局放在線監(jiān)測和帶電檢測信息融合標準化方案

葉志祥，唐喜，任雁銘，朱江，黃昕，陰孟濤

(1.云南電網(wǎng)有限責任公司保山供電局，云南 保山 678000； 2.北京四方繼保自動化股份有限公司，北京 100085)

0 引 言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電力設備故障次數(shù)有所提高，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在各類電力設備故障中絕緣故障占比較高，局放監(jiān)測是絕緣故障監(jiān)測的有效手段之一。局放監(jiān)測又分為在線監(jiān)測、帶電檢測兩類，二者優(yōu)勢互補，可有效反映電力設備絕緣故障現(xiàn)象并精確定位故障位置，目前我國各大電力公司已經(jīng)在工程中有所應用[1-2]。

局放在線監(jiān)測通常用于重要樞紐設備的絕緣監(jiān)測場合，在變電站內(nèi)配置UHF傳感器、局放監(jiān)測設備、局放分析后臺[3]，伴隨電力設備連續(xù)帶電運行，局放分析后臺如果判斷局放發(fā)展趨勢明顯，會發(fā)出相應的告警提醒運行人員注意[4]?？紤]到UHF傳感器布置數(shù)量及位置有限，局放在線監(jiān)測只能判斷局放發(fā)生的大致位置，如果要精確定位局放位置，需要狀態(tài)監(jiān)測或運維人員攜帶便攜式局放帶電檢測設備進行精確定位[5]。然而，這種情況通常會遇到以下問題：

(1)供電公司庫房存放多種帶電檢測設備，不同廠商的設備數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，給數(shù)據(jù)存檔、分析、交互帶來很大的困擾，造成運維人員使用時，手動錄入簡單的檢測結(jié)果，詳細的譜圖信息無法錄入PMS系統(tǒng)，不便于后續(xù)事件追溯、趨勢分析;

(2)局放在線監(jiān)測后臺軟件與帶電檢測分析軟件不兼容，二者的局放譜圖數(shù)據(jù)無法共享;

(3)帶電檢測分析結(jié)果不能作為一個時間節(jié)點數(shù)據(jù)融入局放在線監(jiān)測后臺，影響局放發(fā)展趨勢判斷時間。通常運維人員需要將每次的帶電檢測結(jié)果手動錄入到狀態(tài)監(jiān)測主站，費時費力。

盡管國家電網(wǎng)企業(yè)標準Q/GDW 616 《基于DL/T 860標準的變電設備在線監(jiān)測裝置應用規(guī)范》對局放譜圖數(shù)據(jù)有了定義，但對于具體實施細節(jié)描述不夠規(guī)范，而且也未規(guī)定對局放帶電檢測譜圖的適用性，因此造成實際操作有難度。

基于上述問題，提出局放在線監(jiān)測與帶電檢測信息融合的標準化方案，目的是讓局放分析數(shù)據(jù)與展示畫面分離，通過信息的標準化達到不同監(jiān)測廠商和帶電檢測廠商的互操作，便于局放發(fā)展趨勢精確分析。

1 設計思路

1.1 兼容性

要實現(xiàn)局放在線監(jiān)測后臺與帶電檢測的互操作，局放譜圖數(shù)據(jù)標準化是主要解決的問題，考慮到不同分析軟件運行平臺、編程語言的差異性，采用了目前計算機領域流行的XML技術(shù)。XML作為一種可擴展標記語言，它可以用來標記數(shù)據(jù)、定義數(shù)據(jù)類型，提供統(tǒng)一的方法來描述和交換獨立于應用程序或供應商的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，它設計的宗旨是傳輸數(shù)據(jù)，而不是顯示數(shù)據(jù)，具有很好的可靠性和互操作性。本文提到的局放標準化信息主要分為三類：描述信息、配置信息、數(shù)據(jù)信息。其中前兩者采用XML設計，數(shù)據(jù)信息采用通用文本文件設計。關(guān)于局放標準化信息的傳輸，采用IEC 61850標準的文件傳輸服務[6-7]，這樣，對于局放在線監(jiān)測場合，符合全站均采用IEC 61850的要求，對于局放帶電檢測場合，采用PC機運行FTP服務即可以獲取到局放標準化信息，二者可以完全兼容。通過上述描述，有效解決信息定義、信息傳輸?shù)膯栴}，從而達到局放在線監(jiān)測與帶電檢測信息融合的目的。

