變電站監控系統告警方式存在的問題及其對策

劉 超，張 旗，王家同，石 磊

（國家電網遼寧電力有限公司營口供電公司，遼寧 營口 115000）

1 告警信息數量大、信息反饋不直觀

1.1 原因分析

1.1.1 告警信息數量大

在監控系統畫面上，廠家調試人員利用光字牌圖形與遙信信息相關聯，使告警狀態實時準確地反映出來；運維人員通過查詢設備間隔內的所有光字牌狀態，便可以判斷出設備的運行情況，這是變電站常用的告警排查方式。但變電站需要查詢的光字牌數量很多，而且分布在不同的間隔內，手動逐個翻看一遍耗時較長，嚴重影響告警排查的效率[1]。表1和表2分別列舉了66 kV柳樹變電站和220 kV蟠龍變電站光字牌數量，其中66 kV柳樹變電站總計210個光字牌，220 kV蟠龍變電站總計611個光字牌。

結合現狀可知，營口地區現有101座66 kV變電站以及17座220 kV變電站，想要將所有信息完全檢查一遍，告警信息的數量會非常大。

表1 66 kV柳樹變電站光字牌統計表

表2 220 kV蟠龍變電站光字牌統計表

1.1.2 信息反饋不直觀

另一種常見的告警排查方式是需要人員一直守在顯示器旁，持續監視實時信息的變化情況。實時信息主要包括6個部分，分別是事故信息、設備異常信息、遙測及越限信息、變位信息、告知信息及控制信息[2]。其中反映設備、回路及通道運行情況等重要信息的是設備異常信息，它直接威脅電網、設備的安全運行，需實時監控、及時處理。正因為設備異常信息的重要性，也決定了它是告警排查的主要內容。

但這種告警排查方式的難點在于，一方面查看實時信息時，6類告警信息是混在一起的，排查起來不直觀、不方便；另一方面，告警信息的變化過程往往是在動作—復歸中循環，想要確定變化的結果如何，還要進一步查看信號的最終狀態，這無形中加重了告警排查的工作量。

1.1.3 分析與總結

通過對這兩種告警排查方式的對比分析，可得出如下結論。

（1）使用光字牌排查法時，告警信息的結果會直觀顯示出來，但因為確定不了排查范圍，所以所有的光字牌信號都需要排查一遍，數量較多。

（2）使用實時信息排查法時，因為有變化的信息會自動刷新（即變位上送），告警信息數量相對少，可以滿足對信息動作順序的記錄，但告警信息類型多，不方便排查，而且對于結果的顯示也不夠直觀。

1.2 應對措施

1.2.1 用分層式狀態告警減少信息排查數量

1.2.1.1 確立研究方向

為了完整全面地采集和反饋變電站運行狀態信息，滿足對變電站無人值守的數據要求，就需要采集更多、更詳細的告警信息，信息數量大的問題客觀存在。不能單純的對這些信息做刪減和取舍，否則會影響站內信息的及時反饋，也違背了使用變電站監控系統的初衷。

既然信息不能刪減，那么在進行全面的告警排查時，就會耗時很長。想要縮短時長，就得縮小排查范圍；想要縮小范圍，就需要在全站信號基礎上，盡可能隔離出非告警的部分，只保留告警部分，以方便排查。

為了更加清楚地解釋和表達觀點，使之便于分析理解，在尊重客觀事實的基礎上，做如下假設。

假設一個變電站一共有1 000個告警信號，此時有1個信號告警動作，為查找到此信號，需最多排查1 000個告警信號，這是常規排查方法。

（1）如果將1 000個告警信號等分為10個集合，每個集合包含100個信號，在確定告警信息只存在于其中1個集合之后，其余9個集合可以排除，即告警排查范圍縮小到100個信號以內。

（2）如果再將這100個告警信號等分為10個集合，每個集合包含10個信號，在確定告警信息存在于其中1個集合之后，其余9個集合可以排除，即告警排查范圍縮小到10個信號以內。

（3）通過排查這10個信號，外加前兩輪排查中需要的2個集合的告警信號，共計12個告警信號，便可實現告警信息的準確定位。在工作量上，新方法對比常規排查方式為12/1 000，效率可提高近100倍。

這是分層式狀態告警的邏輯雛形，因為每個現場實際情況各有差異，做假設的目的只是為了便于理解和說明，不代表客觀數據。

1.2.1.2 實驗內容和步驟

考慮到目前變電站測控設備多采用分布式結構，即每臺設備可獨立傳輸信息、互不干擾，所以在劃分集合時，宜以間隔為單位，用合成遙信的方式，生成間隔狀態告警信號。

間隔狀態告警將間隔內5～10個告警信號用或邏輯（∨）合成一個間隔狀態告警信號，滿足當其中任意一個信號動作告警時，狀態告警信號都動作，信息為1；當其中所有信號都處于復歸位置時，狀態告警也在復歸位置，信息為0[3]。為了進一步減少狀態告警的數量，還可以在所有的間隔狀態告警基礎上，合成為一個全站的狀態告警信號，以構成變電站分層式狀態告警。

