浙江電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析中心建設研究

余紹峰，孫 翔，劉 巖，姚 峰，章立軍

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

1 電力設備在線監(jiān)測現(xiàn)狀

目前，狀態(tài)檢修已在電力企業(yè)深入人心，經(jīng)過多年的努力，也取得了明顯的技術(shù)進步和顯著的執(zhí)行效益，但在設備在線監(jiān)測方面還存在不小的爭議。由于在線監(jiān)測裝置的可靠性和有效性還存在不足，過去十幾年內(nèi)安裝的在線監(jiān)測裝置的效果差異較大，使得此項工作的推廣存在較多困難。雖然目前已經(jīng)有相應的管理規(guī)范出臺[1]，但實際效果離滿足企業(yè)生產(chǎn)要求還存在一定的距離。

1.1 現(xiàn)有在線監(jiān)測裝置存在的問題

（1）管理混亂。由于安裝這些在線監(jiān)測裝置多采用科研項目的形式，項目結(jié)束后，一旦無明顯的實際效果，容易導致無人或者少人管理的結(jié)果，很多裝置處于停運狀態(tài)。

（2）通信方式混亂。由于是各電力生產(chǎn)企業(yè)自行試點開展工作，監(jiān)測裝置的生產(chǎn)廠家?guī)缀醵及醋约旱睦斫鈦韺崿F(xiàn)在線監(jiān)測裝置與服務器的通信，通信的軟、硬件設計差異極大。

（3）數(shù)據(jù)積累困難。由于管理混亂，導致在線數(shù)據(jù)無明確的流向。很多生產(chǎn)廠家直接將在線信息接入廠家內(nèi)部的服務器，電力企業(yè)反而難以獲得這些數(shù)據(jù)。

（4）在線裝置壽命較短。由于前期較多采用科研項目的形式，產(chǎn)品研發(fā)過于匆忙，很多在線裝置并未經(jīng)過長時間的現(xiàn)場考驗，很可能運行一段時間后就出現(xiàn)故障，甚至無法正常工作。

（5）有效性有待進一步驗證。由于匆忙上馬，不少產(chǎn)品只是技術(shù)可行，并不能證明該產(chǎn)品監(jiān)測的狀態(tài)量可以正確反映設備的狀態(tài)。國家電網(wǎng)公司曾經(jīng)做過大規(guī)模的調(diào)研工作，表明國內(nèi)在線監(jiān)測裝置監(jiān)測到的設備缺陷數(shù)量較少，難以證明其有效性。

因此，為提升公司資產(chǎn)管理水平，進一步加強設備管理，有必要建立統(tǒng)一的平臺對在線監(jiān)測裝置進行標準化、專業(yè)化管理。

1.2 在線監(jiān)測裝置專業(yè)化管理的成功案例

（1）福建省電力公司擁有國家電網(wǎng)公司內(nèi)部數(shù)量最多的在線監(jiān)測裝置，已經(jīng)建立了一套較為完整的在線監(jiān)測管理系統(tǒng)。系統(tǒng)主要采用表格形式，將福建省內(nèi)變電、輸電等幾個大類的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)納入統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺進行管理，并有初步的分析診斷功能。

（2）云南電網(wǎng)公司建立了技術(shù)監(jiān)督數(shù)據(jù)分析中心[2]，將技術(shù)監(jiān)督、狀態(tài)檢修、抗災預警等功能結(jié)合在一起，并疏通了電力企業(yè)相關(guān)業(yè)務部門之間的業(yè)務流程，建立了與氣象部門的聯(lián)系，可通過三維地圖及表格靈活地表現(xiàn)當前設備檢測到的狀態(tài)。

浙江省電力公司已在公司系統(tǒng)推廣了功能強大的PI實時數(shù)據(jù)庫，從而為推行電力設備在線監(jiān)測工作創(chuàng)造了有利條件。本文通過理論結(jié)合實踐的方式，給出了這一問題的解決方案。

