繼電保護(hù)領(lǐng)域中大數(shù)據(jù)技術(shù)的有效運(yùn)用

曹 鋮，潘文博

（神華國華壽光發(fā)電有限責(zé)任公司，山東 濰坊 262714）

0 引 言

大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域中均有所應(yīng)用，并且產(chǎn)生了較好的應(yīng)用效果。具體而言，主要是借助大數(shù)據(jù)技術(shù)本身的特點(diǎn)，將電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息等進(jìn)行有效分析和處理，使得信息和數(shù)據(jù)的處理速度、效率及質(zhì)量等均得到提升，并且可以深度挖掘數(shù)據(jù)的深層價(jià)值。隨著現(xiàn)代化社會(huì)的發(fā)展，各類軟硬件得到了升級(jí)改造，信息化技術(shù)更是得到了有效應(yīng)用，從而有效推進(jìn)了微機(jī)化的保護(hù)設(shè)備應(yīng)用，也對(duì)在線信息和離線信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與運(yùn)行管理進(jìn)行了規(guī)范。整體上借助所研發(fā)的專業(yè)管理系統(tǒng)，切實(shí)提高了有關(guān)設(shè)備和電力系統(tǒng)本身的運(yùn)行安全和使用可靠性。

對(duì)于繼電保護(hù)而言，這一過程需要進(jìn)行在線計(jì)算和離線計(jì)算等，主要是對(duì)有關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供可靠參考和決策依據(jù)，為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和電網(wǎng)整體安全等提供可靠保障[1]。對(duì)于電力系統(tǒng)中有關(guān)數(shù)據(jù)的掌握和有效處理，以及深度挖掘數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效分析和使用，更是繼電保護(hù)和設(shè)備高效應(yīng)用的重要研究方向。

對(duì)于繼電保護(hù)而言，其保護(hù)過程所進(jìn)行的離線分析，主要是對(duì)有關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)等進(jìn)行完整收集，進(jìn)而做出計(jì)算和分析，并驗(yàn)證規(guī)律。整體上實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)的詳細(xì)觀測(cè)和采集，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證分析。當(dāng)前，繼電保護(hù)中進(jìn)行離線分析高度依賴數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化程度與所使用的分析方法。與此同時(shí)，根據(jù)實(shí)測(cè)參數(shù)與借助電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行的整定計(jì)算，也是繼電保護(hù)的主要業(yè)務(wù)。

繼電保護(hù)在線計(jì)算和分析的主要過程及環(huán)節(jié)，涉及數(shù)據(jù)收集和解析、計(jì)算和結(jié)果呈現(xiàn)。這一過程中所使用的數(shù)據(jù)和有關(guān)信息，即來自于電網(wǎng)系統(tǒng)中的調(diào)度信息、計(jì)算分析信息以及故障遠(yuǎn)傳和在線監(jiān)視和分析等。隨著數(shù)據(jù)量的激增和相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的增多，數(shù)據(jù)的重復(fù)錄入問題以及復(fù)雜問題處理時(shí)效格外嚴(yán)重。整體上，對(duì)于數(shù)據(jù)信息的來源唯一、數(shù)據(jù)內(nèi)容的精確度以及數(shù)據(jù)廣泛共享的需求格外迫切。

電力系統(tǒng)中應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)能有效解決上述問題。在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持和幫助下，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算能力的提升，規(guī)避由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)受限制帶來的制約。實(shí)現(xiàn)眾多業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用共享服務(wù)的目的。對(duì)各類數(shù)據(jù)信息的處理、共享及計(jì)算使用等要求變得更加切實(shí)可行。

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)備出廠數(shù)據(jù)

設(shè)備出廠數(shù)據(jù)基本屬于設(shè)備生產(chǎn)廠家對(duì)于有關(guān)設(shè)備的功能等信息描述，一般隨著設(shè)備的出廠而提交給使用單位。具體而言，保護(hù)設(shè)備出廠時(shí)在內(nèi)部會(huì)進(jìn)行建模并寫入設(shè)備的自描述信息，設(shè)備外部帶有相應(yīng)的條形碼標(biāo)簽或者電子標(biāo)簽等。這樣的形式和方式相當(dāng)于對(duì)設(shè)備進(jìn)行了身份證明。另外，設(shè)備的生產(chǎn)廠家會(huì)對(duì)設(shè)備的自有缺陷及相關(guān)注意事項(xiàng)等進(jìn)行描述和呈現(xiàn)，將其作為重要信息提供給使用單位。基本的數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)方式有文本和圖形等多種。

