智能變電站在線監(jiān)測(cè)技術(shù)探討

摘要：設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。歸納了目前存在的智能變電站在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，包括智能傳感器技術(shù)、智能信息處理技術(shù)以及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，概述了它們的原理和特點(diǎn)；闡述了智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀；總結(jié)了現(xiàn)有在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在智能變電站設(shè)備監(jiān)測(cè)中存在的問(wèn)題，以期為智能電網(wǎng)的自愈提供新的研究思路。

關(guān)鍵詞：智能變電站；在線監(jiān)測(cè)技術(shù)；智能傳感器技術(shù)；智能信息處理技術(shù)；在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）12-0227-02

隨著智能電網(wǎng)在國(guó)內(nèi)外的建設(shè)和大力發(fā)展，以設(shè)備智能化、信息標(biāo)準(zhǔn)化、控制智能化以及互動(dòng)技術(shù)為基本特征的智能變電站[1]逐漸代替常規(guī)變電站和數(shù)字變電站，成為連接智能電網(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn)。在線監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修技術(shù)是建設(shè)智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)之一。智能電網(wǎng)通過(guò)廣域測(cè)量系統(tǒng)的相量采集單元（PMU）獲取帶有準(zhǔn)確時(shí)標(biāo)的全景數(shù)據(jù)[2-3]，并將其上傳至調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)，調(diào)度運(yùn)行人員可以利用這些在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和絕緣性能狀況，為智能一次設(shè)備的狀態(tài)檢修和故障診斷提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感與量測(cè)技術(shù)、電力電子技術(shù)以及信息與通信技術(shù)的不斷發(fā)展以及智能電網(wǎng)和智能變電站的不斷建設(shè)，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)成為研究學(xué)者高度重視的重要研究課題。設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)不僅可以作為狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)任務(wù)，還可以在故障發(fā)生前根據(jù)監(jiān)測(cè)信息征兆及時(shí)進(jìn)行預(yù)防；當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障后可以為調(diào)度運(yùn)行人員處理故障提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而大大縮短故障處理時(shí)間，提高故障處理效率。

本文歸納總結(jié)了目前先進(jìn)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)及其特點(diǎn)，從智能一次設(shè)備的監(jiān)測(cè)內(nèi)容、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模型構(gòu)建以及目前具體應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案等角度闡述了智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，以期為智能電網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展提供新的思路。

一、在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

從數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸?shù)慕嵌?，可將目前常用的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)分為智能傳感器技術(shù)、智能信息處理技術(shù)以及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。

1.智能傳感器技術(shù)

智能傳感器技術(shù)[4-5]最早是由美國(guó)宇航局提出的，用于處理宇宙飛船觀測(cè)到的大量的空間數(shù)據(jù)。它已經(jīng)從過(guò)去的單一化向集成化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并隨著無(wú)線通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)概念的提出和發(fā)展越來(lái)越受到關(guān)注。

智能傳感器在傳統(tǒng)傳感器基礎(chǔ)上集成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及多傳感器信息融合等新技術(shù)，是智能一次設(shè)備狀態(tài)信息獲取的源頭，可以實(shí)現(xiàn)所采集數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)、自我分析、關(guān)聯(lián)關(guān)系的自我判斷等功能。傳統(tǒng)傳感器以機(jī)電測(cè)量為基礎(chǔ)，有易受電磁干擾、靈敏度低、絕緣性能差、可靠性低等缺點(diǎn)。而智能傳感器通過(guò)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的信息采集，促進(jìn)了測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步；具有一定的自動(dòng)編程能力，解決了數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、信息采集可行性問(wèn)題；性價(jià)比高，易于安裝與維護(hù)；集成度高、體積小，能有效防止破壞，電磁兼容性良好，易于實(shí)現(xiàn)故障診斷，為電網(wǎng)的故障診斷提供理論基礎(chǔ)；同時(shí)具有實(shí)現(xiàn)智能數(shù)據(jù)交換與遠(yuǎn)程控制的軟硬件，是實(shí)現(xiàn)智能一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的核心技術(shù)。