2 數(shù)據(jù)分析中心的系統(tǒng)框架

浙江省電力公司在成功推廣PI數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，建立了數(shù)據(jù)分析中心，涉及的業(yè)務范圍如圖1所示，主要是影響設備狀態(tài)的內(nèi)因和外因，為了后續(xù)高級應用的需要，還包括了一些歷史靜態(tài)信息。數(shù)據(jù)分析中心是一個宏觀的概念，以PI實時數(shù)據(jù)庫為主，也包括了安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PSMS）和狀態(tài)檢修系統(tǒng)（CBM）的數(shù)據(jù)，以及單獨設立的一些關(guān)系數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫之間的通道打通后可視業(yè)務需要進行靈活的數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)集成后能用于高級分析，與現(xiàn)有的狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)不同，這些高級分析更注重靜態(tài)數(shù)據(jù)與實時、準實時數(shù)據(jù)的結(jié)合。數(shù)據(jù)分析中心在各信息化項目中的定位如圖2所示。

圖1 數(shù)據(jù)分析中心涉及的業(yè)務范圍

圖2 數(shù)據(jù)分析中心在全省信息化項目中的定位

從浙江省電力公司對數(shù)據(jù)分析中心的定位來看，直觀的設備實時狀態(tài)信息監(jiān)測尚不能滿足公司的業(yè)務需求，還需要更深入挖掘?qū)崟r數(shù)據(jù)蘊含的信息，并提供相應的輔助策略建議，以指導現(xiàn)場實踐。

數(shù)據(jù)分析中心底層的通信模式為：在變電站級，由在線裝置廠家提供PI接口或安裝接口轉(zhuǎn)發(fā)程序，對現(xiàn)有裝置服務器進行改造，將在線監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到地區(qū)電力局PI數(shù)據(jù)庫；地區(qū)電力局PI數(shù)據(jù)庫通過標準的PI-to-PI接口接入省電力公司PI數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時共享；在省電力公司數(shù)據(jù)分析中心，利用PI提供的PISDK工具，將實時數(shù)據(jù)提取到網(wǎng)頁進行展示和分析。

3 數(shù)據(jù)分析中心平臺設計

數(shù)據(jù)分析中心采用狀態(tài)分級的方法來評價設備實時監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)在的風險，分成正常、一般、嚴重和危急4級（也可以根據(jù)需要另外分級）。應用時可直接從圖層操作的專業(yè)列表進入管理界面，也可以從地圖直接找到相應的變電站進行操作，如圖3、圖4所示。

圖3 變電站圖層操作方法

圖4 專業(yè)列表操作方法

選擇相應的監(jiān)測內(nèi)容和變電站后，將彈出專業(yè)監(jiān)測頁面，專業(yè)人員可方便地監(jiān)測在線信息和執(zhí)行高級分析功能。中心還提供了報警提示界面、報警信息匯總、專業(yè)報表生成、與其他專業(yè)系統(tǒng)的鏈接等輔助功能。

以局放監(jiān)測為例，在線局放數(shù)據(jù)接入PI數(shù)據(jù)庫后，將統(tǒng)一接入浙江電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析中心進行統(tǒng)一管理。中心采用專業(yè)列表和GIS地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，在Web上進行綜合展示和管理。一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)超標現(xiàn)象，報警列表和圖層中的變電站圖標均將變色報警。

中心目前已經(jīng)完成的專業(yè)模塊基本囊括了省內(nèi)較為典型和實際效果較好的在線監(jiān)測內(nèi)容，包括：變壓器在線油色譜監(jiān)測、變壓器在線局部放電監(jiān)測、避雷器計數(shù)器動作次數(shù)監(jiān)測、雷電定位監(jiān)測、雷電預警監(jiān)測、線路覆冰監(jiān)測、線路外絕緣耐污性能評估和電能質(zhì)量監(jiān)測。

4 應用實例

以變壓器油色譜在線監(jiān)測為例，數(shù)據(jù)分析中心的分析功能構(gòu)成介紹如下。通過圖層操作或列表操作選擇專業(yè)和變電站后，進入如圖5、圖6所示的在線數(shù)據(jù)瀏覽界面。

