大數據環境下變電站智能監控方案研究

曹中來

[摘 要]隨著社會的發展，我國500 kV及以下電壓的變電站的監控，逐漸由有人看守轉變為無人看守，無人看守由各級調控中心進行監控。但由于采用無人看守的變電站越來越多，越來越多的信息和數據，使變電站調控中心的監控壓力越來越大。因此，大數據理論被引入了變電站智能監控領域。鑒于此，本文主要分析變電站智能監控系統的結構組成和當前存在的問題，并基于大數據進行方案的探討。

[關鍵詞]大數據；變電站；智能監控

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.22.029

[中圖分類號]TM63；TM76 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）22-00-02

目前，隨著科技和社會的發展，我國各地區500 kV以下的變電站已逐漸實現了無人看守的監控管理模式，其監控主要由各級調控中心實行集中監控，而目前，隨著實行集中監控的變電站的數量越來越多，調控中心需要處理的信息和數據也成倍增加，給調控中心帶來了巨大的監控壓力。因此，在目前已有的監控系統下，基于大數據進行一定的優化，勢必可以減輕調控中心工作人員的負擔，實現對各變電站的智能監控，及時發現異常。

1 變電站監控系統的結構組成

變電站的監控系統是一套采用分層結構的自動化監控系統，其主要由數據層、分析層和應用層3部分組成，本文對這3個部分的作用和該系統的網絡架構進行探討。

1.1 數據層

數據層作為整個變電站監控系統的基礎，其工作原理是基于已建立的數據庫進行操作，監控變電站的各類保護裝置、自動化裝置、監控裝置和傳感器的參數，如實時電壓電流、開關所處狀態、裝置的動作情況、故障錄波器的數據以及電力設備的運行參數等，獲取相關儀器的數據，剔除無用內容，并對有用的儀器數據和信息進行分析，從而獲知相關儀器運行情況的關鍵參數，并對已獲取的有用的信息數據進行分類儲存，用于以后的記錄查詢。

1.2 分析層

分析層作為整個系統的核心，其作用原理是在如ORACLE、SQL-SERVER等遠端數據庫上，對數據層獲取的數據和信息進行系統、綜合的分析，對相關設備的運作情況和故障問題進行科學判斷。在監控中，分析層根據當前設備的工作參數進行分析和判斷，預估設備狀態的變化趨勢，從而確定是否需要對設備進行檢修工作。對設備的檢測方法常因設備而異，但大多數是通用的，如絕緣恢復電壓法、油中氣體分析法、振動分析法等。

1.3 應用層

應用層具有人機的界面和通訊接口的功能，其主要用于對故障實現警報、分析結果的查詢與統計和遠程數據信息的讀取。當變電站的運行出現故障時，數據層會及時進行數據的收集，而分析層會迅速對所獲得的數據進行綜合分析，并將分析結果呈遞給應用層，而應用層則會根據分析結果決定是否發出警報，以通知工作人員。

1.4 網絡架構

變電站的智能監控系統的網絡架構可以分為：站控層、網絡層和間隔層3部分。其中，網絡層在高速以太網的基礎上，通過對站控層和間隔層設備的連接，實現系統的自動化監控和數據通訊，其通訊標準需要符合IEC 61850標準。站控層內的監控主站則借助網絡層，對站內的所有設備進行監控，并在智能監控系統的輔助下進行工作。間隔層作為變電站智能化監控的運算部件，其用于邏輯運算，通過分析得知設備的運行狀態。

2 變電站監控中存在的問題

變電站監控的主要工作是對變電站進行巡檢和信號的監視，但目前變電站的數量隨著社會的進步不斷增加，導致工作人員對變電站進行巡檢和信號監視的工作壓力越來越大，同時也容易埋下隱患。本文對變電站監控中存在的問題進行分析。第一，巡檢工作不到位。目前，過大的巡檢壓力使監控人員疲于應對，易造成監控人員在對變電站進行巡檢時，工作態度不夠積極、認真，導致漏巡、誤巡，從而忽略了本該可以發現的安全隱患，造成一定的損失。第二，警報信息過于簡潔。當前所使用的智能監控系統在發現問題后所發出的警報，在內容上過于簡潔，未能將如警報的含義、出現的原因、可能造成的后果等警報的具體內容呈現出來，影響了監控人員對警報的應急能力。第三，警報信息的統計和記錄功能有所欠缺。變電站的智能監控系統每天都會接收到很多警報信號，但警報信息的統計和記錄功能的缺失，造成同一警報的上報次數、處置方法和時間的統計和記錄缺失，信息的冗余，導致工作人員工作壓力增大，無法及時針對警報信號制定相應的措施。