1.1.2 檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

在電力行業(yè)發(fā)展過程中，必須對(duì)自身所使用的有關(guān)設(shè)備及系統(tǒng)等進(jìn)行檢測(cè)和試驗(yàn)，明確設(shè)備和系統(tǒng)使用的可靠性與穩(wěn)定性。相應(yīng)的，國家針對(duì)電力行業(yè)提出了更多具體要求和規(guī)定，其中包含對(duì)有關(guān)保護(hù)設(shè)備等進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)模擬等，針對(duì)不同廠家的不同型號(hào)有不同的檢測(cè)和試驗(yàn)方法，具體試驗(yàn)檢測(cè)過程主要是針對(duì)設(shè)備在異常情況下的動(dòng)作數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)備型號(hào)及具體功能作用等分析設(shè)備的可靠性和故障解決方法。所以，經(jīng)過專業(yè)檢測(cè)和分析之后，有關(guān)合格產(chǎn)品的型號(hào)、廠家及版本數(shù)據(jù)等就會(huì)得到公開。據(jù)此這一過程所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)主要來自各個(gè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其中包含設(shè)備的檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)及原始數(shù)據(jù)等，并會(huì)以文本、數(shù)字等形式進(jìn)行呈現(xiàn)。

1.1.3 調(diào)控運(yùn)行數(shù)據(jù)

調(diào)控運(yùn)行數(shù)據(jù)即是在電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中進(jìn)行的設(shè)備調(diào)控所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以及運(yùn)行過程產(chǎn)生的故障信息數(shù)據(jù)等。具體而言，調(diào)控運(yùn)行過程電網(wǎng)發(fā)生故障及運(yùn)行巡視過程保護(hù)設(shè)備檢測(cè)的數(shù)據(jù)，以及人工方式獲取的有關(guān)數(shù)據(jù)等，均是重要的調(diào)控運(yùn)行數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)特征

1.2.1 數(shù)據(jù)多源融合

多源融合指的是在電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，各個(gè)組成部分的運(yùn)行信息數(shù)據(jù)及故障信息數(shù)據(jù)等形成數(shù)據(jù)的多源形式，呈現(xiàn)后形成了數(shù)據(jù)的多源特征，并且其中部分?jǐn)?shù)據(jù)會(huì)融合。

1.2.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化程度較高

這一特征即表現(xiàn)在數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)及計(jì)算過程等。具體而言，各類數(shù)據(jù)的規(guī)范化和結(jié)構(gòu)化特征呈現(xiàn)，是由于所建立的離線數(shù)據(jù)模型及在線計(jì)算模型，使得數(shù)據(jù)要基于一定規(guī)范化形式和結(jié)構(gòu)進(jìn)行呈現(xiàn)，進(jìn)而方便收集和計(jì)算，進(jìn)一步表現(xiàn)出各類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化和規(guī)范化特征。

1.2.3 數(shù)據(jù)體量較大

隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)模逐漸擴(kuò)大以及相應(yīng)設(shè)施的增多、應(yīng)用需求的增多，其中的有關(guān)數(shù)據(jù)信息變得越發(fā)龐大，實(shí)際情況下能達(dá)到PB級(jí)別。

2 應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 設(shè)備分析評(píng)估與狀態(tài)評(píng)估

對(duì)于實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景而言，如某電廠使用GE發(fā)變組保護(hù)裝置解決方案中，切實(shí)有效應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)其設(shè)備的配置和健康狀態(tài)進(jìn)行有效檢測(cè)和分析評(píng)估，以此根據(jù)評(píng)估結(jié)果能指導(dǎo)和引導(dǎo)電網(wǎng)企業(yè)是否進(jìn)行檢修和故障解決等[2]。另外，對(duì)于設(shè)備的分析評(píng)估包括對(duì)設(shè)備使用年限和電壓等級(jí)等進(jìn)行分析，從而根據(jù)分析過程和結(jié)果，明確GE發(fā)變組保護(hù)等的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，所以更加方便管理者和使用者對(duì)其進(jìn)行維護(hù)與管理。同時(shí)，能根據(jù)分析評(píng)估的結(jié)果，對(duì)故障設(shè)備的檢修提供有針對(duì)性且可行性更高的方案及建議，也能對(duì)不同健康狀態(tài)的設(shè)備提供不同的檢修和維護(hù)方案等。

