基于電力設備的監控業務一體化管理方法

王洪哲，路 明，秦 領，朱景新，江 妍

(1.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006；2.北京用尚科技股份有限公司，北京 100085)

經驗交流

基于電力設備的監控業務一體化管理方法

王洪哲1，路 明1，秦 領1，朱景新1，江 妍2

(1.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006；2.北京用尚科技股份有限公司，北京 100085)

從不同電壓等級、接線方式的變電站包含的電力設備出發，對監控業務進行一體化管理。通過對設備間隔、一次設備、二次設備、監控信號的關系進行建模，基于規則輔助生成規范的監控信息點表。基于事件的監控信號分析，能夠將無序、離散的監控信號以電網事件的方式展示出來。將電網運行的相關數據通過設備模型關聯起來，做到監控業務的一體化管理,解決了以往監控信號量大、命名不規范問題，為調控運行人員提供了一個條理清晰、數據統一的一體化管理平臺。

監控;事件模型;智能分析;一體化管理

隨著我國科技的不斷進步和經濟的不斷發展，對電力供應的可靠性、穩定性提出了更高的要求。隨著電網規模的不斷擴大以及國家電網調控一體化、變電站無人值守模式的廣泛實行，對電力設備信息自動化水平也提出了更高的要求。

電力設備分為一次設備和二次設備。一次設備包括主變壓器、斷路器、電壓互感器、電容器、電抗器、母線、線路等；二次設備主要是線路保護、主變保護、母差保護、斷路器保護等各類繼電保護。無論是一次設備還是二次設備，其運行狀態通過遙信、遙測信號上傳到主站，供調度員、監控員等運行人員查閱；并通過遙控、遙調對一、二次設備進行控制、調整。四遙信息的完整性、規范性和及時性成為影響電網運行安全、穩定、經濟的關鍵因素。而四遙信號，是通過監控信息點表進行規范的。運行人員根據設備情況，篩選能體現設備運行狀態的關鍵信息，并經過適當合并，形成設備信號、站端信號、主站信號這三級信號，共同構成了監控信息點表。

目前階段，監控信息接入監控系統工作無統一明確的技術規范，監控信息的采集范圍、信息命名基本取決于專業人員的工作習慣，監控信息接入質量依賴于專業人員的業務能力和責任心，造成不同廠家、型號的設備甚至不同站的相同廠家、型號的設備信息命名各異，信息采集范圍不一，容易出現信息采集上傳量過大或者重要監控信息遺漏的現象。監控信息點表的編制質量不高，影響了調控人員掌握電網運行信息的準確性、實時性，對電網的安全、穩定運行帶來了很多隱患，成為目前國家電網公司亟需解決的問題。

從2012年開始，國家電網公司全面啟動信息系統實用化“回頭看”工作，檢查找出信息系統應用中存在的不足。近年來隨著技術標準、管理制度、業務流程等一系列舉措的落實，變電站調控信息接入調度自動化系統工作逐步規范。但隨著工作的不斷深入開展，在業務機制的磨合過程中仍然暴露出各種難于統一管理的問題。由于國家電網管轄的變電站數目眾多，接線方式、運行方式復雜，涉及到不同廠家、型號的設備，造成告警、故障信息不統一，這為調控人員把控電網運行狀態、處理設備故障制造了很多障礙，嚴重影響了電網的安全、穩定運行。

1 設備監控存在的主要問題

“大運行”實施后，設備監控的責任主體由站端轉移到各級調控中心，調控中心的工作量成倍增加，對監控數據的質量也提出了更高要求。國網公司通過下發各個電壓等級變電站的典型監控信息表，并專門針對智能變電站的設備特點對信息典型點表進行了補充，目的是統一監控信號的篩選條件、規范信號的描述信息。對于電網設備運行過程中的大量數據，國網公司希望能夠對其進行統一的分析、處理，形成電網運行信息的“大數據”。然而，監控信號管理方面存在以下幾個方面的問題，沒有得到明顯改善。

a.各站信息點表維護不規范。信息點表一般是由設計院、電科院、檢修公司或者綜自廠家來進行編制。不同編制廠家、不同編制人員之間沒有遵循統一的編制規范，造成站端、主站能夠接收到的信號范圍不同，信號命名也不統一。

b.監控面對海量信號，無法進行有效梳理，工作壓力大。大運行以后，設備監控的責任轉移到了各個調控中心。一個調控中心，可能要負責數十個甚至是數百個變電站的監控業務。監控員每天面對數以萬計的各類零散的、命名各異的信號，還要處理信號誤發、漏發的情況，承受著巨大的工作壓力和心理壓力。

c.無法對電網運行數據信息一體化管理。電網運行管理過程中的各項業務，如監控信號、操作票、檢修申請、日志、故障處理等，都是對電網設備存在問題進行處理的過程，在源頭上是緊密相關的。然而，由于沒有統一的設備庫，尤其是二次設備庫，各類運行數據只能作為零散的數據存在，無法做到一體化管理。

