淺談大數(shù)據(jù)技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用

古海江

摘要：隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，為繼電保護(hù)的智能性提供了新的發(fā)展方向。繼電保護(hù)發(fā)展也有了更高層次的研究的技術(shù)參考。繼電保護(hù)系統(tǒng)作為電力行業(yè)傳統(tǒng)專業(yè)技術(shù)意義非常大，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)具有較高的先進(jìn)性，能夠快速提升智能水平。因此，如何在繼電保護(hù)領(lǐng)域中使用大數(shù)據(jù)技術(shù)成為了電力系統(tǒng)發(fā)展新的研究課題。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)技術(shù);繼電保護(hù)領(lǐng)域;應(yīng)用

應(yīng)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，將推動(dòng)繼電保護(hù)專業(yè)管理信息化水平提升。中國電力科學(xué)研究院已研發(fā)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，將為繼電保護(hù)專業(yè)數(shù)據(jù)大量存儲(chǔ)、靈活處理、關(guān)聯(lián)共享、高速計(jì)算提供基礎(chǔ)構(gòu)架，為數(shù)據(jù)挖掘提供算法和分析支持，支撐智能高級(jí)應(yīng)用。電力企業(yè)已引入相關(guān)管理系統(tǒng)用于變電站設(shè)備數(shù)字化管理。

1數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)特征

1.1數(shù)據(jù)來源

1.1.1設(shè)備初始數(shù)據(jù)

設(shè)備初始數(shù)據(jù)主要有設(shè)備選型、出廠、安裝等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，其中出廠數(shù)據(jù)是核心部分，由制造廠家根據(jù)各自信息系統(tǒng)提供，隨設(shè)備出廠，提交給電網(wǎng)運(yùn)行和技術(shù)支撐單位。保護(hù)設(shè)備出廠時(shí)，在設(shè)備內(nèi)部建模并寫入設(shè)備的自描述信息，在設(shè)備外部設(shè)置電子標(biāo)簽或二維碼標(biāo)簽，攜帶設(shè)備識(shí)別代碼信息。該代碼類似于保護(hù)設(shè)備的“身份證”，一般由制造廠家代碼（4位字母）+設(shè)備序列號(hào)組成。制造廠家建立與保護(hù)設(shè)備識(shí)別代碼相關(guān)聯(lián)的設(shè)備出廠描述信息，形成文本數(shù)據(jù)和數(shù)值。另外，制造廠家對(duì)家族性缺陷的定性分析、反措建議等也一并收集，數(shù)據(jù)格式包括文本、圖形等。

1.1.2檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)

電力行業(yè)及國家級(jí)繼電保護(hù)檢測機(jī)構(gòu)對(duì)各類保護(hù)設(shè)備開展動(dòng)模試驗(yàn)、型式試驗(yàn)、專業(yè)檢測等，針對(duì)各制造廠家不同型號(hào)的保護(hù)設(shè)備都有大量的檢測數(shù)據(jù)。在檢測中可獲取設(shè)備在故障和異常下的動(dòng)作數(shù)據(jù)、錄波數(shù)據(jù)，并根據(jù)結(jié)構(gòu)化要求，解析保護(hù)裝置的型號(hào)、軟件版本、智能電子設(shè)備能力描述ICD文件、校驗(yàn)碼、功能、測試批次、測試結(jié)論等信息。專業(yè)檢測通過后，公布合格產(chǎn)品的制造廠家、型號(hào)、類別、版本等數(shù)據(jù)。此部分?jǐn)?shù)據(jù)主要來自于檢測機(jī)構(gòu)的信息系統(tǒng)，數(shù)據(jù)格式主要為文本、數(shù)字、錄波文件等，以及在檢測中收集的原始數(shù)據(jù)和最終報(bào)告。

1.1.3生產(chǎn)運(yùn)維數(shù)據(jù)

生產(chǎn)運(yùn)維數(shù)據(jù)包含保護(hù)設(shè)備的投運(yùn)、巡視、缺陷處置、評(píng)價(jià)、檢修等信息，通過信息系統(tǒng)填報(bào)獲取，或通過移動(dòng)APP實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場采集與交互。數(shù)據(jù)來源于調(diào)度管理系統(tǒng)（OMS）中的統(tǒng)計(jì)分析、狀態(tài)檢修模塊，生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PMS）、智能變電站配置文件管理系統(tǒng)、智能壓板防誤操作系統(tǒng)以及運(yùn)維工作APP等，數(shù)據(jù)類型主要為文本、數(shù)值、圖片、視頻、特定格式文件等。

