基于情景回放的主子站協(xié)同在線監(jiān)聽與故障排查研究

徐珂, 韓燕飛, 張衛(wèi)國(guó), 李繼攀, 孫素亮

(國(guó)網(wǎng)菏澤供電公司， 菏澤 274000)

0 引言

在電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大的影響下，變電站數(shù)據(jù)的可靠性、真實(shí)性與安全性要求開始隨之提高。尤其在智能變電站的大力推廣下，傳統(tǒng)變電站的在線監(jiān)測(cè)模式早已無(wú)法滿足智能變電站的發(fā)展要求了，而針對(duì)智能變電站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)評(píng)估、故障告警等，則成為了智能變電站進(jìn)行狀態(tài)檢修，實(shí)現(xiàn)健康穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保障。而為了全方位掌控變電站的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，及時(shí)采取措施排除故障，針對(duì)主子站協(xié)同在線監(jiān)聽，進(jìn)行智能變電站情景監(jiān)控新模式，通過對(duì)變電站運(yùn)行過程中的聲音信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站整體運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)。同時(shí)，還要與既有監(jiān)控系統(tǒng)積極配合，基于多角度掌握變電站的具體運(yùn)行狀況，提高變電站主子站協(xié)同在線監(jiān)聽與故障排查的效率與質(zhì)量，從而促進(jìn)智能變電站的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展[1]。

1 變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中存在的主要問題

1.1 忽略了數(shù)據(jù)分析

目前，變電站在線監(jiān)測(cè)太過注重故障排查，卻在一定程度上忽略了數(shù)據(jù)分析，即歷史數(shù)據(jù)或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)。變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以將設(shè)備的運(yùn)行狀況切實(shí)反映出來(lái)，通過有效分析歷史數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備變化趨勢(shì)做進(jìn)一步判斷分析。但是，現(xiàn)階段對(duì)數(shù)據(jù)分析卻嚴(yán)重缺乏重視。

1.2 數(shù)據(jù)間孤立存在

變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)都處于相對(duì)孤立的狀態(tài)，并未構(gòu)建完善的、系統(tǒng)的有機(jī)聯(lián)系。當(dāng)前變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含多項(xiàng)子系統(tǒng)，而各系統(tǒng)間相互孤立存在，并為構(gòu)建健全的聯(lián)系與通訊，這樣一來(lái)，在線監(jiān)測(cè)所獲得的信息就會(huì)缺少系統(tǒng)性與整體性，難以對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行可行性判斷。

1.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理不到位

在變電站在線監(jiān)測(cè)中，未嚴(yán)格按照應(yīng)用特性進(jìn)行數(shù)據(jù)分類及傳輸，從而使得數(shù)據(jù)有效性大大降低，進(jìn)而直接影響在線監(jiān)測(cè)的有效性[2-3]。

2 智能變電站在線監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵性技術(shù)

2.1 采集狀態(tài)數(shù)據(jù)

其一，安裝傳感器，在變電站運(yùn)行過程中，其運(yùn)行條件需要借助傳感器獲得，并應(yīng)安裝各種智能與非智能傳感器，其中智能傳感器帶有輸出接口，而非智能在轉(zhuǎn)變后，需要通過電流或電壓進(jìn)行傳輸。其二，讀取設(shè)備。變電站設(shè)備的性能狀態(tài)，即CPU占用率與內(nèi)存等，以及設(shè)備運(yùn)行條件，即CPU溫度與電源質(zhì)量等都能夠通過此設(shè)備獲取。但是，傳統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備缺乏既定約束標(biāo)準(zhǔn)，再加上信息輸出方式大不相同，難以在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)有效應(yīng)用。其三，通信監(jiān)聽。后臺(tái)系統(tǒng)與電力設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生報(bào)文，通過獲取其相關(guān)信息，并進(jìn)行詳細(xì)分析，可以獲得與職能設(shè)備網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)相關(guān)的信息，還能夠通過對(duì)報(bào)文類別與收發(fā)時(shí)標(biāo)等獲得性能指標(biāo)。