根據(jù)局放分析功能劃分，主要將局放實時譜圖信息、局放趨勢譜圖信息進行標準化。通過提取二者的共性，將二類信息通過三個文件來描述：局放簡報信息(.HDR)文件、局放配置信息(.CFG)文件、局放數(shù)據(jù)信息(.DAT)文件，為了表示三個文件的關(guān)聯(lián)性，采用文件基本名一致、文件擴展名不一致的作法。其中，文件的標準名采用“監(jiān)測設備名+時間信息+錄波號+通道號”描述。文件擴展名定義如下：HDR表示局放簡報信息文件擴展名；CFG表示局放配置信息文件擴展名；DAT表示局放數(shù)據(jù)文件擴展名。完整的一次局放信息樣例如下：

XX設備_RCD_年月日時分秒毫秒_數(shù)據(jù)號_XX通道.HDR

XX設備_RCD_年月日時分秒毫秒_數(shù)據(jù)號_XX通道.CFG

XX設備_RCD_年月日時分秒毫秒_數(shù)據(jù)號_XX通道.DAT

上述文件命名盡量保持與IEC 61850錄波文件命名一致，同時又進行了擴展?！癤X設備”：對于局放在線監(jiān)測，表示IEDName，對于帶電檢測，表示帶電檢測設備名即可；“RCD”固定，目的是與IEC 61850錄波文件名保持一致，“年月日時分秒毫秒”表示具體的局放發(fā)生時間，“數(shù)據(jù)號”對應錄波序號，范圍為1～65535，每次加1，逐次遞增；“XX通道”為擴展項，表示同一個監(jiān)測設備內(nèi)不同的物理通道號，如果只有一個通道，則固定填1。

1.2 擴展性

局放發(fā)生時，根據(jù)聲、光、電等不同現(xiàn)象的表現(xiàn)形式，局放監(jiān)測主要分為特高頻、超聲、高頻、地電波幾種實現(xiàn)原理，并派生出相應的監(jiān)測設備。為此，標準信息定義即要適應變電站中的特高頻局放在線監(jiān)測系統(tǒng)，又要適應不同原理的手持式或便攜式帶電檢測設備。要實現(xiàn)這些信息擴展，采用了XML語言中的通用節(jié)點對象，如特高頻局放采用< UHFInfo >節(jié)點信息表述，超聲局放采用節(jié)點信息表述、高頻局放采用< HFCTInfo >信息表述、地電波采用節(jié)點信息表述。對于不同的監(jiān)測設備有不同的監(jiān)測通道，為做到通道可擴展，采用節(jié)點信息表述，為做到同一通道內(nèi)不同的PRPD/PRPS的二維/三維表現(xiàn)形式，采用表述,在節(jié)點內(nèi)通過不同屬性表述不同的曲線表述形式。這樣，局放分析軟件通過檢索XML節(jié)點并提取其中的屬性信息，即可以識別出當前局放文件具體類型和相關(guān)屬性，從而達到多種帶電檢測設備不同譜圖文件數(shù)據(jù)共享的目的。

2 局放實時信息

對于GIS、主變/電抗器的局放在線監(jiān)測通常采用特高頻原理，在主設備上安裝內(nèi)/外置特高頻局放傳感器，傳感器通過高頻電纜連接局放監(jiān)測IED，局放監(jiān)測IED通過以太網(wǎng)連接在線監(jiān)測后臺。相應的這類主設備的離線帶電檢測手段更加豐富，通常采用特高頻、超聲、高頻CT幾種原理進行精確的故障定位。

對于開關(guān)柜的局放監(jiān)測，出于工程實施成本考慮，一般不加裝局放在線監(jiān)測系統(tǒng)，只有重要的樞紐設備或疑似缺陷設備，會加裝地電波原理局放在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過磁吸方式在開關(guān)柜表面貼上地電波在線監(jiān)測裝置，然后通過485總線/以太網(wǎng)進行組網(wǎng)，并連接至在線監(jiān)測后臺。相應的這類主設備的離線帶電檢測通常采用手持式超聲、地電波設備、離線特高頻檢測儀進行精確的故障定位。

綜合上述變電站內(nèi)幾類主設備的局放監(jiān)測考慮，需要對特高頻、超聲、高頻CT、地電波幾種原理的在線或離線局放信息進行規(guī)范化定義，以便在連續(xù)時間域、離線時間域內(nèi)的局放信息不遺漏，真正發(fā)揮局放監(jiān)測的意義。

規(guī)范后的局放實時信息主要通過三個文件進行表述：一個是局放簡報，將局放主要信息以簡報的形式體現(xiàn)；另一個是局放配置，用于數(shù)據(jù)定義表述；再一個是局放數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)內(nèi)容表述。