1.2數(shù)據(jù)特征

對(duì)繼電保護(hù)專業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)的來源、格式和內(nèi)容來看有以下特征。1）數(shù)據(jù)多源融合。繼電保護(hù)專業(yè)數(shù)據(jù)來源于OMS、PMS以及相關(guān)APP等，還包括來自制造廠家的信息系統(tǒng)、檢測機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)多源化明顯，且部分?jǐn)?shù)據(jù)已融合。2）結(jié)構(gòu)化程度高。繼電保護(hù)領(lǐng)域各類數(shù)據(jù)規(guī)范化、結(jié)構(gòu)化程度較高，通過建立離線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型和在線信息規(guī)范，統(tǒng)一了保護(hù)設(shè)備描述和輸出信息的結(jié)構(gòu)化內(nèi)容，為數(shù)據(jù)分析奠定了良好的基礎(chǔ)。繼電保護(hù)各項(xiàng)工作可依托統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型關(guān)聯(lián)至每臺(tái)設(shè)備的制造廠家、型號(hào)、版本等基礎(chǔ)信息。3）異構(gòu)數(shù)據(jù)逐步增多。獲取的錄波文件、SCD文件、ICD文件、圖片、視頻等異構(gòu)數(shù)據(jù)的快速增長，對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備描述信息更為豐富，對(duì)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視更為準(zhǔn)確和及時(shí)，此類數(shù)據(jù)具備進(jìn)一步挖掘和分析應(yīng)用條件。4）體量較大。隨著在線信息的獲取和應(yīng)用，數(shù)據(jù)體量將達(dá)到PB級(jí)別。例如，針對(duì)20000節(jié)點(diǎn)的電網(wǎng)中10萬套保護(hù)裝置進(jìn)行定值校核，掃描計(jì)算不同運(yùn)行方式、故障類型、故障點(diǎn)的短路電流和電壓，數(shù)據(jù)文件可達(dá)GB級(jí)。5）數(shù)據(jù)全覆蓋。數(shù)據(jù)范疇涉及設(shè)備全壽命周期，并包括繼電保護(hù)裝置、二次端子（虛端子）、保護(hù)壓板等關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)，體現(xiàn)保護(hù)功能的完整性。

2應(yīng)用場景

2.1設(shè)備分析評(píng)價(jià)與狀態(tài)評(píng)估

主要包括繼電保護(hù)設(shè)備分析、評(píng)價(jià)、在線狀態(tài)評(píng)估、狀態(tài)檢修等場景，面向保護(hù)設(shè)備，分析其配置和健康狀態(tài)。1）設(shè)備分析。設(shè)計(jì)微機(jī)化率、雙重化率、光纖化率、國產(chǎn)化率、各廠家市場占有率等指標(biāo)，與調(diào)度范圍、電壓等級(jí)、設(shè)備類別等關(guān)聯(lián)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行年限、電壓等級(jí)、設(shè)備類型分布情況進(jìn)行分析。2）設(shè)備評(píng)價(jià)。采用監(jiān)測設(shè)備模擬量、環(huán)境參數(shù)，結(jié)合設(shè)備平均無故障時(shí)間、運(yùn)行可靠性、動(dòng)作正確率等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，分析設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行健康狀態(tài)和可靠性。3）在線狀態(tài)評(píng)估。結(jié)合評(píng)估指標(biāo)體系，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線評(píng)估和預(yù)警。4）狀態(tài)檢修。綜合檢修策略模型、設(shè)備狀態(tài)，提供有針對(duì)性的檢修策略建議。

2.2運(yùn)行分析和定向優(yōu)化

主要包括繼電保護(hù)運(yùn)行情況分析、電網(wǎng)故障分析、繼電保護(hù)定向優(yōu)化等場景。1）運(yùn)行分析。挖掘保護(hù)設(shè)備各類故障動(dòng)作信息，分析保護(hù)動(dòng)作行為，完成動(dòng)作的評(píng)價(jià)，并結(jié)合保護(hù)動(dòng)作歷史數(shù)據(jù)和錄波數(shù)據(jù)，總結(jié)提取動(dòng)作特性。2）電網(wǎng)故障分析。分析復(fù)雜故障時(shí)的保護(hù)動(dòng)作和錄波信息，結(jié)合氣象、環(huán)境、一次設(shè)備布置等數(shù)據(jù)，進(jìn)行電網(wǎng)故障診斷、故障定位、故障原因分析，并可分析和評(píng)估保護(hù)動(dòng)作行為對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的影響。3）定向優(yōu)化。通過挖掘一次設(shè)備配置、保護(hù)設(shè)備配置、保護(hù)動(dòng)作等大量數(shù)據(jù)，分析保護(hù)配置合理性、雙重化效果和后備保護(hù)作用，提出保護(hù)配置、整定、策略的定向優(yōu)化方案。

