闸操作中，操作人员应保证准确的

站位，当系统中设有自动装置时，应先将自动装置退出，

然后再拉开断路器。拉隔离开关的过程中断路器可能会由

于不可控因素突然闭合，因此要确保断路器的合闸电源处

于断开状态。

2.2 正确的母线操作

母线因其负载较多又和多种电器元件相连，所以操作

时有严格的先后顺序，且在操作前做好准备。母线接通之前

应先投入电压互感器，使其正常运行；而为母线断电时，则

在确保母线上的所有载荷都转移完毕之后再终止电压互感

器的使用。母线充电时须用到断路器，其充电保护装置必须

投入使用，充电正常后应停用充电保护。倒母线操作时，母

联断路器应闭合，确认之后再取下控制熔断器或直接断电源

开关，最后再进行母线隔离开关的切换操作。在断开母联断

路器时，务必确保负荷全部转移，电流表示数为 0。

2.3 倒闸操作实行标准化作业

工作人员应提前了解倒闸任务，并根据具体情况详细

编制任务书，编制任务书时应按照操作票的基本顺序执

行，详细列出需要的工具和设备、接地线的顺序和位置

等，操作时根据操作票中的项目一一执行，不得擅自篡

改和涂改。标准化作业还须做到：对于不同类型的操作任

务，工作人员应尽全力按照时间表要求自己的行为，做到

操作及时、安全、准确；将对压板的检查任务加入标准化

作业中，尽量在施工前完成保护状态的检验，以减少操作

票中的内容填写；可鼓励电气运行人员主动学习用于变电

站运行的标准化倒闸培训教材。

2.4 防范产生操作过电压

对 110 kV 变电站来说，其大电流接地系统产生过高电

压通常是由于中性点接地问题引起的。维修空载变压器时，

若中性点没有接地，则会直接影响断路器的正常动作，进而

能发生过电压事故。因此操作变压器时，应先检查中性点接

地的个数是否正确，保证接地个数大于允许的最小数量。

2.5 二次回路的倒闸操作

二次回路一般是由直流电源、继电保护设施以及相关

的自动装置构成，对二次回路进行倒闸时也应有正确的应对

方法：如操作保险和小倒闸以及压板时，应单只手工作，还

要保证身体暴露在外的部分不能和金属碰触；合理选择工作

的站位，投、停保护装置完毕再检测信号，严格按照标准开

展作业，确保变电操作的规范性和准确性；电气设备不能在

没有任何保护措施的情况下运行，在为电气设备送电前确保

其自动装置到位，连接片必须处于正确位置。

（责任编辑：贺大亮）

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.027

经验点滴 Experiences

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2016年第04期 总第347期

电力安全防范中的颜色和轮廓识别技术

（国网安徽合肥供电公司，安徽合肥230000）

戈庆长，孙建明，孙晓宇，焦媛媛

电力安全生产是保证经济建设持续、稳定、协调发展

和社会安定的基本条件。电力的安全生产不仅是电力工业

发展的前提和基础，也是电力企业发挥社会效益和提高企

业经济效益的保证。实际环境中，受室外场景颜色非恒定

因素的影响，目标颜色和轮廓的识别较为困难。对此，本

文研究了一种基于 HSV 空间的颜色和轮廓识别算法。

1电力设备状态识别应用

很多电力设备接通与断开是用隔离开关控制的，在某

些情况下，例如发生断电故障或例行检查时，须知道隔离

开关处于闭合状态还是开断状态。但电气设备开关可能与

工作人员的常驻地点有较远的距离，到现场人工观察费时

费力，很不方便。技术人员通过应用了颜色和轮廓识别技

术的在线监测装置能方便准确地知晓所关联的设备开关状

态，极大提高设备检修效率和作业安全系数。

分合指示牌的智能分析。设置分合指示牌在图像中的

位置，建立初始数据信息。分析图像设定区域的颜色，判

断分合指示牌的状态。

一种快速识别目标图像的二次模板匹配算法在本文

得到应用，通过实验对比得出其不仅能准确识别目标位

置，并且在速度上也有不小的提高。对变压器位置的识

别，不仅可以做到对电力变压器运行状态的实时监测与

故障报警，同时还能对电力变压器起到防盗预警作用，

从而保证变压器安全稳定运行。电力设备的远程数字视

频监控与图像识别技术的研究刚刚起步，具有广阔的应

用前景。

对仪表的智能分析。配置仪表的起始刻度、最大刻度、

表针中心点位置、表针指向位置等信息，建立初始数据信

息。通过分析表针在图像中的位置，将信息与初始信息对

比，判断仪表读数，当超过报警值时，系统自动报警。

2电力人员安全措施佩戴识别应用

电力设施的周边区域，尤其是野外输电线路和无人值

守的变电站区域，对于施工人员来说都是比较危险的区

域。电力设施应急事故抢修作业现场，由于工作人员疏忽

大意未按照标准安全着装，会引发触电、跌落事故；杆上

工作人员未系好安全带或者佩戴安全帽，误操作而导致不

可预料的后果。这些都不可忽略，须及时检测到并提前预

警，避免危险。电力施工须佩戴的劳保用品，颜色一般为

