配網(wǎng)故障告警的風(fēng)險智能預(yù)判及預(yù)防措施分析

瀏陽新華電力有限公司 張愛輝 中國電建集團(tuán)海南電力設(shè)計研究院有限公司 蔣銀華

1 系統(tǒng)建設(shè)思路

1.1 設(shè)計思路

從當(dāng)前所應(yīng)用的自動化系統(tǒng)出發(fā)，借助智能化、信息化數(shù)據(jù)將不同系統(tǒng)的接口進(jìn)行有效連接，進(jìn)而得到不同類型的數(shù)據(jù)信息。利用相關(guān)系統(tǒng)得到的主網(wǎng)設(shè)備以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等，保證配網(wǎng)生產(chǎn)管理和相關(guān)設(shè)備運(yùn)行臺賬信息。明確配網(wǎng)地理信息數(shù)據(jù)，加強(qiáng)與用戶的緊密聯(lián)系，得到相關(guān)配網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ秃途€路圖。利用相關(guān)管理系統(tǒng)得到用戶配變、分類等數(shù)據(jù)信息。借助營采系統(tǒng)得到電量、計量點(diǎn)之間的關(guān)系信息。這種通過有效獲取數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)傳送方式的實(shí)時到達(dá)，對降低配電網(wǎng)故障、風(fēng)險預(yù)警有著基礎(chǔ)而重要的作用，與此同時能夠提供更加全方面、全過程的技術(shù)信息，提高電力企業(yè)的管理質(zhì)量和管理效率。

1.2 建設(shè)目標(biāo)

首先，需要與專家所提供的風(fēng)險分析、故障恢復(fù)等相關(guān)決策信息相結(jié)合，確保調(diào)度工作人員在進(jìn)行故障檢查、故障修復(fù)等環(huán)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)故障源的精準(zhǔn)定位，準(zhǔn)確判定故障風(fēng)險等級，從而實(shí)現(xiàn)多角度、全方位的信息支持，確保信息準(zhǔn)確、分析科學(xué)、處理得當(dāng)；其次，需依據(jù)配網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，進(jìn)行事故預(yù)警、故障診斷等分析處理工作，進(jìn)而做出科學(xué)、合理的決策判定，制定明確的處理方案，保證故障在第一時間得到有效處理。

此外，對于故障判定和分析來說，需要重視全過程的分析和處理，提高計算結(jié)果的穩(wěn)定性與有效性，保證具有較強(qiáng)的實(shí)用性。方案制定的過程中，主要以安全分析、風(fēng)險檢修及設(shè)備預(yù)警為核心，實(shí)現(xiàn)方案的最優(yōu)化處理。

1.3 研究關(guān)鍵技術(shù)與難點(diǎn)

在實(shí)際設(shè)計過程中，應(yīng)重視人工智能等技術(shù)的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)信息的動態(tài)、實(shí)時監(jiān)聽；當(dāng)調(diào)度的自動化、智能化及信息技術(shù)水平不斷提高時，會更多的融入電網(wǎng)設(shè)備和控制功能，進(jìn)而提升配網(wǎng)的自動化水平，數(shù)據(jù)不斷增多的同時，也在告警窗口進(jìn)行有效的匯總和聚集。然而，受集約化水平管理及精細(xì)化工作要求，在電力調(diào)度實(shí)際工作中，存在值班調(diào)度員人數(shù)有限，調(diào)度日常事務(wù)卻不斷的累加的情況；一旦配網(wǎng)出現(xiàn)異常、故障等問題時，各類信號會隨之涌入到電網(wǎng)告警處，在此背景下，僅依靠人工進(jìn)行相關(guān)作業(yè)無法對故障信息進(jìn)行及時的監(jiān)測和處理，對故障信息的記錄與發(fā)布產(chǎn)生了不利影響，無法有效滿足電網(wǎng)部門推行的快速復(fù)電的需求，進(jìn)而導(dǎo)致配網(wǎng)可靠性和穩(wěn)定性有所下降。