2 監控業務一體化管理設計方案

2.1基于一、二次設備模型規則庫的監控信息點表自動生成

對電網設備進行建模是監控業務進行一體化管理的基礎。目前，國家電網公司的設備基本上都是圍繞著D5000(或EMS)進行建模的。監控業務一體化管理工作原理圖如圖1所示。不過當前的建模方式存在著以下的問題。

a.D5000或EMS基本上是在變電站投運前一段時間才開始進行建模；實際工作中，在變電站設計階段就需要對一、二次設備進行建模。

b.D5000或EMS的模型中，只是對一次設備進行建模；作為監控業務的一個重點——繼電保護，則沒有完成相應模型的建設。

c.很多調控中心的業務，只是基于文本與流程進行建設的，并沒有和D5000或EMS中一次設備的模型建立關聯。

圖1 監控業務一體化管理

所以，在D5000的基礎上，完善二次設備模型，并建立二次設備和一次設備之間的關系是監控業務一體化管理的前提條件。

電網中，二次設備是對一次設備進行監察、測量、控制、保護、調節的輔助設備。設備間隔中包含的二次設備和變電站類型(智能站或普通站)、間隔類型、接線方式、電壓等級等緊密相關，需要據此建立對應的規則庫，在添加設備間隔的時候自動生成對應的一、二次模型庫[1-3]。

a.智能站比普通站多了智能終端、合并單元等設備。

b.間隔類型可以分為線路間隔、主變(又分為高中低壓側以及主變本體這幾個間隔)、母線間隔、電容器間隔、站用變間隔等，每種間隔類型包含的一、二次設備各不相同。

c.不同的接線方式，包含的間隔類型以及每種間隔類型里面包含的一、二次設備也各不相同。比如“雙母線+旁路”接線方式的變電站，比“雙母線”接線方式的變電站會多一個旁路間隔；而且每個線路間隔中，都會多一把旁路隔離開關。

d.不同的電壓等級包含的設備也有不同的規則。比如對于220 kV及以上的設備，國網公司有明確的要求，必須要有2套原理不同的主保護；而對于較低電壓等級的設備間隔，則沒有這方面的要求。

在建立了一、二次設備模型之后，如何根據間隔包含的一、二次設備自動生成規范的信息點表，將是下一步的任務。對于監控信號生成的規則庫，分成了3個層次。

a.有些設備運行人員關注的信號都是固定的。比如UPS之類的設備，有了設備模型之后自然就有了對應設備的信息點表。

b.有些設備需要根據設備原理決定生成的信息點表。比如斷路器，根據原理可以分為SF6、液壓機構、氣動機構、彈簧機構等不同類型，包含的監控信號規則各不相同。

c.有些設備(如各種繼電保護)，不同廠家、型號的設備包含的信號各不相同，需要將規則維護到廠家、型號上。

2.2基于事件的監控信號智能分析

通過對一、二次設備進行建模，并輔助自動生成設備包含的信息點表，實際上已經將監控信號和具體的設備建立了關系，這為監控信號智能分析打下了基礎。

電網中發生的不同事件，相關設備會發出對應的信號。建立了電網事件對應的監控信號規則庫之后，通過監控員接收到的實時監控信號列表，能夠自動分析電網中可能發生的事件，并將信號和各個事件自動關聯起來[4]。這樣監控員看到的不再是一個個獨立的信號，而是電網設備發生的一個個事件。

比如SF6斷路器分閘操作，會引起對應斷路器的分閘信號，以及“SF6氣壓低告警”之類的伴生信號；如果是因為電網事故引起的跳閘，則會有對應的“事故分閘”信號。需要對以下事件進行建模：電網中發生的各類事故；斷路器分合閘事件(后續會繼續分析具體是現場操作、遙控操作或者電容器的AVC信息)；傳動相關的信息等。