2.3缺陷分析與精準(zhǔn)技改

主要包括繼電保護(hù)設(shè)備缺陷分析、家族性缺陷篩查、精準(zhǔn)技改等應(yīng)用場景。1）缺陷分析。挖掘保護(hù)設(shè)備各類缺陷信息，關(guān)聯(lián)設(shè)備類型、運(yùn)行時(shí)長、環(huán)境等數(shù)據(jù)，分析繼電保護(hù)設(shè)備缺陷原因和具體部位。2）家族性缺陷篩查。聚類分析保護(hù)設(shè)備家族型號(hào)，挖掘具體保護(hù)設(shè)備的缺陷信息，分析家族性缺陷設(shè)備的全網(wǎng)分布及運(yùn)行情況。3）精準(zhǔn)技改。分析設(shè)備健康狀態(tài)和發(fā)展趨勢，提出保護(hù)不正確動(dòng)作的原理性問題和軟硬件風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)應(yīng)提出技術(shù)改造策略。

2.4智能診斷及隱性故障識(shí)別

主要包括繼電保護(hù)智能診斷、繼電保護(hù)隱性故障識(shí)別等應(yīng)用場景。1）智能診斷。綜合電網(wǎng)運(yùn)行、保護(hù)運(yùn)行、故障錄波等數(shù)據(jù)，利用變化趨勢、突變監(jiān)測、數(shù)據(jù)源比對(duì)等智能技術(shù)，進(jìn)行電網(wǎng)故障預(yù)警、電網(wǎng)故障快速定位和輔助決策。2）隱性故障識(shí)別。觀測保護(hù)設(shè)備內(nèi)部信息、智能變電站回路信息、運(yùn)行定值等，建立隱性故障識(shí)別模型，關(guān)聯(lián)電網(wǎng)故障數(shù)據(jù)，以大電網(wǎng)和設(shè)備視角識(shí)別隱性故障。

2.5智能運(yùn)維與透明管控

主要包括繼電保護(hù)遠(yuǎn)程智能運(yùn)維、透明管控等應(yīng)用場景。1）遠(yuǎn)程智能運(yùn)維。結(jié)合保護(hù)設(shè)備信息，關(guān)聯(lián)電網(wǎng)和智能變電站運(yùn)行信息、計(jì)劃檢修信息、安全措施策略，進(jìn)行安措執(zhí)行分析，對(duì)遠(yuǎn)程智能巡視周期內(nèi)的關(guān)注信息進(jìn)行自動(dòng)智能分析。2）透明管控。通過保護(hù)設(shè)備身份識(shí)別技術(shù)和手持終端信息采集，對(duì)現(xiàn)場運(yùn)行巡視、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)等信息實(shí)時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場運(yùn)維透明管控。離線信息通過應(yīng)用系統(tǒng)采集，在線信息由變電站內(nèi)裝置經(jīng)站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)送至調(diào)度端，基于移動(dòng)互聯(lián)的安全應(yīng)用系統(tǒng)收集各項(xiàng)現(xiàn)場工作及評(píng)價(jià)信息，所有數(shù)據(jù)基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)資源進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、計(jì)算和共享，支撐了各項(xiàng)應(yīng)用場景的實(shí)現(xiàn)。

2.6智能關(guān)聯(lián)與設(shè)備聯(lián)調(diào)

主要包括智能變電站虛端子智能關(guān)聯(lián)、設(shè)備遠(yuǎn)程聯(lián)調(diào)等應(yīng)用場景。1）虛端子智能關(guān)聯(lián)。導(dǎo)入CID配置文件模擬不同制造商IED設(shè)備外部特性，識(shí)別站內(nèi)過程層和間隔層中各類網(wǎng)絡(luò)報(bào)文信息，結(jié)合SSD文件約束，實(shí)現(xiàn)全站IED設(shè)備的虛擬連線組網(wǎng)等操作。2）設(shè)備遠(yuǎn)程聯(lián)調(diào)。構(gòu)建平臺(tái)將擬安裝設(shè)備在出廠前進(jìn)行遠(yuǎn)程互聯(lián)，模擬間隔層、過程層、站控層測試，校核ICD文件一致性、SCD及GOOSE虛端子的正確性，檢查各IED設(shè)備的互聯(lián)互通性，為智能變電站的投運(yùn)提供重要前期支撐。

3結(jié)論

目前基于保護(hù)設(shè)備數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)、動(dòng)作數(shù)據(jù)完成了保護(hù)設(shè)備家族建模和計(jì)算，下一步將考慮保護(hù)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，將運(yùn)行環(huán)境、保護(hù)設(shè)備內(nèi)部環(huán)境、運(yùn)行監(jiān)測量等納入家族分析范圍，進(jìn)一步提升分析的精益化程度。

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