2.2 運(yùn)行分析和定向優(yōu)化

運(yùn)行方面的分析主要是對(duì)GE發(fā)變組保護(hù)等設(shè)備進(jìn)行故障動(dòng)作信息的有效挖掘和收集，以及對(duì)其發(fā)生保護(hù)行為的分析、動(dòng)作完成過程和效果的分析，進(jìn)而根據(jù)以往所收集故障動(dòng)作信息和對(duì)其本身功能設(shè)定故障動(dòng)作的對(duì)比，完成對(duì)設(shè)備整體的評(píng)價(jià)，進(jìn)而提出更有參考價(jià)值的預(yù)警級(jí)別信息。通過有效的運(yùn)行分析，以及通過對(duì)一次設(shè)備有關(guān)配置、保護(hù)設(shè)備配置等的大量數(shù)據(jù)收集和分析，提供當(dāng)前配置情況是否滿足電網(wǎng)安全和穩(wěn)定運(yùn)行要求。如果分析結(jié)果提出預(yù)警信息，則更會(huì)提供配置方面的優(yōu)化策略，從而保障系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 缺陷分析與精準(zhǔn)技改

缺陷分析即是對(duì)GE發(fā)變組保護(hù)設(shè)備等設(shè)備缺陷進(jìn)行有效分析，通過關(guān)聯(lián)運(yùn)行具體情況，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行環(huán)境等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，分析設(shè)備最終出現(xiàn)故障的可能性和具體部位。精準(zhǔn)技改則更是基于對(duì)主要故障問題的分析和對(duì)故障處理結(jié)果的分析，提出系統(tǒng)性及設(shè)備本身需要改進(jìn)的部位，以提供相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)策略。

2.4 智能診斷

智能診斷則是根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)以及保護(hù)運(yùn)行有關(guān)歷史數(shù)據(jù)、信息的比對(duì)、計(jì)算和智能分析，結(jié)合相關(guān)變化趨勢(shì)及故障發(fā)生特征，智能預(yù)測(cè)故障發(fā)生概率和時(shí)間、具體部位等，為電網(wǎng)檢修和設(shè)備維護(hù)、安全管理等提供更加準(zhǔn)確的參考。并且能通過對(duì)比大電網(wǎng)，確定系統(tǒng)中設(shè)備等存在的隱形故障和嚴(yán)重問題，為電網(wǎng)整體的穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠保障和有效支持。

2.5 智能運(yùn)維管理

智能運(yùn)維管理體現(xiàn)在遠(yuǎn)程的智能運(yùn)維中。具體通過結(jié)合保護(hù)設(shè)備有關(guān)信息以及對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息的獲取和明確，進(jìn)而通過有關(guān)檢測(cè)設(shè)備和信息收集方式，借助網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)施實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的運(yùn)維管理。

透明管控也是重要的應(yīng)用體現(xiàn)，是借助對(duì)保護(hù)設(shè)備身份的識(shí)別和明確，進(jìn)一步借助手持設(shè)備等對(duì)保護(hù)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行信息采集和故障動(dòng)作表現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集，整體上實(shí)現(xiàn)信息收集與管控規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)透明管控。并且通過透明管控，幫助開展電網(wǎng)系統(tǒng)有關(guān)檢修工作及維護(hù)工作等，可以實(shí)現(xiàn)大范圍大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 具體應(yīng)用

對(duì)于電力系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用而言，其在繼電保護(hù)領(lǐng)域有著更多的應(yīng)用場(chǎng)景，以此整體上借助大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及特性，建立結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化、可復(fù)用的模型，進(jìn)而借助分析與反饋等，對(duì)有關(guān)模型和運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，滿足具體要求和需求[3]，更重要的能逐步得出更加精確的數(shù)據(jù)結(jié)果和分析結(jié)果。大數(shù)據(jù)技術(shù)的有效應(yīng)用，絕非僅僅在于其技術(shù)本身的特性和優(yōu)勢(shì)，而是在于大數(shù)據(jù)技術(shù)與繼電保護(hù)的有效結(jié)合，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及安全運(yùn)行提供了保障，有效補(bǔ)足了傳統(tǒng)繼電保護(hù)的缺陷和不足，為電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備發(fā)揮重要作用提供更大支持[4]。

