大數(shù)據(jù)環(huán)境下變電站智能監(jiān)控方案研究

曹中來(lái)

[摘 要]隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)500 kV及以下電壓的變電站的監(jiān)控，逐漸由有人看守轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)人看守，無(wú)人看守由各級(jí)調(diào)控中心進(jìn)行監(jiān)控。但由于采用無(wú)人看守的變電站越來(lái)越多，越來(lái)越多的信息和數(shù)據(jù)，使變電站調(diào)控中心的監(jiān)控壓力越來(lái)越大。因此，大數(shù)據(jù)理論被引入了變電站智能監(jiān)控領(lǐng)域。鑒于此，本文主要分析變電站智能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和當(dāng)前存在的問(wèn)題，并基于大數(shù)據(jù)進(jìn)行方案的探討。

[關(guān)鍵詞]大數(shù)據(jù)；變電站；智能監(jiān)控

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.22.029

[中圖分類號(hào)]TM63；TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2017）22-00-02

目前，隨著科技和社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)各地區(qū)500 kV以下的變電站已逐漸實(shí)現(xiàn)了無(wú)人看守的監(jiān)控管理模式，其監(jiān)控主要由各級(jí)調(diào)控中心實(shí)行集中監(jiān)控，而目前，隨著實(shí)行集中監(jiān)控的變電站的數(shù)量越來(lái)越多，調(diào)控中心需要處理的信息和數(shù)據(jù)也成倍增加，給調(diào)控中心帶來(lái)了巨大的監(jiān)控壓力。因此，在目前已有的監(jiān)控系統(tǒng)下，基于大數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的優(yōu)化，勢(shì)必可以減輕調(diào)控中心工作人員的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各變電站的智能監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。

1 變電站監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

變電站的監(jiān)控系統(tǒng)是一套采用分層結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，其主要由數(shù)據(jù)層、分析層和應(yīng)用層3部分組成，本文對(duì)這3個(gè)部分的作用和該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行探討。

1.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層作為整個(gè)變電站監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其工作原理是基于已建立的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，監(jiān)控變電站的各類保護(hù)裝置、自動(dòng)化裝置、監(jiān)控裝置和傳感器的參數(shù)，如實(shí)時(shí)電壓電流、開(kāi)關(guān)所處狀態(tài)、裝置的動(dòng)作情況、故障錄波器的數(shù)據(jù)以及電力設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)等，獲取相關(guān)儀器的數(shù)據(jù)，剔除無(wú)用內(nèi)容，并對(duì)有用的儀器數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析，從而獲知相關(guān)儀器運(yùn)行情況的關(guān)鍵參數(shù)，并對(duì)已獲取的有用的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分類儲(chǔ)存，用于以后的記錄查詢。

1.2 分析層

分析層作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，其作用原理是在如ORACLE、SQL-SERVER等遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)庫(kù)上，對(duì)數(shù)據(jù)層獲取的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行系統(tǒng)、綜合的分析，對(duì)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)作情況和故障問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)判斷。在監(jiān)控中，分析層根據(jù)當(dāng)前設(shè)備的工作參數(shù)進(jìn)行分析和判斷，預(yù)估設(shè)備狀態(tài)的變化趨勢(shì)，從而確定是否需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修工作。對(duì)設(shè)備的檢測(cè)方法常因設(shè)備而異，但大多數(shù)是通用的，如絕緣恢復(fù)電壓法、油中氣體分析法、振動(dòng)分析法等。

1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層具有人機(jī)的界面和通訊接口的功能，其主要用于對(duì)故障實(shí)現(xiàn)警報(bào)、分析結(jié)果的查詢與統(tǒng)計(jì)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信息的讀取。當(dāng)變電站的運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，數(shù)據(jù)層會(huì)及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，而分析層會(huì)迅速對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，并將分析結(jié)果呈遞給應(yīng)用層，而應(yīng)用層則會(huì)根據(jù)分析結(jié)果決定是否發(fā)出警報(bào)，以通知工作人員。

1.4 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

變電站的智能監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以分為：站控層、網(wǎng)絡(luò)層和間隔層3部分。其中，網(wǎng)絡(luò)層在高速以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)站控層和間隔層設(shè)備的連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)控和數(shù)據(jù)通訊，其通訊標(biāo)準(zhǔn)需要符合IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)。站控層內(nèi)的監(jiān)控主站則借助網(wǎng)絡(luò)層，對(duì)站內(nèi)的所有設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，并在智能監(jiān)控系統(tǒng)的輔助下進(jìn)行工作。間隔層作為變電站智能化監(jiān)控的運(yùn)算部件，其用于邏輯運(yùn)算，通過(guò)分析得知設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