如果根據接收到的信號，判斷出電網發生了事故，則需要根據信號組合，自動模擬事故演化過程，進一步分析事故類型[3]。

a.如果發現某條線路的保護出口信號，以及對應斷路器的分閘信號、事故分閘信號，則可以初步判斷出線路發生了故障，并且跳閘成功。

b.如果發現還有對應斷路器的重合閘信號，并且后面有合閘信號，則表示重合閘動作成功。

c.如果發現斷路器再次分閘、事故分閘信號，則判斷出此事故是線路永久故障(如果沒有這些信號，則表示斷路器重合成功且沒有引起再次跳閘，則可以斷定此事故是線路瞬時故障)。

通過對監控信號及事件模型的分析，也能夠發現誤發、漏發信號的情況，可以對信息點表的配置情況進行后評估，進一步保障電網的安全。

2.3基于設備的監控業務一體化管理

通過監控信號的規范化自動生成，將變電站、間隔、一次設備、二次設備、監控信號關聯起來；通過對監控信號進行事件化的智能分析，判斷電網中發生的各類事件[5]。在此基礎上，我們可以整合監控業務的各項數據，進一步對電網中的各類事件進行分析，判斷電網中設備的健康情況[6]。

a.整合操作票、檢修申請、遙控操作、AVC等數據作為監控信號分析的數據判斷基礎。

b.通過監控信號分析，判斷電網中發生的事件集合。

c.過濾掉正常操作信息、AVC等自動調整的信息、檢修傳動信息等預期范圍之內的監控信號。

d.排除已經掌握、正在處理中的故障。

e.歸納、簡化、分析處理頻發信號、誤發信號、漏發信號。

f.智能化自動發起故障處理流程、輔助生成監控日志，并匯總電網中需要重點觀察的設備，提示可能的風險。

g.自動生成電網設備的運行狀態報告，為調控運行人員對電網情況的進一步處理提供數據基礎。

總之，通過設備模型庫，將調控運行過程中的各類數據關聯起來，能夠完成電網運行情況整體的、智能化的自動分析，判斷各類信號、事件的產生原因，診斷電網的健康狀況，并輔助對電網中設備的故障進行處置。這樣，以設備為中心，建立了電網運行數據統一的“大數據”，形成了監控業務一體化的閉環管理，可以提高電網故障處理的速度及準確率，進一步保障了電網的安全、穩定、經濟運行。

3 系統功能實現

系統由一、二次設備建模、信息點表自動生成、基于事件的監控信號分析、監控業務一體化管理四大模塊組成，如圖2所示。

圖2 監控業務管理框架

3.1一、二次設備建模

根據變電站類型、電壓等級、接線方式，對包含的間隔類型、一次設備、二次設備進行建模。電力設備模型框架如表1所示。

3.2信息點表自動生成

通過對電網的一、二次設備建立模型庫，在添加變電站時，根據變電站的電壓等級、接線方式，可以智能輔助生成包含的間隔類型，以及每個間隔包含的一、二次設備。以設備為中心，建立監控信號生成的規則庫，可以自動生成對應的監控信息點表并和設備關聯起來。

在建立信號生成規則庫的時候，從各類設備生成信號的規律出發，建立設備類型層、設備原理層、廠家型號層的信號生成規則，在保證信號生成規范性的前提下，盡量提高規則庫維護、更新的效率。另外，系統提供相似間隔復制、并列間隔錯誤共同處置、監控信號分專業審核、信息點表在線流轉等技術手段，在保證點表完整性、規范性的前提下，極大地提高了點表編制、流轉的效率。

表1 電力設備模型框架(220 kV電壓等級)