2.1 局放簡報

局放簡報信息一方面描述設備概要信息，如變電站名稱、傳感器位置、投運時間等；另一方面是存儲每次局放發(fā)生時對應的特高頻局放信息(放電次數(shù)、最大值、最小值、平均值、放電相位等)、超聲局放信息(有效值、最大值、50 Hz相關(guān)性、100 Hz相關(guān)性等)、地電波信息(最大值、每秒鐘放電次數(shù)等)、高頻(放電次數(shù)、放電量、放電相位等)信息，做到與譜圖波形數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)，方便用戶查看。文件樣例如圖1所示。

圖1 局放簡報文件樣例Fig.1 File model of PD report

2.2 局放配置

局放配置主要是對后續(xù)局放譜圖數(shù)據(jù)文件內(nèi)容做解釋，描述每個通道、每條局放曲線的屬性，譬如，每個通道上送的數(shù)據(jù)容量、采樣點數(shù)、數(shù)據(jù)類型、二維曲線還是三維曲線等，局放分析軟件讀取到配置信息，就可以知道后續(xù)要上送的數(shù)據(jù)文件如何解釋，從而得知后續(xù)數(shù)據(jù)如何繪制出用戶希望看的局放譜圖。表示通道節(jié)點，如果是多個通道，可以通過多個表示，表示曲線信息，如果有多條曲線可以用多個表示。每個可以含有多個節(jié)點，每個節(jié)點內(nèi)又包括描述曲線的基本配置信息，如數(shù)值信息采用、、表示，節(jié)點內(nèi)包括數(shù)據(jù)類型、采樣率、采樣點數(shù)、描述名稱、單位等。每條曲線是二維、還是三維，或者是直線圖、餅狀圖、柱狀圖等，均可以通過節(jié)點內(nèi)的不同屬性表示。相應的文件樣例如圖2所示。

2.3 局放數(shù)據(jù)

局放數(shù)據(jù)文件主要是根據(jù)配置文件中定義的具體格式對字節(jié)流進行編碼，按逐個通道、逐條曲線進行數(shù)據(jù)存放，為提高可讀性，文中提出數(shù)據(jù)文件采用通用文本文件存儲方法。文件樣例如圖3所示。

圖2 實時譜圖配置文件格式Fig.2 Configuration file format of real-time spectrum diagram

圖3 實時譜圖數(shù)據(jù)文件格式Fig.3 Data file format of real-time spectrum diagram

3 局放趨勢信息

局放趨勢信息對于運維人員的局放直觀判斷非常有意義，運維人員人手少、維護設備多、查看時間短，對于局放在線監(jiān)測系統(tǒng)報出的異常告警信息，運維人員通常只需要查看在線監(jiān)測后臺或生產(chǎn)管理系統(tǒng)的局放發(fā)展趨勢，即可以快速確認這類局放報警是虛警信號還是實警信號，因此將在線監(jiān)測、帶電檢測兩類監(jiān)測設備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)格式進行規(guī)范化定義是非常有意義的。規(guī)范后的局放趨勢信息主要通過兩個文件進行表述：一個是配置信息，用于數(shù)據(jù)定義表述；另一個是數(shù)據(jù)信息，用于數(shù)據(jù)內(nèi)容表述。

3.1 局放配置

局放趨勢配置信息與局放實時配置信息格式基本相同，主要是通過節(jié)點描述多條趨勢曲線屬性，便于后續(xù)解析局放趨勢數(shù)據(jù)信息，從而完成局放類型統(tǒng)計圖、趨勢分析圖的繪制。文件樣例如圖4所示。

圖4 趨勢譜圖配置文件格式Fig.4 Configuration file format of trend spectrum diagram

3.2 局放數(shù)據(jù)

局放趨勢數(shù)據(jù)文件主要是根據(jù)配置文件中定義的具體格式對字節(jié)流進行編碼，按逐條曲線進行數(shù)據(jù)存放，為提高可讀性，提出數(shù)據(jù)文件采用通用文本文件存儲方法。文件樣例如圖5所示。

圖5 趨勢譜圖數(shù)據(jù)文件格式Fig.5 Data file format of trend spectrum diagram

4 離線文件傳輸

對于帶電檢測設備，有了局放標準信息定義還不夠，在現(xiàn)場實測過程中，通過帶電檢測設備生成檢測結(jié)果后，需要友好的融入在線監(jiān)測后臺或生產(chǎn)管理系統(tǒng)。要實現(xiàn)這一功能，通常有兩種作法：一種是在帶電檢測設備分析軟件上添加IEC 61850文件服務功能，將分析結(jié)果按對應在線監(jiān)測設備IEDName同名的方式，采用虛擬設備觸發(fā)錄波的方式，形成新錄波文件請求，然后通過FTP傳入后端系統(tǒng)；另一種是采用第三方IEC 61850文件服務[8-9]模塊軟件，同樣采用上述虛擬方式進行信息融合。考慮到IEC 61850文件服務是純軟件，采用的是通用FTP服務，且實施簡單，幾乎不增加額外的工程實施成本。