2 變電站監(jiān)控中存在的問(wèn)題

變電站監(jiān)控的主要工作是對(duì)變電站進(jìn)行巡檢和信號(hào)的監(jiān)視，但目前變電站的數(shù)量隨著社會(huì)的進(jìn)步不斷增加，導(dǎo)致工作人員對(duì)變電站進(jìn)行巡檢和信號(hào)監(jiān)視的工作壓力越來(lái)越大，同時(shí)也容易埋下隱患。本文對(duì)變電站監(jiān)控中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析。第一，巡檢工作不到位。目前，過(guò)大的巡檢壓力使監(jiān)控人員疲于應(yīng)對(duì)，易造成監(jiān)控人員在對(duì)變電站進(jìn)行巡檢時(shí)，工作態(tài)度不夠積極、認(rèn)真，導(dǎo)致漏巡、誤巡，從而忽略了本該可以發(fā)現(xiàn)的安全隱患，造成一定的損失。第二，警報(bào)信息過(guò)于簡(jiǎn)潔。當(dāng)前所使用的智能監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后所發(fā)出的警報(bào)，在內(nèi)容上過(guò)于簡(jiǎn)潔，未能將如警報(bào)的含義、出現(xiàn)的原因、可能造成的后果等警報(bào)的具體內(nèi)容呈現(xiàn)出來(lái)，影響了監(jiān)控人員對(duì)警報(bào)的應(yīng)急能力。第三，警報(bào)信息的統(tǒng)計(jì)和記錄功能有所欠缺。變電站的智能監(jiān)控系統(tǒng)每天都會(huì)接收到很多警報(bào)信號(hào)，但警報(bào)信息的統(tǒng)計(jì)和記錄功能的缺失，造成同一警報(bào)的上報(bào)次數(shù)、處置方法和時(shí)間的統(tǒng)計(jì)和記錄缺失，信息的冗余，導(dǎo)致工作人員工作壓力增大，無(wú)法及時(shí)針對(duì)警報(bào)信號(hào)制定相應(yīng)的措施。

3 基于大數(shù)據(jù)的方案研究

面對(duì)變電站日益增多的信息量，本文基于大數(shù)據(jù)理論，提出變電站智能自動(dòng)化巡檢方案，以應(yīng)對(duì)變電站調(diào)度中心的工作需要，減輕工作人員的工作負(fù)擔(dān)，并提高工作的效率和質(zhì)量。

3.1 智能巡檢方案

引入智能巡檢系統(tǒng)，監(jiān)控人員通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)變電站進(jìn)行智能自動(dòng)巡檢，并將此次智能巡檢的結(jié)果呈報(bào)各工作人員，以利于工作人員對(duì)巡檢結(jié)果進(jìn)行分析，這不僅可以提高巡檢的工作效率，還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站的潛在隱患，從而防患于未然。智能巡檢分為以下3個(gè)環(huán)節(jié)。

（1）原始數(shù)據(jù)提取與存儲(chǔ)。從調(diào)度系統(tǒng)中提取相關(guān)變電站的原始巡檢數(shù)據(jù)，并將所得的原始數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái)。

（2）數(shù)據(jù)處理并儲(chǔ)存。智能巡檢系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，然后將分析結(jié)果進(jìn)行儲(chǔ)存并將其展示給工作人員，具體方法如下。①對(duì)設(shè)備的開(kāi)關(guān)參數(shù)進(jìn)行判斷，當(dāng)某三相開(kāi)關(guān)的電流參數(shù)滿足：三相中僅有一相電流為零、三相中有兩相電流為零、三相中三相電流均為零的三者中的一項(xiàng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將設(shè)備的位置、名稱、編號(hào)和電流參數(shù)等相關(guān)信息記錄在系統(tǒng)中，以備查看。②三相電流偏差，即根據(jù)已獲得的電流參數(shù)，由式（σMAX為最大偏差比，IMAX為最大電流，IMIN為最小電流，IM為三相平均電流），當(dāng)σMAX超過(guò)設(shè)備開(kāi)關(guān)的50%時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將異常數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并儲(chǔ)存。③巡視母線的電壓，通過(guò)對(duì)所獲得的母線電壓參數(shù)與其電壓運(yùn)行曲線的上下極值對(duì)比，系統(tǒng)將異常數(shù)據(jù)通過(guò)公式：endprint