以110kV 失壓變電站為例，將其作為起點(diǎn)，失壓變電站35kV 母線為終點(diǎn)，進(jìn)行復(fù)電路徑的尋找。一般情況下110kV 失壓變電站有兩段失壓35kV 母線，因此可通過尋找兩條失壓35kV 母線進(jìn)行復(fù)電路徑的找尋，將分段開關(guān)當(dāng)作路徑復(fù)電的電源。同時，應(yīng)重視故障信號感應(yīng)系統(tǒng)的研發(fā)，借助人工智能、數(shù)據(jù)監(jiān)測等信息技術(shù)，對系統(tǒng)信息進(jìn)行實(shí)時、動態(tài)監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)的過濾和篩選，使得數(shù)據(jù)能夠在指定的時間內(nèi)進(jìn)行動作信號有機(jī)組合，進(jìn)而形成具有規(guī)律性的信息矩陣，再利用相關(guān)的邏輯運(yùn)算推理的方式實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)的智能化告警。

當(dāng)告警信息無法及時進(jìn)行捕捉時，則可通過人機(jī)合作的方式進(jìn)行界面的匹配和干預(yù)，實(shí)現(xiàn)告警事件的有效判定。通過告警事件進(jìn)行系統(tǒng)交互輸出，保證服務(wù)的多元化，實(shí)現(xiàn)事件的直接發(fā)布。對于系統(tǒng)平臺來說，其技術(shù)在應(yīng)用過程中的難點(diǎn)主要在于告警的智能化分析、知識庫的科學(xué)管理以及參數(shù)功能的精確控制。上述技術(shù)能有效解決后期的數(shù)據(jù)維護(hù)、功能調(diào)試及故障維修過程中對系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效使用[1]。

1.4 風(fēng)險評估體系研究

當(dāng)配網(wǎng)發(fā)生故障時，有效分析故障告警事件能對故障性質(zhì)進(jìn)行科學(xué)合理判定，幫助相關(guān)工作人員進(jìn)行方案的優(yōu)化和完善，實(shí)現(xiàn)決策的智能化、信息化水平。與此同時，建立科學(xué)、有效的風(fēng)險管控機(jī)制能夠有效進(jìn)行風(fēng)險的識別、分析與監(jiān)視。因此，在進(jìn)行風(fēng)險建模期，應(yīng)重視數(shù)據(jù)的發(fā)掘、風(fēng)險因素的有效判定。在進(jìn)行風(fēng)險評估時，應(yīng)與不同類型的檢測手段相結(jié)合，進(jìn)行數(shù)據(jù)的精確監(jiān)督，再依據(jù)其影響程度進(jìn)行量化的管理和發(fā)布。

在進(jìn)行風(fēng)險監(jiān)視和管理控制時，應(yīng)依據(jù)風(fēng)險評估系統(tǒng)的信息制定，借助可視化的監(jiān)控工具進(jìn)行風(fēng)險的控制。此外，在進(jìn)行風(fēng)險評估體系的建立時，還需依據(jù)具體落實(shí)情況，進(jìn)行風(fēng)險管控方法的科學(xué)、精準(zhǔn)制定，為面對不同類型的風(fēng)險管控提供全面的技術(shù)和數(shù)據(jù)支持，以提升風(fēng)險防控水平，保證電力生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

在數(shù)據(jù)的有效收集和處理過程中，應(yīng)準(zhǔn)確收集運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、電氣環(huán)境參數(shù)以及配網(wǎng)數(shù)據(jù)，與配網(wǎng)四周的環(huán)境相結(jié)合，有效判定環(huán)境氣體濃度和溫濕度，保證設(shè)備運(yùn)行良好。其中，設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)主要是指開關(guān)狀態(tài)和電氣量參數(shù)等。借助通信管理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效收集，進(jìn)而實(shí)時傳送到監(jiān)控后臺，對后臺監(jiān)控中心與客戶端進(jìn)行指令的下達(dá)，實(shí)現(xiàn)例如開關(guān)、刀閘等狀態(tài)的開啟或關(guān)閉。從而改善配網(wǎng)設(shè)備的整體運(yùn)行環(huán)境和狀況，降低故障發(fā)生的頻率，提高設(shè)備的整體運(yùn)行效率。