5 工程案例

按照國家電網(wǎng)一體化監(jiān)控的想法同時開發(fā)局放在線監(jiān)測系統(tǒng)和帶電檢測系統(tǒng)，局放在線監(jiān)測系統(tǒng)主要是定性分析、譜圖展示、趨勢分析，帶電檢測系統(tǒng)用于局放定位。為實現(xiàn)不同專業(yè)、不同部門開發(fā)人員開發(fā)局放分析系統(tǒng)的一致性，公司采用了文中所述信息融合標準化方案，開發(fā)出兩類局放分析系統(tǒng)，并應用于江西陽明東220 kV變電站實際工程，該變電站在送電期間發(fā)現(xiàn)2#主變間隔C相斷路器氣室斷路器合閘時，C相斷路器氣室的傳感器可接收到非常高的信號，PRPS/PRPD譜圖具有非常明顯的相位特性(如圖6所示)，且站內(nèi)在線監(jiān)測裝置判斷局放類型為空隙放電。為證明局放在線監(jiān)測系統(tǒng)是否為正確報警，現(xiàn)場工程人員拿來便攜式局放帶電檢測系統(tǒng)進行驗證，通過帶電檢測主機接入外置式特高頻局放傳感器，在PC軟件分析系統(tǒng)上的確看到了與在線監(jiān)測系統(tǒng)一致的局放譜圖(如圖7所示)，但通過超聲局放進行定位，并未發(fā)現(xiàn)明顯局放信號，最后廠家與用戶仔細溝通，建議繼續(xù)觀察，并將局放帶電檢測結(jié)果融入局放在線監(jiān)測系統(tǒng)，作為一個時間斷面數(shù)據(jù)，供后續(xù)分析參考。后來經(jīng)過連續(xù)三天的監(jiān)測實時，局放在線監(jiān)測系統(tǒng)不再有局放報警信號，通過局放帶電檢測系統(tǒng)實測，也沒有收到局放信號，經(jīng)過用戶、廠家的專業(yè)分析，確定為干擾信號，建議后續(xù)繼續(xù)跟蹤。同時，將此次帶電檢測相關(guān)文件通過在線監(jiān)測IED模擬系統(tǒng)傳入狀態(tài)監(jiān)測后臺，通過設置在線監(jiān)測IED名稱與虛擬IED名稱一致，本次記錄通過FTP完整的傳入狀態(tài)監(jiān)測分析后臺，使得本次帶電檢測作為一個時間斷面數(shù)據(jù)永久留在GIS整個生命周期，將帶電檢測文件融入在線監(jiān)測后臺系統(tǒng)后的趨勢分析畫面如圖8、圖9所示。

盡管這次實測結(jié)果為干擾信號，但至少證明了所提出的信息標準化方案實際可行性，局放專業(yè)分析人員、用戶運維人員對于這種作法非常認可，通過上述實測，工程師在現(xiàn)場可以將精力主要用于問題分析上，不會再對數(shù)據(jù)一致性、軟件兼容性分散過多的時間和精力，而且局放帶電檢測結(jié)果可以電子化融入局放在線監(jiān)測系統(tǒng)，豐富了一次設備狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫，對設備狀態(tài)評估有非常大的參考意義。

圖6 局放在線監(jiān)測系統(tǒng)譜圖Fig.6 Spectrum diagram of PD on-line monitoring system

圖7 局放帶電檢測系統(tǒng)譜圖Fig.7 Spectrum diagram of PD off-line monitoring system

圖8 局放類型統(tǒng)計Fig.8 Pie and Bar chart of PD type statistic

圖9 局放總體趨勢Fig.9 Overall trend of PD

6 結(jié)束語

根據(jù)近幾年局放在線監(jiān)測和現(xiàn)場帶電檢測的實施經(jīng)驗，對遇到的問題進行總結(jié)，提出了局放在線監(jiān)測與帶電檢測信息有效融合標準化方案，將目前流行的XML技術(shù)、IEC 61850技術(shù)引入到監(jiān)測領域，通過對相關(guān)文件樣例的編寫及測試，達到了局放在線監(jiān)測與帶電檢測信息互操作的目的，可有效緩解現(xiàn)有運維人員手動錄入帶電檢測結(jié)果的工作量，降低人為誤操作概率，可對一次設備狀態(tài)評估提供有效的技術(shù)支撐，也是對現(xiàn)有局放監(jiān)測標準進行有效補充，有很高的工程推廣價值。