（α%為超出比，U0測(cè)得電壓，Ulim為曲線極值）計(jì)算出超出比α%，并將其進(jìn)行記錄儲(chǔ)存。④線路負(fù)荷的巡視，獲取實(shí)時(shí)的變電站工作負(fù)荷數(shù)據(jù)，計(jì)算出其負(fù)荷率和負(fù)載率，記錄并儲(chǔ)存負(fù)荷負(fù)載率達(dá)到90%的數(shù)據(jù)。

（3）巡視結(jié)果顯示。在對(duì)變電站進(jìn)行智能自動(dòng)化巡視后，系統(tǒng)將巡視數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后將結(jié)果以簡(jiǎn)潔、明了的圖表公布于大屏幕，方便工作人員根據(jù)實(shí)際的巡視情況，采取應(yīng)對(duì)措施。

3.2 信號(hào)智能監(jiān)視方案

變電站的監(jiān)控所面對(duì)的數(shù)據(jù)和信息量都是巨大的，這也是智能化監(jiān)控的特點(diǎn)，因此，為了滿足大數(shù)據(jù)的需求，建立預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)是十分必要的，其是變電站信號(hào)智能監(jiān)控實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。

告警數(shù)據(jù)庫(kù)主要由告警信號(hào)釋義庫(kù)、告警原因及后果庫(kù)、設(shè)備信息庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)4部分組成，本文對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的作用進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。①告警信號(hào)釋義庫(kù)，即此數(shù)據(jù)庫(kù)包含所有系統(tǒng)可能出現(xiàn)的告警信號(hào)及信號(hào)本身的含義解釋，以此可以盡快地讓工作人員了解系統(tǒng)所出現(xiàn)的告警及其含義，迅速做出相應(yīng)的反應(yīng)。②告警原因及后果庫(kù)，此數(shù)據(jù)庫(kù)包含各類告警信號(hào)產(chǎn)生的原因和此告警可能帶來(lái)的后果，作用是在告警信號(hào)發(fā)出后，及時(shí)分析出告警信號(hào)出現(xiàn)的原因，以供工作人員參考，并及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，避免不良后果。③設(shè)備信息庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)包含所有受監(jiān)控設(shè)備的信息，如設(shè)備的型號(hào)、類型、數(shù)目、運(yùn)行參數(shù)等，作用是將自動(dòng)化智能監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)監(jiān)控所獲得的各個(gè)受監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，與正常參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，判斷設(shè)備的工作情況。此外，還可以為設(shè)備零部件的更換和檢修提供依據(jù)。④設(shè)備歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，此數(shù)據(jù)庫(kù)包含所有受監(jiān)控設(shè)備的以往監(jiān)控記錄，如設(shè)備告警時(shí)間和類型、告警處置方法、告警發(fā)生的原因和告警的處置結(jié)果等的詳細(xì)內(nèi)容，以供日后翻查。

信號(hào)智能監(jiān)控方案主要運(yùn)用4個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)告警信號(hào)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，從而獲取應(yīng)對(duì)方案的制訂依據(jù)，其主要工作過(guò)程為：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)受監(jiān)控變電站出現(xiàn)異常時(shí)，發(fā)出告警信號(hào)，若告警信號(hào)未能在30秒內(nèi)復(fù)歸，則將所得的告警信號(hào)與上述4個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)之間進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)異常的設(shè)備和發(fā)生異常的可能原因，并根據(jù)反饋的內(nèi)容制訂應(yīng)對(duì)方案，然后由人工進(jìn)行應(yīng)對(duì)，以此消除異常情況，保障設(shè)備的正常運(yùn)作，提高監(jiān)控的效率。此外，在將本次的告警信號(hào)處置完畢后，相關(guān)人員需要將本次告警的全部?jī)?nèi)容上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)，以此更新當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫(kù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著城市化的進(jìn)程不斷推進(jìn)，我國(guó)的變電站數(shù)量不斷增加，給變電站調(diào)度中心帶來(lái)的數(shù)據(jù)信息量也越來(lái)越多，這導(dǎo)致變電站監(jiān)控中心的工作人員疲于應(yīng)對(duì)龐大的數(shù)據(jù)和監(jiān)控工作壓力。因此，為了確保變電站的正常工作，以保障居民的用電，變電站的監(jiān)控中心需要在大數(shù)據(jù)的背景下，加強(qiáng)對(duì)變電站智能監(jiān)控方案的研究。

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