橘黄色的，对这些颜色可以提前识别，提前预警，避免因

人为原因，劳保用品佩戴遗漏而对安全生产造成的损失，

以及对人员生命安全造成危害。这些措施对于安全系数的

提高是十分显著的。在一定程度上也预防了一些因为安全

管理不够严谨可能发生的事故，也可以将这一技术应用在

安全管理上，让安全管理减少受人为因素的影响。

3输电线路大型机械闯入识别应用

利用颜色和轮廓识别技术是实现输电线路防外力破

坏的有效方法，装置采用了先进的视频分析技术能高效准

确地识别线路走廊区域大型机械闯入、超高作业，提前识

别侦测到危险因素，及时通知相关负责人员解除危险，确

保线路供电安全。在线监测具备智能化。当输电线路下方

遇到机械作业时，能够提前对目标进行监测，并能够保持

对危险源目标持续不间断跟踪，在达到危险报警级别时，

会通过外设报警装置给工程车辆发出报警信号，让作业机

械驾驶作业人员引起注意，在这同时还会向监控中心发出

报警信息，让监控中心工作人员及时了解现场情况，根据

实际情况，做出准确判断和应急处理措施。

通过软硬件相结合，对目标的行为动作进行分析，并

做出预见性判断，对输电线路导线或杆塔会产生危险的目

标提前发出警报，并向监控管理中心发出报警信息。

4结束语

电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、

输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系

统。电力系统安全稳定运行是电力系统一直以来力求的发

展方向。本文结合多年的实践经验，从电力系统安全现状

探讨了这一新技术应用及发展趋势，对提升电力系统安全

稳定运行有一定的实践意义。颜色和轮廓识别技术在电力

安全防范方面具有（电气设备状态识别、电力人员安全措

施佩戴和输电线路防外力破坏等方面）识别准确，响应迅

速的特点，大大提高了电力运行安全性和便捷性。

（责任编辑：贺大亮）

DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2016.04.028

资讯

63

RURAL ELECTRIFICATION

2016年第04期 总第347期

（责任编辑：刘艳玲）

南方超高压：开工建设崇左―靖西Ⅱ回输变电工程

2 月 26 日上午，超高压公司 500 kV 崇左―靖西Ⅱ回

输变电工程开工建设。该工程的建设投产将对配合观音岩

电站电力送出，优化百色、崇左地区 500 kV 电网，提高

供电可靠性，提升广西西部电力送往南宁负荷中心的输电

能力发挥重要作用。

500 kV 崇左—靖西Ⅱ回输变电工程包括 500 kV 崇左

变电站扩建 1 个出线间隔，500 kV 靖西 ( 武平 ) 变电站扩

建 1 个间隔，以及新建 86 km 的崇左―靖西线路工程，该

工程计划今年底建成投产。线路大致走向为自东向西，全

线按单回路架设，线路位于广西壮族自治区大新县、天等

县、德保县、靖西县境内，沿线地形以高山和一般山地为

主，地形地貌复杂、建设难度大。

来源：南方电网超高压输电公司

配电网建设改造技术标准、配网工程典型设计宣贯会在北京召开

2016 年 3 月 31 日—4 月 1 日，由中电联全国输配电

技术协作网主办，中能国研（北京）电力科学研究院承办

的 2016 年配电网建设改造技术标准、配网工程典型设计

宣贯会在北京召开。

本次会议旨在宣贯近期国家能源局 2016 年第 1 号公

告批准发布的《配电网规划设计技术导则》DL/T 5729–

2016、《中低压配电网改造技术导则》DL/T 599–2016和《县

域配电自动化技术导则》DL/T 390–2016 三项标准以及

国家电网公司配电网工程典型设计等系列标准化建设成

果，做好宣贯推广和强化执行，更好地推进《配电网建

设改造行动计划（2015—2020 年）》顺利实施，切实提升

配电网规划、设计、建设等环节的标准化水平。

本次会议全面解读了此次配电网建设改造技术标

准、配网工程典型设计中涉及的各个方面，为电网企

业，设计单位、设备制造企业等各方人士提供了一个针

对配电网建设改造技术标准、配网工程典型设计的中的

标准、理念、技术等多方面交流沟通的平台。宣贯会在

各方努力下取得了圆满成功，对提升配网运行水平，提

高供电能力，全面做好配电网标准化发展起到了积极推

动作用。

来源：EPTC配电自动化专委会

中国电科院获美国OpenADR一致性测试实验室资质

2 月 17 日，美国 OpenADR 联盟授予中国电力科学

研究院我国首个开放式自动需求响应（OpenADR，Open

Automation Demand Response）一致性测试实验室资质。

该院正式具备开展 OpenADR 一致性测试服务的能力。

中国成为继美国、韩国、日本之后，第 4 个具备该能力

的国家。依靠该资质，中国电科院可为采用 OpenADR