目前智能傳感器技術(shù)除了在設(shè)備在線監(jiān)測(cè)方面應(yīng)用外，在民用及軍用汽車領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域也擁有廣闊的發(fā)展前景。

2.智能信息處理技術(shù)

智能信息處理技術(shù)[6]是將不完整、不精確、不確定的知識(shí)和信息進(jìn)行處理的過(guò)程與方法，知識(shí)獲取與數(shù)據(jù)挖掘[7]是實(shí)現(xiàn)信息智能處理的關(guān)鍵手段。隨著多數(shù)據(jù)源在電力系統(tǒng)中的廣泛使用，數(shù)據(jù)的獲取越來(lái)越便捷，信息量大幅度增長(zhǎng)，在提高電網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)與診斷的同時(shí)又加重了數(shù)據(jù)處理的負(fù)擔(dān)，數(shù)據(jù)挖掘通過(guò)信息描述、關(guān)聯(lián)關(guān)系分析以及歷史數(shù)據(jù)的聚類分析和偏差分析為智能設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)提供可靠、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

智能信息處理技術(shù)最早應(yīng)用于醫(yī)用CT機(jī)的圖像處理以及智能測(cè)量?jī)x器等高自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備中。目前隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，智能信息處理技術(shù)中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[8]、模糊集[9]、粗糙集[10]、信息融合等技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)故障診斷領(lǐng)域，用于解決不確定信息的問(wèn)題。此外，智能信息處理技術(shù)在解決互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)阻塞問(wèn)題、智能交通系統(tǒng)的車輛自動(dòng)化管理[11]等方面得到廣泛應(yīng)用。

3.數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

信息傳遞的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性是設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的重要基礎(chǔ)。目前隨著WAMS在電力系統(tǒng)的廣泛使用，更多帶有準(zhǔn)確時(shí)標(biāo)的量測(cè)數(shù)據(jù)可以為在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用，但這要求通信系統(tǒng)具有高可靠性、低誤碼率以及良好的魯棒性和冗余性。其技術(shù)要求具體包括：支持保護(hù)和控制信息的高速、實(shí)時(shí)通信；支持電力系統(tǒng)中應(yīng)用的寬帶網(wǎng)；能夠訪問(wèn)所有的一次設(shè)備以及在部分網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)能夠持續(xù)工作。

目前數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)主要采用光纖通信、無(wú)線通信或者兩者結(jié)合的方式組建[1]，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與設(shè)備之間信息的傳遞。光纖通信可選擇以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的傳遞和信息的綜合；無(wú)線專網(wǎng)將無(wú)線接入點(diǎn)接入最近的光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU），負(fù)責(zé)在線監(jiān)測(cè)裝置與無(wú)線接入點(diǎn)之間的通信。

二、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前關(guān)于智能變電站中一次設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容的研究比較成熟，智能斷路器、智能變壓器、GIS高壓集成設(shè)備、避雷器等容性設(shè)備以及電纜等智能一次設(shè)備的絕緣參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的量測(cè)比較齊全，如文獻(xiàn)[12]研究了智能變壓器在線監(jiān)測(cè)溶解氣體的技術(shù)，采用氣相色譜原理將溶解于變壓器油中的氣體進(jìn)行分解，并給出實(shí)際應(yīng)用案例；文獻(xiàn)[13]介紹了基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的GIS在線監(jiān)測(cè)原理，并構(gòu)建了具體的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架圖，但由于GIS中包含元件較多，采用非集成的方式監(jiān)測(cè)增加了成本，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用；文獻(xiàn)[14]重點(diǎn)介紹了SF6斷路器的在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容，包括主回路電流與電壓、開(kāi)關(guān)操動(dòng)次數(shù)等信息。