2.2 故障預(yù)判算法

間隔層主要是進(jìn)行設(shè)備的間隔保護(hù)，在模塊化思想的基礎(chǔ)上進(jìn)行模塊的多功能保護(hù)，主要有主功能模塊、遠(yuǎn)程協(xié)同模塊的保護(hù)。其中，對于主功能模塊來說，其處理方式主要為采樣報文，在實(shí)際的采樣中對解析結(jié)果進(jìn)行科學(xué)發(fā)送，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的精準(zhǔn)操作。利用相關(guān)通信規(guī)約，利用變電站中的總線進(jìn)行報文通信的保護(hù)。在此過程中，應(yīng)綜合考量網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷容量、協(xié)同信息數(shù)量，與此同時，為有效降低交換機(jī)的采樣率，進(jìn)而造成網(wǎng)絡(luò)通信水平的降低，需要對相關(guān)的保護(hù)方案進(jìn)行雙過程總線方案的設(shè)置。

在進(jìn)行傳統(tǒng)微機(jī)保護(hù)過程中，一般采用半波積分算法的方式進(jìn)行電壓和電流的保護(hù)，當(dāng)故障處于暫停狀態(tài)時，應(yīng)充分借助半波積分面積進(jìn)行電流有效值的測定，實(shí)現(xiàn)電流變化故障的計算，利用半波積分面積數(shù)據(jù)可對故障的主要發(fā)展趨勢進(jìn)行精確判定。為防止個別數(shù)據(jù)影響整體計算結(jié)果，應(yīng)進(jìn)行周波的合理預(yù)判。

2.3 故障診斷設(shè)計

在進(jìn)行故障設(shè)計過程中可以采用并行的方式，有助于提升診斷的質(zhì)量和水平。電氣設(shè)備在進(jìn)行動態(tài)數(shù)據(jù)庫信息的收集過程中，有效借助數(shù)據(jù)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行預(yù)判系統(tǒng)和故障診斷的判定，從而將邏輯推理知識庫的故障和動態(tài)數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行有效融合，當(dāng)兩者能夠充分融合和匹配時需進(jìn)行邏輯推理的跳轉(zhuǎn)，借助傳統(tǒng)診斷思維進(jìn)行合理的預(yù)判，當(dāng)邏輯推理知識庫中缺乏故障征兆時，則能夠借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理機(jī)制進(jìn)行合理計算，從而獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)計算結(jié)果。

在進(jìn)行診斷時，應(yīng)對診斷過程進(jìn)行有效解釋，及時更新邏輯推理的知識庫，從而不斷獲得經(jīng)驗積累，當(dāng)系統(tǒng)使用年限不斷增加時，邏輯推理知識庫的內(nèi)容也更加完善和豐富。邏輯推理知識庫能實(shí)現(xiàn)定位和故障診斷功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障的有效預(yù)判。此外，在進(jìn)行系統(tǒng)的整體分析和成套采集時，需對配網(wǎng)設(shè)備可能發(fā)生的故障進(jìn)行有效判定，從而借助多種命令和權(quán)限進(jìn)行故障的處理[2]。

2.4 故障告警處理流程

電力系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)相互之間聯(lián)系緊密，所以故障警告問題也并非單獨(dú)發(fā)生，甚至部分故障警告會發(fā)生相關(guān)的連鎖反應(yīng)，造成更多告警故障的發(fā)生。也就是說，極易發(fā)生系統(tǒng)監(jiān)測到的部分告警自身并非是故障源，之所以發(fā)生故障是因其他故障源引發(fā)的。所以，在進(jìn)行告警中重視邏輯拓?fù)潢P(guān)系的應(yīng)用確有必要。利用邏輯拓?fù)潢P(guān)系能夠?qū)崿F(xiàn)根源性故障告警的快速尋找，進(jìn)而對故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位，提高故障處理的處理質(zhì)量和處理效率，從而有助于提升設(shè)備的整體服務(wù)效率，降低工作人員的工作負(fù)荷。

邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有效建立的同時，還需要加強(qiáng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)平臺的管理，從而保證動力環(huán)境、通信網(wǎng)絡(luò)以及應(yīng)用業(yè)務(wù)等不同功能之間的告警信息的收集。廠家不同、告警信息的角度也并不相同，所以應(yīng)做好告警信息的有效合并，進(jìn)而提高告警信息的精確性和有效性。邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)告警的智能化管理，對故障根源位置進(jìn)行精確判斷，在智能化、自動化分析后進(jìn)行告警信息的判定，不同的主告警能夠?qū)崿F(xiàn)連鎖告警功能，可以依據(jù)告警信息快速的判斷故障類型。通過對告警事件進(jìn)行科學(xué)分級后建立相關(guān)的監(jiān)控臺列表，及時對數(shù)據(jù)進(jìn)行更正，告警事件能夠?qū)崿F(xiàn)語音、信息的發(fā)送，告警事件能夠以存儲的方式收入到告警庫中，進(jìn)而形成不同類型的報表。

圖1 配網(wǎng)運(yùn)行告警信息綜合平臺架構(gòu)

2.5 告警智能歸并與故障點(diǎn)定位

對于配網(wǎng)故障告警管理來說，重要的是告警的智能歸并和故障根源定，主要采用對引擎進(jìn)行科學(xué)歸并的方式進(jìn)行故障的有效處理，在告警事件中，其主要關(guān)聯(lián)內(nèi)容主要有動力環(huán)境、通信網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)軟件等邏輯拓?fù)渲R庫的建立。在告警智能歸并流程中系統(tǒng)能夠快速接收相關(guān)告警事件，利用智能歸并法進(jìn)行故障的判定。對結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析后可將經(jīng)驗輸入知識庫與邏輯拓?fù)浣Y(jié)果有機(jī)融合，從而優(yōu)化和改善規(guī)則。

3 仿真實(shí)驗

依據(jù)相關(guān)因素和風(fēng)險值符號對照表可得出當(dāng)其他變量不發(fā)生改變時，故障次數(shù)的影響因素主要有可控風(fēng)險值、負(fù)荷比風(fēng)險次數(shù)以及停電可控風(fēng)險值等。一般情況下，上述部分因素會對發(fā)布、用戶數(shù)以及停電時長產(chǎn)生一定的影響。因此，對于發(fā)布問題需要進(jìn)行影響因素、影響程度的判定，其中單因素不同時段的K 值分析表如表1。

表1 單因素K 值分析

一般來說，電網(wǎng)公司可依據(jù)時間的設(shè)定進(jìn)行停電時間的有效發(fā)布，當(dāng)用戶感知能力較為敏感時若未能及時、有效的發(fā)布停電信息，容易降低用戶的體驗感。通過對相關(guān)因素進(jìn)行分析得出，不同因素時間段斜率不同，對排序分析影響的不同因素時間段和重要程度進(jìn)行有效判定，能夠獲得差異的有效判定，在此過程中對風(fēng)險次數(shù)的影響強(qiáng)度也能夠有效判定，獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。而對用戶來說，當(dāng)一定范圍內(nèi)發(fā)生配網(wǎng)用電故障時，新增斷電風(fēng)險也隨之增加，因此當(dāng)用戶能夠敏感的感知到發(fā)生斷電的可能時，能夠及時與電網(wǎng)公司溝通，最大程度的降低故障發(fā)生的可能性。

綜上，電網(wǎng)的發(fā)展與智能化、自動化技術(shù)的進(jìn)步使得電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，配網(wǎng)的整體運(yùn)營方式逐漸復(fù)雜，調(diào)度人員的工作負(fù)荷不斷增加，相關(guān)數(shù)據(jù)信息也日益增多，若在此過程中未能及時、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)故障問題，極易對電力安全產(chǎn)生不良的影響。因此需重視配電網(wǎng)的故障檢測工作，在配電網(wǎng)的故障風(fēng)險檢測中，有效融入智能化、信息化技術(shù)有助于從主網(wǎng)設(shè)備、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及實(shí)時數(shù)據(jù)等方面實(shí)現(xiàn)故障與風(fēng)險的準(zhǔn)確判斷，確保衡量結(jié)果的有效性和科學(xué)性。在此過程中，積極借助相關(guān)故障判定方式，進(jìn)而形成合理的專家知識庫系統(tǒng)，有助于配網(wǎng)故障根源的有效定位，提高處理故障的管理質(zhì)量和水平。