繼電保護領域中大數(shù)據(jù)技術(shù)的有效運用

曹 鋮，潘文博

（神華國華壽光發(fā)電有限責任公司，山東 濰坊 262714）

0 引 言

大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力系統(tǒng)的各個領域中均有所應用，并且產(chǎn)生了較好的應用效果。具體而言，主要是借助大數(shù)據(jù)技術(shù)本身的特點，將電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息等進行有效分析和處理，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)的深層價值。隨著現(xiàn)代化社會的發(fā)展，各類軟硬件得到了升級改造，信息化技術(shù)更是得到了有效應用，從而有效推進了微機化的保護設備應用，也對在線信息和離線信息的實時監(jiān)測與運行管理進行了規(guī)范。整體上借助所研發(fā)的專業(yè)管理系統(tǒng)，切實提高了有關設備和電力系統(tǒng)本身的運行安全和使用可靠性。

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

對于繼電保護而言，其保護過程所進行的離線分析，主要是對有關系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)等進行完整收集，進而做出計算和分析，并驗證規(guī)律。整體上實現(xiàn)對于數(shù)據(jù)的詳細觀測和采集，并對結(jié)果進行驗證分析。當前，繼電保護中進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，根據(jù)實測參數(shù)與借助電網(wǎng)運行方式進行的整定計算，也是繼電保護的主要業(yè)務。

繼電保護在線計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、計算和結(jié)果呈現(xiàn)。這一過程中所使用的數(shù)據(jù)和有關信息，即來自于電網(wǎng)系統(tǒng)中的調(diào)度信息、計算分析信息以及故障遠傳和在線監(jiān)視和分析等。隨著數(shù)據(jù)量的激增和相關應用系統(tǒng)的增多，數(shù)據(jù)的重復錄入問題以及復雜問題處理時效格外嚴重。整體上，對于數(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，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)計算能力的提升，規(guī)避由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲受限制帶來的制約。實現(xiàn)眾多業(yè)務系統(tǒng)采用共享服務的目的。對各類數(shù)據(jù)信息的處理、共享及計算使用等要求變得更加切實可行。

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 設備出廠數(shù)據(jù)

設備出廠數(shù)據(jù)基本屬于設備生產(chǎn)廠家對于有關設備的功能等信息描述，一般隨著設備的出廠而提交給使用單位。具體而言，保護設備出廠時在內(nèi)部會進行建模并寫入設備的自描述信息，設備外部帶有相應的條形碼標簽或者電子標簽等。這樣的形式和方式相當于對設備進行了身份證明。另外，設備的生產(chǎn)廠家會對設備的自有缺陷及相關注意事項等進行描述和呈現(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 檢測試驗數(shù)據(jù)

在電力行業(yè)發(fā)展過程中，必須對自身所使用的有關設備及系統(tǒng)等進行檢測和試驗，明確設備和系統(tǒng)使用的可靠性與穩(wěn)定性。相應的，國家針對電力行業(yè)提出了更多具體要求和規(guī)定，其中包含對有關保護設備等進行試驗檢測和動態(tài)模擬等，針對不同廠家的不同型號有不同的檢測和試驗方法，具體試驗檢測過程主要是針對設備在異常情況下的動作數(shù)據(jù)，并根據(jù)設備型號及具體功能作用等分析設備的可靠性和故障解決方法。所以，經(jīng)過專業(yè)檢測和分析之后，有關合格產(chǎn)品的型號、廠家及版本數(shù)據(jù)等就會得到公開。據(jù)此這一過程所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)主要來自各個檢測機構(gòu)，其中包含設備的檢測結(jié)果數(shù)據(jù)及原始數(shù)據(jù)等，并會以文本、數(shù)字等形式進行呈現(xiàn)。

1.1.3 調(diào)控運行數(shù)據(jù)

調(diào)控運行數(shù)據(jù)即是在電網(wǎng)系統(tǒng)正常運行過程中進行的設備調(diào)控所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以及運行過程產(chǎn)生的故障信息數(shù)據(jù)等。具體而言，調(diào)控運行過程電網(wǎng)發(fā)生故障及運行巡視過程保護設備檢測的數(shù)據(jù)，以及人工方式獲取的有關數(shù)據(jù)等，均是重要的調(diào)控運行數(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)運行過程中，各個組成部分的運行信息數(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，并且其中部分數(shù)據(jù)會融合。

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)進行呈現(xiàn)，進而方便收集和計算，進一步表現(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)模逐漸擴大以及相應設施的增多、應用需求的增多，其中的有關數(shù)據(jù)信息變得越發(fā)龐大，實際情況下能達到PB級別。

2 應用場景

2.1 設備分析評估與狀態(tài)評估

對于實際應用場景而言，如某電廠使用GE發(fā)變組保護裝置解決方案中，切實有效應用大數(shù)據(jù)技術(shù)對其設備的配置和健康狀態(tài)進行有效檢測和分析評估，以此根據(jù)評估結(jié)果能指導和引導電網(wǎng)企業(yè)是否進行檢修和故障解決等[2]。另外，對于設備的分析評估包括對設備使用年限和電壓等級等進行分析，從而根據(jù)分析過程和結(jié)果，明確GE發(fā)變組保護等的設備運行狀態(tài)，所以更加方便管理者和使用者對其進行維護與管理。同時，能根據(jù)分析評估的結(jié)果，對故障設備的檢修提供有針對性且可行性更高的方案及建議，也能對不同健康狀態(tài)的設備提供不同的檢修和維護方案等。