2.0a&2.0b 通信规范的需求响应系统主站软件、需求响应

终端及需求响应接口设备等提供通信一致性测试服务，

通过测试的产品将被 OpenADR 联盟授予认证证书。

近年来，中国电科院围绕需求响应业务领域，重点

开展了需求响应模型与策略设计，需求响应终端及系统

研制、自动需求响应数模仿真实验平台研发等工作，建

立了电力需求侧管理技术实验室，开发了自动需求响应

一致性测试系统，研究并提出了需求响应标准体系，制

定了《电力需求响应系统通用技术规范》等相关标准，

为 OpenADR 一致性测试资质的取得奠定了良好基础。

来源：《国家电网报》

国家电网公司发起的“全球互联电网可行性研究”提案获国际大电网委员会批准

2 月 25 日，国家电网公司在国际大电网委员会

（CIGRE）发起的“全球互联电网可行性研究”新工作组

提案获批正式立项。在分析人类社会可持续发展面临严峻

挑战的基础上，国家电网公司董事长刘振亚提出构建全球

能源互联网，统筹全球能源资源开发、配置和利用，保障

能源的安全、清洁、高效和可持续供应。全球能源互联网

是以特高压电网为骨干网架、全球互联的坚强智能电网，

是清洁能源在全球范围大规模开发、配置、利用的基础平

台，实质就是“特高压电网 + 智能电网 + 清洁能源”。

为凝聚共识、加强合作，实现全球能源互联网宏伟

战略，公司于 2015 年 3 月提出了在国际大电网委员会

（CIGRE）成立“全球能源互联网”相关技术工作组的设

想，旨在通过搭建国际平台，组织世界各国专家在全面

研究技术挑战、潜在利益及经济可行性的基础上，识别

关键技术，确定系统技术框架，探讨如何充分发挥不同

时区、季节、负荷特性和可再生能源间歇可用性等多样

性带来的优势，构建全球能源互联网，最终实现洲际和

跨境电网互联、各级电网协调发展。

来源：国网国际部

网上问答

64

RURA

L ELE

CTRI

FICAT

ION

2016年第04期 总第347期

220kV 的自耦变压器中性点在运行中须接地。

在规程中规定 220  kV 的自耦变压器中性点在运行中须接地，不知用于整流机组的 220  kV 调压变 220 kV 降 110 kV 在

与 110 kV 整流变连接，算不算是自耦变压器？

yk54071503 ：多台变压器并联的母线，只要有一台中性点接地，对于故障点已经有短路电流了。全部接地则输出短路

电流大，对于断开故障的开关不利。为了减小输出短路电流，可以选择部分变压器中性点接地。但是对于没有

接地的变压器，防止绕组过电压的能力就差了。

yiwan：自耦变压器是指变压器原边副边用同一个绕组的变压器，相对于自耦变的就是互耦变，原边副边采用不同绕组。

yk54071503 ：有载调压和自耦变压器工作原理不尽相同，有载调压只是通过变换一次绕组匝数，得到调整二次电压的

目的。没有一次通过电的连接直接给二次提供电流。自耦变压器是直接在一次绕组上抽头，以匝数分配方式改变

电压。二次的电流有一部分是一次通过电的连接直接提供给二次的。中性点接不接地与自耦变压器无关。220 kV

系统对地电容相当大了，如果发生单相接地故障无法自行灭弧。应该用开关迅速、准确地将故障切除。所以，

其中性点应该是有效接地的。

微机保护定检的时候是否须要做返回系数？

苏州潇逸：不须要 , 微机保护和集成电路保护、晶体管保护从理论上讲没有返回系数，除特殊要求，我们希望返回系

数越高越好。为什么以前电磁型过流继电器一定要返回系数，是要考虑继电器的接点的压力，要求返回系数在

0.85 ～ 0.9。就是要求继电器能在故障电流消失后迅速返回，但又要使继电器可靠动作（接点有压力）。

ljzhjh ：微机保护中还是有返回系数的，防止在临界值是在动作与不动作之间抖动一般：过量保护 95%，欠量保护

105%。

mayi ：微机保护一般不要求的，除非担心某些定值边界附近出现拒动的情况，要设置一定的返回系数。但个人认为这

种情况用累积效应更好。

有关零序保护？

在双电源供电的电网中，两个电源都经变压器分别向 A、B 两段母线供电，而且两个变压器中性点都直接接地。在 AB

线路两段都加装零序保护。当 AB 线路上发生接地故障，AB 两侧的零序保护都要动作，切除故障。如果 B 侧的变压器

中性点不接地，B侧的零序保护是否会动作？

openspace ：应该说 B侧零序保护不会动作。因为没有零序电流回路。在没有零序电流通路的情况下，靠线路对地电流

是不足以启动零序电流保护的，因为零序短路电流要比对地电容电流大得多，所以 B侧的零序电流保护不会动作。

请注意，B 侧主变压器如果没有零序过压保护就相当危险，比如变压器的中性点绝缘不是全绝缘，就必须 0.5  s

切除主变。

leeeyan ：变压器中性点接地方式的选择总的原则是，不论发电厂或是变电站，首先是按变压器设备的绝缘要求来确定

是否接地 ,其次是以保持对该母线的零序电抗在运行中变化最小为出发点来考虑。

（责任编辑：张峰亮）