1.2.2 用圖形畫面表述狀態信息

為了使合成后狀態告警等信號，以更加直觀的方式表現出來，需要使用光字牌關聯信號的辦法。首先在主畫面上做一個狀態總告警的光字牌和間隔狀態告警的分畫面鏈接（光敏點），分畫面上顯示各個間隔狀態告警的光字牌并關聯相應的間隔狀態告警信號，如圖1所示。

圖1 狀態告警結構示意圖

當某一間隔內出現告警信息時，站內狀態總告警燈亮起，打開分畫面查看告警信息來自哪個間隔設備，確定間隔后打開間隔設備詳細信息，找到告警源；在正常運行狀態時，站內站內狀態總告警燈則顯示熄滅。

1.3 實驗過程、目的及結果

以66 kV柳樹變為例，后臺機采用南瑞科技公司的NS2000系統，使用Oracle數據庫，實驗步驟如下。

（1）將10 kV間隔內的重要告警信號用或邏輯合成為間隔狀態告警信號，內容包括裝置失電告警、控制回路斷線告警、把手遠方/就地位置、通信中斷信號及彈簧未儲能信號。其中，把手遠方/就地位置在遠方位置時，為正常的運行模式，信號為1；在就地位置為檢修模式時，信號為0。為了確保合成后的狀態信號邏輯正確，需要將把手遠方/就地位置信號先取反，再和其他信號做合成。目的是當任意告警信號動作時，狀態告警都能正確反映。主變和公共間隔原理類似。

（2）將合成后的間隔狀態告警信號，再次通過或邏輯合成為全站的狀態總告警信號，目的是使告警信號源具備邏輯索引定位的功能。

（3）在主畫面上用光敏點鏈接一個新的分畫面，用光字牌圖形關聯間隔狀態告警信號，以便實時呈現各個間隔的告警狀態；同時在主畫面上將狀態總告警信號關聯告警燈或者光字牌，實時反映全站的告警狀態，如圖2、圖3所示。

圖2 變電站監控主畫面

圖3 狀態告警分畫面

模擬把手遠方/就地位置信號，就地位置時，狀態總告警動作→對應間隔狀態告警動作→間隔內把手遠方/就地位置動作，實現了告警源的快速索引和定位；遠方位置時，狀態總告警復歸→對應間隔狀態告警復歸→間隔內把手遠方/就地位置復歸，實現了狀態告警簡化告警數量、判別設備異常的功能。

為適用變電站無人值守和信息遠方集中監控的要求，狀態告警信號還可在通信網關機的轉發表中進行合成，實現信號的遠方監控，在結構上類似于全站事故總信號。

1.4 對照試驗

過去，部分變電站通過采用全站告警集合的方式來減少告警數量，即將全站合成一個總的告警信號。在調度集控層面上，確實縮小了區域內變電站的排查范圍，但是在進一步排查站內告警信息時，工作量依舊不小。而采取分層式結構，不但滿足縮小了區域內變電站的排查范圍的要求，還可以實現告警信息在站內的逐層定位[3]。

為排查出站內存在的一個異常告警信號，分層式狀態告警與全站式告警集合的分析對比結果，以66 kV柳樹變為例，如表3所示。

在確定變電站內存在異常告警信息后，下一步需要查找信號由哪個間隔發出；通過間隔狀態告警的指示，可以找到產生告警信息的間隔，進而確定告警源；而全站式告警集合，只能通過人工的方式，逐個間隔畫面的翻看和查找告警源。通過對比可知，在告警排查的效能上，分層式狀態告警比全站式告警集合提高了6倍。

表3 66 kV柳樹變告警排查效能對照表

2 對開關、刀閘、電流及功率等分析工作依賴人工

2.1 原因分析

在變電站告警信息中，有些能夠直接表示異常狀態，如裝置失電、控制回路斷線等；還有一些信號，只表示當前狀態，至于是否存在異常，需要綜合其他因素來判斷，如開關、刀閘、電流及功率等。

對這些信息的分析工作，目前都是靠人工的方式去完成，而每個變電站都有十幾甚至數十個這樣的間隔，累計下來工作強度很大。

2.1.1 開關、隔離刀閘和接地刀閘位置異常

開關、隔離刀閘和接地刀閘之間有閉鎖功能，即開關在合位時，隔離刀閘不能分開；隔離刀閘在合位時，接地刀閘不能合上。在實際工作中經常遇到，用于信號傳輸的轉換接點出現故障，導致監控系統位置顯示不對。因為位置的分合本身只表示狀態，不產生告警，所以運維人員難以發現異常狀態，也拖延了處理的時間。