2.2 運行分析和定向優(yōu)化

運行方面的分析主要是對GE發(fā)變組保護等設備進行故障動作信息的有效挖掘和收集，以及對其發(fā)生保護行為的分析、動作完成過程和效果的分析，進而根據(jù)以往所收集故障動作信息和對其本身功能設定故障動作的對比，完成對設備整體的評價，進而提出更有參考價值的預警級別信息。通過有效的運行分析，以及通過對一次設備有關配置、保護設備配置等的大量數(shù)據(jù)收集和分析，提供當前配置情況是否滿足電網(wǎng)安全和穩(wěn)定運行要求。如果分析結(jié)果提出預警信息，則更會提供配置方面的優(yōu)化策略，從而保障系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。

2.3 缺陷分析與精準技改

缺陷分析即是對GE發(fā)變組保護設備等設備缺陷進行有效分析，通過關聯(lián)運行具體情況，結(jié)合設備運行環(huán)境等實時數(shù)據(jù)，分析設備最終出現(xiàn)故障的可能性和具體部位。精準技改則更是基于對主要故障問題的分析和對故障處理結(jié)果的分析，提出系統(tǒng)性及設備本身需要改進的部位，以提供相應的技術(shù)改進策略。

2.4 智能診斷

智能診斷則是根據(jù)電網(wǎng)運行歷史數(shù)據(jù)以及保護運行有關歷史數(shù)據(jù)、信息的比對、計算和智能分析，結(jié)合相關變化趨勢及故障發(fā)生特征，智能預測故障發(fā)生概率和時間、具體部位等，為電網(wǎng)檢修和設備維護、安全管理等提供更加準確的參考。并且能通過對比大電網(wǎng)，確定系統(tǒng)中設備等存在的隱形故障和嚴重問題，為電網(wǎng)整體的穩(wěn)定運行提供可靠保障和有效支持。

2.5 智能運維管理

智能運維管理體現(xiàn)在遠程的智能運維中。具體通過結(jié)合保護設備有關信息以及對電網(wǎng)進行關聯(lián)控制，實現(xiàn)對電網(wǎng)實時運行信息的獲取和明確，進而通過有關檢測設備和信息收集方式，借助網(wǎng)絡終端設施實現(xiàn)遠程的運維管理。

透明管控也是重要的應用體現(xiàn)，是借助對保護設備身份的識別和明確，進一步借助手持設備等對保護設備進行運行信息采集和故障動作表現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集，整體上實現(xiàn)信息收集與管控規(guī)范化、標準化，實現(xiàn)透明管控。并且通過透明管控，幫助開展電網(wǎng)系統(tǒng)有關檢修工作及維護工作等，可以實現(xiàn)大范圍大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

3 具體應用

對于電力系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)技術(shù)應用而言，其在繼電保護領域有著更多的應用場景，以此整體上借助大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢及特性，建立結(jié)構(gòu)化、標準化、可復用的模型，進而借助分析與反饋等，對有關模型和運行系統(tǒng)進行優(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)的有效應用，絕非僅僅在于其技術(shù)本身的特性和優(yōu)勢，而是在于大數(shù)據(jù)技術(shù)與繼電保護的有效結(jié)合，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行及安全運行提供了保障，有效補足了傳統(tǒng)繼電保護的缺陷和不足，為電網(wǎng)保護設備發(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)應用于繼電保護，提取數(shù)據(jù)是必要過程。對于數(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常規(guī)變電站中電壓等級保護設備進行數(shù)據(jù)的提取；二是有關智能變電站以及部分500 kV和220 kV變電站中進行數(shù)據(jù)的提取；三是從有關統(tǒng)計分析模塊和生產(chǎn)管理系統(tǒng)中進行必要數(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動作的發(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)以及繼電保護管理和檢測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)計算和結(jié)果呈現(xiàn)不準確，從而影響實際生產(chǎn)管理和運營維護。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、標準化的數(shù)據(jù)處理功能進行有效的分析與計算。

3.2 建立保護設備描述標準數(shù)據(jù)模型

對于繼電保護中更多數(shù)據(jù)的計算和分析，建立相應的保護設備的描述標準數(shù)據(jù)是基礎工作之一。通過對GE發(fā)變組保護設備信息的分析，建立相應的數(shù)據(jù)描述標準模型，能使數(shù)據(jù)分析和計算處理等更加標準化、結(jié)構(gòu)化，保證處理結(jié)果更加準確。

3.3 建立保護設備家族模型

建立保護設備家族模型也是一項必要的工作。其中，GE發(fā)變組保護中的UR系列產(chǎn)品是目前世界范圍內(nèi)最先進的產(chǎn)品之一，有著獨特的模塊化設計，能實現(xiàn)對線路的保護、發(fā)電機的保護以及對母線和控制器進行保護。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)有效應用的基礎。它更好的拓展性以及UR系列的URPC軟件，可以為數(shù)據(jù)獲取及計算提供更加標準的數(shù)據(jù)信息。

3.4 保護設備可靠性分析

對于保護設備的可靠性分析，建立GE發(fā)變組保護家族型號之后，實際使用的每一臺設備都可以一一對應相應的保護設備家族。在此基礎上，通過對電網(wǎng)中有關家族設備數(shù)量的計算和明確，對其中缺陷信息等進行有效關聯(lián)，能實現(xiàn)對家族保護設備可靠性的有效分析，輔助完成對系統(tǒng)和電網(wǎng)整體、具體繼電保護設備的故障解決、檢修與維護。

4 結(jié) 論

隨著社會的發(fā)展和科學技術(shù)的進步，信息化技術(shù)被有效應用于各行各業(yè)。例如，大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力行業(yè)中繼電保護領域的應用，不僅是對基礎繼電保護功能、作用的升級和完善，而且能提升傳統(tǒng)繼電保護設備的應用水平，使其借助大數(shù)據(jù)技術(shù)的分析與計算功能呈現(xiàn)更加準確的信息和結(jié)果，在規(guī)避故障問題帶來的嚴重困擾的同時，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。