2.2 狀態(tài)評(píng)估

二次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)，既要及時(shí)發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)備故障，以此為排查故障提供幫助，還需要綜合評(píng)估設(shè)備運(yùn)行狀況，以此為檢修提供技術(shù)支持。狀態(tài)評(píng)估主要包含三大步驟，首先，提取狀態(tài)值。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的時(shí)候，對(duì)其指標(biāo)形成時(shí)間序列，以此反映設(shè)備的變化趨勢(shì)，在設(shè)備穩(wěn)定處于固定狀態(tài)的時(shí)候，代表設(shè)備狀態(tài)穩(wěn)定健康，所以，為了準(zhǔn)確描述其狀態(tài)，必須提取相關(guān)值加以反映。其次，合成健康度。根據(jù)狀態(tài)值，所反映的設(shè)備健康狀態(tài)實(shí)際上并不全面，還需要通過加權(quán)平均法，對(duì)狀態(tài)綜合成設(shè)備的健康程度，以此對(duì)設(shè)備總狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。最后，預(yù)警狀態(tài)。對(duì)設(shè)備預(yù)警，即指標(biāo)規(guī)定值超出正常范圍的時(shí)候，就會(huì)及時(shí)發(fā)出警告，通過預(yù)警，可以出發(fā)相關(guān)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行全面或局部檢修，以此實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修[4]。

3 智能變電站音頻監(jiān)測(cè)原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 音頻監(jiān)測(cè)原理

智能變電站音頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是用來(lái)對(duì)相關(guān)設(shè)施設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的聲音信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體如圖1所示。

圖1 音頻信號(hào)監(jiān)測(cè)原理

其中多路音頻信號(hào)經(jīng)過傳感器采集、濾波、放大、AD轉(zhuǎn)換，傳送給單片機(jī)數(shù)據(jù)處理器，在處理之后，通過現(xiàn)場(chǎng)總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶冸娬颈O(jiān)控主機(jī)，經(jīng)過頻譜分析、提取音頻特征參數(shù)，再識(shí)別音頻特征，并根據(jù)特征向量輸出設(shè)備狀態(tài)與故障類型，監(jiān)控主機(jī)就判斷結(jié)果進(jìn)行預(yù)警，或者采取有效促使處理故障[5]。

3.2 音頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能變電站音頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體如圖2所示。

圖2 音頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(似有殘缺)

系統(tǒng)的硬件主要包括聲音信號(hào)采集模塊、故障類型判別模塊、人機(jī)交互模塊、電源模塊[6]。

4 基于情境回放的主子站協(xié)同在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

4.1 主站軟件

在線監(jiān)測(cè)主站采集智能變電站運(yùn)行的關(guān)鍵性信息，以此對(duì)智能變電站進(jìn)行在線監(jiān)視、故障分析、狀態(tài)評(píng)估等，其中主要包含3個(gè)部分，即系統(tǒng)軟件、支撐軟件、應(yīng)用軟件,如圖3所示。

系統(tǒng)軟件主要選擇的是Linux系統(tǒng)，其不僅可以充分發(fā)揮其在應(yīng)用軟件中的支持性作用，還可以有效防止專用商業(yè)軟件的技術(shù)封閉與安全不可控。支撐軟件主要利用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)Ω髯诱舅诤系倪\(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析與處理，并基于JDBC與OCI接口給上層應(yīng)用軟件提供數(shù)據(jù)信息。由于JAVA具備較好的擴(kuò)展性，能夠靈活地實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)應(yīng)用，通過JAVA開發(fā)主站應(yīng)用軟件。另外，因?yàn)镾SP01系統(tǒng)軟件平臺(tái)能夠提供多元化的應(yīng)用接口，因此，利用此系統(tǒng)軟件平臺(tái)，能夠在很大程度上促使應(yīng)用軟件開發(fā)難度降低。

應(yīng)用軟件能夠展現(xiàn)出具體功能，智能變電站的主子站協(xié)同在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所涉獵的核心內(nèi)容相對(duì)較多，其中主要分析SVG圖形生成模塊與HMI人際交互模塊的技術(shù)開發(fā)重難點(diǎn)。其中，SVG具備其自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，即隨意縮放、文本獨(dú)立、顯示效果良好、顏色控制能力較高、交互性較優(yōu)、智能化突出等，能夠進(jìn)一步強(qiáng)化基于情景回放的主子站協(xié)同在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體效果。通過SVG格式進(jìn)行圖形顯示，可以更加形象、生動(dòng)地描述相關(guān)信息與狀態(tài)。WEB發(fā)布子系統(tǒng)主要是以跨平臺(tái)、高性能、可伸縮的JAVA技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行建立的，并基于MVC架構(gòu)分層設(shè)計(jì)WEB系統(tǒng)[7-9]。