3.1 提取數(shù)據(jù)

將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于繼電保護(hù)，提取數(shù)據(jù)是必要過程。對(duì)于數(shù)據(jù)的提取，一是從調(diào)度管理系統(tǒng)的分析模塊以及有關(guān)常規(guī)變電站中電壓等級(jí)保護(hù)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的提??；二是有關(guān)智能變電站以及部分500 kV和220 kV變電站中進(jìn)行數(shù)據(jù)的提??；三是從有關(guān)統(tǒng)計(jì)分析模塊和生產(chǎn)管理系統(tǒng)中進(jìn)行必要數(shù)據(jù)的提取，其中包含各類故障缺陷記錄等[5]，并且涉及故障事件記錄及保護(hù)動(dòng)作的發(fā)生記錄等。這些龐大的數(shù)據(jù)提取和利用，在傳統(tǒng)的電網(wǎng)系統(tǒng)以及繼電保護(hù)管理和檢測(cè)過程中往往難度更大，并且由于數(shù)據(jù)的龐大及繁雜，使得數(shù)據(jù)計(jì)算和結(jié)果呈現(xiàn)不準(zhǔn)確，從而影響實(shí)際生產(chǎn)管理和運(yùn)營(yíng)維護(hù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠有效提取必要的數(shù)據(jù)，盡管數(shù)據(jù)數(shù)量龐大，但可借助規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行有效的分析與計(jì)算。

3.2 建立保護(hù)設(shè)備描述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型

對(duì)于繼電保護(hù)中更多數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析，建立相應(yīng)的保護(hù)設(shè)備的描述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)工作之一。通過對(duì)GE發(fā)變組保護(hù)設(shè)備信息的分析，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)模型，能使數(shù)據(jù)分析和計(jì)算處理等更加標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化，保證處理結(jié)果更加準(zhǔn)確。

3.3 建立保護(hù)設(shè)備家族模型

建立保護(hù)設(shè)備家族模型也是一項(xiàng)必要的工作。其中，GE發(fā)變組保護(hù)中的UR系列產(chǎn)品是目前世界范圍內(nèi)最先進(jìn)的產(chǎn)品之一，有著獨(dú)特的模塊化設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的保護(hù)、發(fā)電機(jī)的保護(hù)以及對(duì)母線和控制器進(jìn)行保護(hù)。其中，數(shù)字輸入和輸出模塊、通信模塊等，是大數(shù)據(jù)技術(shù)有效應(yīng)用的基礎(chǔ)。它更好的拓展性以及UR系列的URPC軟件，可以為數(shù)據(jù)獲取及計(jì)算提供更加標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息。

3.4 保護(hù)設(shè)備可靠性分析

對(duì)于保護(hù)設(shè)備的可靠性分析，建立GE發(fā)變組保護(hù)家族型號(hào)之后，實(shí)際使用的每一臺(tái)設(shè)備都可以一一對(duì)應(yīng)相應(yīng)的保護(hù)設(shè)備家族。在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)電網(wǎng)中有關(guān)家族設(shè)備數(shù)量的計(jì)算和明確，對(duì)其中缺陷信息等進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)家族保護(hù)設(shè)備可靠性的有效分析，輔助完成對(duì)系統(tǒng)和電網(wǎng)整體、具體繼電保護(hù)設(shè)備的故障解決、檢修與維護(hù)。

4 結(jié) 論

隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，信息化技術(shù)被有效應(yīng)用于各行各業(yè)。例如，大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力行業(yè)中繼電保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅是對(duì)基礎(chǔ)繼電保護(hù)功能、作用的升級(jí)和完善，而且能提升傳統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備的應(yīng)用水平，使其借助大數(shù)據(jù)技術(shù)的分析與計(jì)算功能呈現(xiàn)更加準(zhǔn)確的信息和結(jié)果，在規(guī)避故障問題帶來的嚴(yán)重困擾的同時(shí)，有效提高解決故障問題的效率，并降低故障問題的發(fā)生概率。