圖5 實時數(shù)據(jù)查看界面

圖6 歷史數(shù)據(jù)查看界面

專業(yè)界面由實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、設備參數(shù)、CBM評價結(jié)果、在線數(shù)據(jù)與離線試驗數(shù)據(jù)對比、監(jiān)測設備臺帳六部分組成。其中實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)來自PI數(shù)據(jù)庫；設備參數(shù)、監(jiān)測設備臺帳來自PSMS；CBM評價結(jié)果、在線數(shù)據(jù)與離線試驗數(shù)據(jù)對比來自CBM系統(tǒng)。

變壓器油色譜在線監(jiān)測實時數(shù)據(jù)可用柱狀圖來展示，但由于各氣體成分數(shù)量差異較大，僅用柱狀圖反映數(shù)據(jù)是否超標還不夠直觀。因此，在歷史數(shù)據(jù)曲線圖中采用了分級方法，用不同顏色標明數(shù)據(jù)是否超標以及超標的程度。對不同的氣體標注超限數(shù)值進行區(qū)分，使得數(shù)量級差異較大的不同氣體均可直觀判斷。以圖6為例，從中可清楚看到該時間段內(nèi)氫氣存在程度較高的超標現(xiàn)象，但其數(shù)值相對總烴數(shù)值仍然較小。

通過在線數(shù)據(jù)與離線試驗數(shù)據(jù)對比，可以直觀掌握在線油色譜監(jiān)測的精度，進而評估在線裝置的有效性。設備臺帳和監(jiān)測設備臺帳信息齊全，將有利于生成統(tǒng)計報表，方便管理。

如果氣體成分數(shù)據(jù)存在超標現(xiàn)象，則可進入分析診斷界面，如圖7、圖8所示，選擇實時數(shù)據(jù)進行分析診斷。

分析診斷采用了綜合判斷、改良三比值法、神經(jīng)網(wǎng)絡法、援例法、大衛(wèi)三角法和立方體圖示法等多種診斷方法。改良三比值法、大衛(wèi)三角法和立方體圖示法等屬于常規(guī)分析診斷方法，沒有將變壓器其他相關(guān)信息結(jié)合起來，有一定的局限性，因此分析結(jié)果不一定能夠完全反映設備狀態(tài)。為提高分析的正確性，通過利用歷史數(shù)據(jù)在相應模型上進行軌跡移動，從而可以更加清楚直觀地看到整個設備油色譜狀態(tài)的變化過程。如圖7所示。

圖7 大衛(wèi)三角法界面軌跡圖

在建設數(shù)據(jù)分析中心時就十分強調(diào)歷史案例的借鑒作用，廣泛收集各種公開發(fā)表的變壓器故障案例和專家經(jīng)驗，初步建立了歷史案例庫，綜合PI數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、PSMS中以往的檢修記錄、CBM狀態(tài)評價結(jié)果和系統(tǒng)運行工況等信息，與歷史案例庫中的信息進行對比，將相似的結(jié)果調(diào)出，以輔助當前的分析診斷。由于分析方法多樣，分析結(jié)果未必一致，為此還制定了分析結(jié)果優(yōu)先篩選機制，明確分析結(jié)論。

為了能夠更好地指導現(xiàn)場工作，在分析得到可能導致在線監(jiān)測數(shù)據(jù)超標的原因后，先判斷缺陷原因和大致部位，再進一步提出詳細的帶電測試項目和停電試驗方法。目前已經(jīng)編制完成了油色譜數(shù)據(jù)超標后的各種對策，如圖8所示。

圖8 綜合分析判斷界面

5 結(jié)語

浙江電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析中心建設方案基于PI數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)分析和輔助決策功能，并建立了實際軟件平臺，融合多種理論分析手段，提高了設備故障診斷的正判率，使中心建設與現(xiàn)場需求緊密結(jié)合，實用性較強，進一步提高了公司系統(tǒng)對設備的管理分析水平。實踐證明，利用PI實時數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析中心來加強在線監(jiān)測裝置的管理，進而加強對在運設備的管理，是行之有效的手段。

[1]輸變電設備在線監(jiān)測系統(tǒng)管理規(guī)范(試行)[S].國家電網(wǎng)公司，2008.

[2]云南電網(wǎng)技術(shù)監(jiān)督數(shù)據(jù)分析中心項目介紹[C].中國南方電網(wǎng)公司狀態(tài)監(jiān)測與狀態(tài)檢修技術(shù)研討會.廣州，2010.