4.2 子站軟件

子站主要是利用SNMP通信庫(kù)與網(wǎng)管接入設(shè)備實(shí)現(xiàn)相互連接，并基于通信庫(kù)與站控、間隔層設(shè)備交換信息，通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與主站系統(tǒng)之間相銜接。如圖4所示。

圖3 主站系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

圖4 子站軟件架構(gòu)

與主站所利用的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)融合多個(gè)子站信息比較分析，單項(xiàng)子站數(shù)據(jù)量比較小，所以，利用簡(jiǎn)單、便捷的My SQL小型數(shù)據(jù)庫(kù)，基于SDK接口為上層提供數(shù)據(jù)信息。子站也是通過SSP01系統(tǒng)軟件平臺(tái)提供的應(yīng)用接口，直接促使軟件開發(fā)難度有所下降。子站軟件所涉獵的主要是通信功能與模型生成模塊、主站上傳模塊等等[10-12]。

5 基于情景回放的主子站協(xié)同在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試

通過主站與子站之間的信息交互，完成智能變電站主子站在線監(jiān)控系統(tǒng)功能。

5.1 主站系統(tǒng)

調(diào)度中心基于電力專用網(wǎng)絡(luò)，融合管轄范圍內(nèi)的各變電站的工況信息，主站能夠直觀形象地顯示子站在線監(jiān)測(cè)與故障定位分析狀況。主站系統(tǒng)工況界面主要包含子站總體統(tǒng)計(jì)狀況，并通過圖形形式展示其比重，同時(shí)對(duì)應(yīng)子站的具體狀況，相關(guān)工作人員通過主站系統(tǒng)的工況，在掌握變電站整體狀況的基礎(chǔ)上，還能夠及時(shí)進(jìn)入子站分析界面，進(jìn)而掌握子站的詳細(xì)信息。主站通過監(jiān)控界面，實(shí)時(shí)觀察通信監(jiān)控信息，通過不同指示，以更加直觀的形式，展示子站監(jiān)控情況，并準(zhǔn)確定位具體故障。因?yàn)殡娏π畔⒘骶邆湟欢ǖ耐话l(fā)性，主站需要收集子站信息，這就直接提高了對(duì)主站通信與數(shù)據(jù)處理能力的要求[13-14]。

5.2 子站系統(tǒng)

子站系統(tǒng)的功能比較簡(jiǎn)單，其主要顯示的是智能變電站現(xiàn)場(chǎng)的具體運(yùn)行狀況與設(shè)備的相關(guān)信息，變電站事件查詢結(jié)果通過表格形式加以展現(xiàn)，并支持結(jié)構(gòu)打印與導(dǎo)出等相關(guān)操作。子站的在線監(jiān)測(cè)與故障排查分析系統(tǒng)能，還具有完善的在線監(jiān)測(cè)與故障分析功能[15]。

6 總結(jié)

總而言之，基于情景回放的主子站協(xié)同在線監(jiān)聽系統(tǒng)主要通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電站的二次系統(tǒng)，能夠快速準(zhǔn)確定位故障設(shè)備的具體位置，并進(jìn)行異常分析，從而大大減少智能變電站的維護(hù)與生產(chǎn)成本。因?yàn)榭梢蕴崆芭袛嘀悄茏冸娬竟收?，有效降低了硬件設(shè)備的故障發(fā)生幾率，并延長(zhǎng)了智能變電站的使用期限。通過提高智能變電站的故障排查能力，可以進(jìn)一步判斷故障點(diǎn)，以此提高故障的處理能力，防止出現(xiàn)重復(fù)故障。同時(shí)，通過對(duì)變電站故障進(jìn)行預(yù)警，可以將故障及時(shí)控制在萌芽狀態(tài)，減少智能變電站故障所衣服那的停電處理與事故發(fā)生，進(jìn)而確保電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。