2.1.2 測量用CT斷線告警

在正常運行狀態下，如果監控系統顯示，設備有一相電流為0，而其余相電流正常時，可能的結論是測量用CT斷線。CT斷線引發的高電壓會導致接線端子排或設備燒毀，嚴重影響電網的安全運行。而采用人工方式，通過逐個間隔查看電流值的方法來判斷異常狀態，會延誤異常處理的時間。

2.1.3 母線進行流入、流出功率計算

對變電站的母線進行流入、流出功率進行計算，其結果既可以反映出各個間隔的CT變比參數是否正確、確定間隔的空載狀態，也可用于發現設備數據不刷新、通信中斷及電壓空開跳閘等問題。用人工計算的方式去校核，受功率實時變化和計算誤差因素的影響，所得結論可靠性并不高，效率也很低。

2.2 應對措施

2.2.1 開關、隔離刀閘和接地刀閘信息的邏輯運算表達式

在分析開關、隔離刀閘位置時，可以引入電流量作為判斷依據，具體步驟表達式如下。（1）開關分位∧電流有流（電流有流，可以通過做電流越限，轉化為遙信后做判斷，下同）；（2）隔離刀閘分位∧電流有流（開關位置多為雙位置接點，隔離刀閘為單位置接點時，即合位1分位0時，可先將隔離刀閘位置信息取反后，再參與邏輯運算）；（3）將（1）∨（2）。告警過程分析，正常運行條件下，當開關合位，隔離刀閘分位，電流有流時，告警動作；當開關分位，隔離刀閘合位，電流有流時，告警動作；當開關分位，隔離刀閘分位，電流有流時，告警動作；除這些情況外，其他狀態均告警復歸。

隔離刀閘和接地刀閘位置關系是不能同時在合位，表達式為隔離刀閘∧接地刀閘。對于告警過程分析，隔離刀閘和接地刀閘同時在合位時告警動作，其他情況均告警復歸。

2.2.2 用異或邏輯合成CT斷線告警信號

對于CT斷線告警信號，可通過做電流值越限告警的方法來判斷有流無流。當電流值大于一個給定值時，判定有流，信號為1；反之，判定無流，信號為0。邏輯表達式為A相有流⊕B相有流⊕C相有流（⊕，為邏輯異或）。對于告警過程分析，當三相電流中有一相或兩相無流時，告警動作；當三相電流都有流或都無流時，告警復歸。

2.2.3 母線功率運算表達式

母線功率的計算分為有功計算和無功計算，理論上流入功率與流出功率的差值應該為0，而實際差值也應該在誤差允許范圍內。

若以雙主變母線形式為單母線帶分段的變電站為例，母線功率運算表達式為母線有功功率差值=（兩臺主變有功功率之和）-（所有配出線有功功率之和）、母線無功功率差值=（兩臺主變無功功率之和+電容器無功功率之和）-（所有配出線無功功率之和）。

為了讓母線功率差值（有功或無功）在超過誤差允許范圍時發出告警，可進一步設置允許范圍，告警表達式為（母線功率差值＞誤差正定值）∨（母線功率差值＜誤差負定值）。

3 結 論

隨著我國日新月異的發展，國力日益強盛，國家提出了網絡強國戰略。在網絡強國戰略中，建設泛在電力物聯網是一項重要舉措，其核心是圍繞電力系統各環節，充分應用移動互聯、人工智能等現代信息技術、先進通信技術，實現電力系統各環節萬物互聯、人機交互，并具有狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特征的智慧服務系統。本文對在變電站告警信息排查過程中遇到的信息數量大、反饋不直觀，以及對開關、刀閘、電流、功率等分析工作依賴人工等問題進行分析，以后臺監控系統為平臺，利用遙信合成和邏輯判斷的方式，設計出分層式狀態告警系統和輔助分析算法。該算法用來優化變電站數據結構，使信息從“平鋪”變“立體”，為信息高效處理提供一種實踐方法。

但應該看到，對信息的輔助分析算法研究，目前還停留在理論階段，相關定值的定量分析，還需要通過實驗的方法進一步校正。對保護壓板的分析、保護定值的校對和遙控回路的監視等工作，尚且依賴人工方式，這也使得輔助分析在內容方面還有繼續提升的空間。

下一步，將繼續研究有關信息采集、傳輸、優化等問題，并不斷豐富狀態告警及輔助分析所包含的內容，逐步升級和完善分層式狀態告警系統，更好地服務于泛在電力物聯網的建設和維護。