3.3基于事件的監控信號分析

通過規則庫自動生成的監控信號，保證了信息點表的規范性，并將信號和對應的間隔、設備自動關聯起來；在此基礎上，建立標準信號知識庫，維護每個標準信號的含義、信號發出的可能原因以及相應的處置建議。經過初步梳理，能夠保證D5000中接收監控信號的規范性；但是這類信號還是無序、零散、不直觀的，需要對一系列的信號進行系統分析，才能夠準確把控電網的運行狀態。監控信號分析需要達到如下目的。

a.將正常操作(包括遙控操作、AVC自動調整、現場操作，需要進一步結合其他運行數據，進行一體化分析、區分)及相關伴生信號自動分析篩選。

b.將檢修、傳動相關的信號自動區分。

c.將已經在處理中的設備發出的相關信號進行過濾。

d.將電網事故相關的信號自動提取，并自動模擬事故演化過程，判斷事故類型。

e.整理出電網中可能存在的隱患，作為重點觀察信號，提交運行人員關注。

f.分析監控信號中可能誤發、漏發的信號，進行信息點表的后評估。

3.4監控業務一體化管理

通過對一、二次設備進行建模、自動生成信息點表，并對監控信號進行基于事件的分析，能夠掌握電網中設備可能發生的事件。以上工作，為監控業務一體化管理提供了數據基礎。進一步，通過整合操作票、檢修申請、工作票、遙控操作、AVC等運行數據[7]，對監控信號及電網事件進行整體分析，能夠從全局上把控電網的運行狀態。經過分析確認，對需要處理的缺陷、需要記錄的信息，能夠自動提醒，輔助創建缺陷處理流程、記錄監控日志，提高監控業務處理的工作效率。

4 成果與效益

隨著國家電網公司調控一體化、變電站無人值守模式的推進，運行管理工作對電網的自動化水平提出了更高的要求，調控中心也承擔著更多的工作壓力與心理壓力。然而，由于設備建模方式的不完整，監控業務缺乏有效的技術手段，監控業務管理普遍存在以下問題：各站信息點表維護不規范；監控面對海量信號，無法進行有效梳理，工作壓力大；無法對電網運行數據信息一體化管理。

該系統從這些現實情況出發，對這些問題進行深入研究，并給出了很好的解決方案。

4.1建立信息點表自動生成機制

通過對一、二次設備進行建模，并建立監控信息點表生成的規則庫，在建立變電站時，根據變電站類型、電壓等級、接線方式，輔助生成一、二次設備，自動生成監控信息點表，保證了信息的完整性、規范性，減少了點表編制的工作量。

4.2基于事件對監控信號自動分析

通過對電網中可能發生的各類事件進行建模，結合設備的拓撲關系[8]，對監控信號進行智能分析，將一個個離散的、無意義的信號文本，自動整合為電網中的事件[9]。將監控信號事件化，可以減輕監控員的工作壓力，提高電網故障處理的效率。

4.3基于設備對監控業務一體化管理

基于電網的一、二次設備，對電網運行的各類數據進行建設，將監控業務相關數據統一整合起來，進行一體化管理，形成電網運行管理的“大數據”。該方案的使用，提高了運行人員的工作效率，也提升了電網的安全運行水平。

5 結束語

本文為減輕監控人員工作壓力、提高調控人員分析電網情況的能力，介紹了基于電力設備的監控業務一體化管理方法。該平臺的研發，有助于提升調控人員分析電網設備運行情況的速度及準確率，提高了電網的信息化、自動化水平，可以推動電網運行管理相關數據的一體化建設進程。基于此方法的監控信號分析系統的建設,能夠減輕運行人員的工作壓力和心理壓力，提高電網的安全、穩定、經濟運行水平。

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Integrated Management Method of Monitoring’s BusinessBased on Power Equipment

WANG Hongzhe1, LU Ming1, QIN Ling1, ZHU Jingxin1, JIANG Yan2

(1. State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2. Beijing Yongshang Technology Co., Ltd., Beijing, 100085, China.)

From the power equipment of the substation with different voltage levels and connection modes,this article found a integrated management method of monitoring’s business. By modeling the relationship between the equipment interval, the primary device, two power equipments and the monitoring signal,we can generate standard monitoring’s signal table based on rules.Based on the analysis of the event about monitoring’s signal, it can show the disorderly and discrete monitoring’s signals in the way of the events.The related data of power system can be connected with the equipment model, so that the integrated management of monitoring’s business can be realized.This paper includes modeling of power equipment, automatic generation of signal’s table, the analysis of event based monitoring signals, and the integration management of monitoring’s business.This article resolves the questions of having too many signals and the naming is not standard,giving people a platform having methodical and uniform data.

electric power monitoring;model of event;intelligent analysis;integrated management

TM73

A

1004-7913(2017)08-0024-05

王洪哲(1972)，男，高級工程師，主要從事電力系統自動化和設備監控相關工作。

2017-05-15)