上述文獻(xiàn)對(duì)于具體智能一次設(shè)備的監(jiān)測(cè)都有實(shí)際在線應(yīng)用，但是關(guān)于智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的研究很少，僅有一些研究學(xué)者在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建模、維護(hù)和具體應(yīng)用方案方面有較深入的涉及。文獻(xiàn)[15]通過(guò)分析智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能需求構(gòu)造了監(jiān)測(cè)智能電子設(shè)備、站端監(jiān)測(cè)單元與狀態(tài)監(jiān)測(cè)主站的三元組結(jié)構(gòu)，并基于公共信息模型設(shè)計(jì)了上述三元組結(jié)構(gòu)的模型共享方案，減少了系統(tǒng)人工建模繁重的工作量，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型的一體化和自維護(hù)功能。文獻(xiàn)[16]依托某500kV智能變電站工程研究了智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本架構(gòu)，在傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上采用分層分布式技術(shù)和總線控制技術(shù)將獲得的智能一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息傳遞到上層，并進(jìn)行可視化展示；分析了智能變壓器設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)和監(jiān)測(cè)單元的具體工作原理，提出了符合實(shí)際需求的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)典型應(yīng)用方案。文獻(xiàn)[17]針對(duì)110kV的智能變電站研究了設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)內(nèi)容和系統(tǒng)的構(gòu)成，提出了一次設(shè)備、二次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)策略，并根據(jù)110kV智能變電站無(wú)人值班方式設(shè)計(jì)了在線監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)主站將傳感器采集的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳遞到檢測(cè)中心服務(wù)器的在線監(jiān)測(cè)的配置方案。文獻(xiàn)[18]基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案應(yīng)用于江蘇無(wú)錫西涇的220kV智能變電站試點(diǎn)工程，效果良好，為我國(guó)智能變電站檢修輔助決策系統(tǒng)的智能化建設(shè)提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

上述研究表明，目前我國(guó)智能變電站的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究尚處于初期試驗(yàn)階段，研究學(xué)者僅針對(duì)特定電壓等級(jí)的智能變電站提出相應(yīng)具體的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)方案，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際電網(wǎng)中還無(wú)法實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。

三、智能一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題

近年來(lái)，關(guān)于智能一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究在國(guó)內(nèi)外逐步開(kāi)展，但實(shí)際應(yīng)用中仍面臨以下問(wèn)題：

在數(shù)據(jù)采集方面，盡管已有多種數(shù)據(jù)源包括SCADA/EMS系統(tǒng)、故障信息系統(tǒng)以及WAM的綜合使用，但是后兩種數(shù)據(jù)源并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的布置，且量測(cè)設(shè)備可能存在采樣錯(cuò)誤，在線監(jiān)測(cè)信息依然存在不完整、不確定的問(wèn)題。

智能組件的功能研發(fā)尚不成熟。智能組件是智能一次設(shè)備的重要組成單元，承擔(dān)著信息測(cè)量、監(jiān)測(cè)以及處理分析的重要功能，但目前為止這項(xiàng)技術(shù)處于起步階段，還需進(jìn)一步研究。

在線監(jiān)測(cè)信息的共享性。由于目前所采用的信息通信標(biāo)準(zhǔn)不一致，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)所采集的信息無(wú)法實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的共享。

在線監(jiān)測(cè)信息的正確性。由于傳輸通道可能存在終端或異常、或者采集的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸不同步可能導(dǎo)致運(yùn)行人員無(wú)法觀測(cè)到正確的設(shè)備運(yùn)行信息，從而作出錯(cuò)誤的判斷。

四、結(jié)論

智能變電站在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可以為電網(wǎng)快速、可靠診斷和處理故障診斷提供技術(shù)支持，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和調(diào)度管理的智能化程度是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)自愈能力的重要基礎(chǔ)技術(shù)之一。但目前存在的上述問(wèn)題依然制約著技術(shù)的應(yīng)用，這將作為下一步研究的重點(diǎn)。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）