3 基于大數據的方案研究

面對變電站日益增多的信息量，本文基于大數據理論，提出變電站智能自動化巡檢方案，以應對變電站調度中心的工作需要，減輕工作人員的工作負擔，并提高工作的效率和質量。

3.1 智能巡檢方案

引入智能巡檢系統，監控人員通過該系統對變電站進行智能自動巡檢，并將此次智能巡檢的結果呈報各工作人員，以利于工作人員對巡檢結果進行分析，這不僅可以提高巡檢的工作效率，還可以及時發現變電站的潛在隱患，從而防患于未然。智能巡檢分為以下3個環節。

（1）原始數據提取與存儲。從調度系統中提取相關變電站的原始巡檢數據，并將所得的原始數據儲存起來。

（2）數據處理并儲存。智能巡檢系統對存儲的數據進行系統分析，然后將分析結果進行儲存并將其展示給工作人員，具體方法如下。①對設備的開關參數進行判斷，當某三相開關的電流參數滿足：三相中僅有一相電流為零、三相中有兩相電流為零、三相中三相電流均為零的三者中的一項時，系統會將設備的位置、名稱、編號和電流參數等相關信息記錄在系統中，以備查看。②三相電流偏差，即根據已獲得的電流參數，由式（σMAX為最大偏差比，IMAX為最大電流，IMIN為最小電流，IM為三相平均電流），當σMAX超過設備開關的50%時，系統會將異常數據進行記錄并儲存。③巡視母線的電壓，通過對所獲得的母線電壓參數與其電壓運行曲線的上下極值對比，系統將異常數據通過公式：endprint

（α%為超出比，U0測得電壓，Ulim為曲線極值）計算出超出比α%，并將其進行記錄儲存。④線路負荷的巡視，獲取實時的變電站工作負荷數據，計算出其負荷率和負載率，記錄并儲存負荷負載率達到90%的數據。

（3）巡視結果顯示。在對變電站進行智能自動化巡視后，系統將巡視數據進行分析處理，然后將結果以簡潔、明了的圖表公布于大屏幕，方便工作人員根據實際的巡視情況，采取應對措施。

3.2 信號智能監視方案

變電站的監控所面對的數據和信息量都是巨大的，這也是智能化監控的特點，因此，為了滿足大數據的需求，建立預警數據庫是十分必要的，其是變電站信號智能監控實現的重要基礎。

告警數據庫主要由告警信號釋義庫、告警原因及后果庫、設備信息庫和歷史數據庫4部分組成，本文對各個數據庫的作用進行簡單分析。①告警信號釋義庫，即此數據庫包含所有系統可能出現的告警信號及信號本身的含義解釋，以此可以盡快地讓工作人員了解系統所出現的告警及其含義，迅速做出相應的反應。②告警原因及后果庫，此數據庫包含各類告警信號產生的原因和此告警可能帶來的后果，作用是在告警信號發出后，及時分析出告警信號出現的原因，以供工作人員參考，并及時采取應對措施，避免不良后果。③設備信息庫，該數據庫包含所有受監控設備的信息，如設備的型號、類型、數目、運行參數等，作用是將自動化智能監控系統，對監控所獲得的各個受監控設備的運行參數，與正常參數進行對比，判斷設備的工作情況。此外，還可以為設備零部件的更換和檢修提供依據。④設備歷史數據庫，此數據庫包含所有受監控設備的以往監控記錄，如設備告警時間和類型、告警處置方法、告警發生的原因和告警的處置結果等的詳細內容，以供日后翻查。

信號智能監控方案主要運用4個數據庫，通過告警信號與數據庫進行比對，從而獲取應對方案的制訂依據，其主要工作過程為：當系統發現受監控變電站出現異常時，發出告警信號，若告警信號未能在30秒內復歸，則將所得的告警信號與上述4個數據庫之間進行比對，發現出現異常的設備和發生異常的可能原因，并根據反饋的內容制訂應對方案，然后由人工進行應對，以此消除異常情況，保障設備的正常運作，提高監控的效率。此外，在將本次的告警信號處置完畢后，相關人員需要將本次告警的全部內容上傳至數據庫，以此更新當前的數據庫。

4 結 語

隨著城市化的進程不斷推進，我國的變電站數量不斷增加，給變電站調度中心帶來的數據信息量也越來越多，這導致變電站監控中心的工作人員疲于應對龐大的數據和監控工作壓力。因此，為了確保變電站的正常工作，以保障居民的用電，變電站的監控中心需要在大數據的背景下，加強對變電站智能監控方案的研究。

主要參考文獻

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