淺談大數據技術在繼電保護領域的研究與應用

古海江

摘要：隨著大數據技術的發展，為繼電保護的智能性提供了新的發展方向。繼電保護發展也有了更高層次的研究的技術參考。繼電保護系統作為電力行業傳統專業技術意義非常大，結合大數據技術具有較高的先進性，能夠快速提升智能水平。因此，如何在繼電保護領域中使用大數據技術成為了電力系統發展新的研究課題。

關鍵詞：大數據技術;繼電保護領域;應用

應用大數據、物聯網、移動互聯網等信息技術，將推動繼電保護專業管理信息化水平提升。中國電力科學研究院已研發大數據平臺，將為繼電保護專業數據大量存儲、靈活處理、關聯共享、高速計算提供基礎構架，為數據挖掘提供算法和分析支持，支撐智能高級應用。電力企業已引入相關管理系統用于變電站設備數字化管理。

1數據來源和數據特征

1.1數據來源

1.1.1設備初始數據

設備初始數據主要有設備選型、出廠、安裝等環節的數據，其中出廠數據是核心部分，由制造廠家根據各自信息系統提供，隨設備出廠，提交給電網運行和技術支撐單位。保護設備出廠時，在設備內部建模并寫入設備的自描述信息，在設備外部設置電子標簽或二維碼標簽，攜帶設備識別代碼信息。該代碼類似于保護設備的“身份證”，一般由制造廠家代碼（4位字母）+設備序列號組成。制造廠家建立與保護設備識別代碼相關聯的設備出廠描述信息，形成文本數據和數值。另外，制造廠家對家族性缺陷的定性分析、反措建議等也一并收集，數據格式包括文本、圖形等。

1.1.2檢測試驗數據

電力行業及國家級繼電保護檢測機構對各類保護設備開展動模試驗、型式試驗、專業檢測等，針對各制造廠家不同型號的保護設備都有大量的檢測數據。在檢測中可獲取設備在故障和異常下的動作數據、錄波數據，并根據結構化要求，解析保護裝置的型號、軟件版本、智能電子設備能力描述ICD文件、校驗碼、功能、測試批次、測試結論等信息。專業檢測通過后，公布合格產品的制造廠家、型號、類別、版本等數據。此部分數據主要來自于檢測機構的信息系統，數據格式主要為文本、數字、錄波文件等，以及在檢測中收集的原始數據和最終報告。

1.1.3生產運維數據

生產運維數據包含保護設備的投運、巡視、缺陷處置、評價、檢修等信息，通過信息系統填報獲取，或通過移動APP實現現場采集與交互。數據來源于調度管理系統（OMS）中的統計分析、狀態檢修模塊，生產管理系統（PMS）、智能變電站配置文件管理系統、智能壓板防誤操作系統以及運維工作APP等，數據類型主要為文本、數值、圖片、視頻、特定格式文件等。

1.2數據特征

對繼電保護專業領域數據的來源、格式和內容來看有以下特征。1）數據多源融合。繼電保護專業數據來源于OMS、PMS以及相關APP等，還包括來自制造廠家的信息系統、檢測機構信息系統的部分數據。數據多源化明顯，且部分數據已融合。2）結構化程度高。繼電保護領域各類數據規范化、結構化程度較高，通過建立離線數據標準模型和在線信息規范，統一了保護設備描述和輸出信息的結構化內容，為數據分析奠定了良好的基礎。繼電保護各項工作可依托統一數據模型關聯至每臺設備的制造廠家、型號、版本等基礎信息。3）異構數據逐步增多。獲取的錄波文件、SCD文件、ICD文件、圖片、視頻等異構數據的快速增長，對繼電保護設備描述信息更為豐富，對運行狀態監視更為準確和及時，此類數據具備進一步挖掘和分析應用條件。4）體量較大。隨著在線信息的獲取和應用，數據體量將達到PB級別。例如，針對20000節點的電網中10萬套保護裝置進行定值校核，掃描計算不同運行方式、故障類型、故障點的短路電流和電壓，數據文件可達GB級。5）數據全覆蓋。數據范疇涉及設備全壽命周期，并包括繼電保護裝置、二次端子（虛端子）、保護壓板等關鍵點數據，體現保護功能的完整性。

2應用場景

2.1設備分析評價與狀態評估

主要包括繼電保護設備分析、評價、在線狀態評估、狀態檢修等場景，面向保護設備，分析其配置和健康狀態。1）設備分析。設計微機化率、雙重化率、光纖化率、國產化率、各廠家市場占有率等指標，與調度范圍、電壓等級、設備類別等關聯，對設備運行年限、電壓等級、設備類型分布情況進行分析。2）設備評價。采用監測設備模擬量、環境參數，結合設備平均無故障時間、運行可靠性、動作正確率等統計指標，分析設備當前運行健康狀態和可靠性。3）在線狀態評估。結合評估指標體系，對設備運行狀態進行在線評估和預警。4）狀態檢修。綜合檢修策略模型、設備狀態，提供有針對性的檢修策略建議。

2.2運行分析和定向優化

主要包括繼電保護運行情況分析、電網故障分析、繼電保護定向優化等場景。1）運行分析。挖掘保護設備各類故障動作信息，分析保護動作行為，完成動作的評價，并結合保護動作歷史數據和錄波數據，總結提取動作特性。2）電網故障分析。分析復雜故障時的保護動作和錄波信息，結合氣象、環境、一次設備布置等數據，進行電網故障診斷、故障定位、故障原因分析，并可分析和評估保護動作行為對電網運行風險的影響。3）定向優化。通過挖掘一次設備配置、保護設備配置、保護動作等大量數據，分析保護配置合理性、雙重化效果和后備保護作用，提出保護配置、整定、策略的定向優化方案。

2.3缺陷分析與精準技改

主要包括繼電保護設備缺陷分析、家族性缺陷篩查、精準技改等應用場景。1）缺陷分析。挖掘保護設備各類缺陷信息，關聯設備類型、運行時長、環境等數據，分析繼電保護設備缺陷原因和具體部位。2）家族性缺陷篩查。聚類分析保護設備家族型號，挖掘具體保護設備的缺陷信息，分析家族性缺陷設備的全網分布及運行情況。3）精準技改。分析設備健康狀態和發展趨勢，提出保護不正確動作的原理性問題和軟硬件風險，對應提出技術改造策略。

2.4智能診斷及隱性故障識別

主要包括繼電保護智能診斷、繼電保護隱性故障識別等應用場景。1）智能診斷。綜合電網運行、保護運行、故障錄波等數據，利用變化趨勢、突變監測、數據源比對等智能技術，進行電網故障預警、電網故障快速定位和輔助決策。2）隱性故障識別。觀測保護設備內部信息、智能變電站回路信息、運行定值等，建立隱性故障識別模型，關聯電網故障數據，以大電網和設備視角識別隱性故障。

2.5智能運維與透明管控

主要包括繼電保護遠程智能運維、透明管控等應用場景。1）遠程智能運維。結合保護設備信息，關聯電網和智能變電站運行信息、計劃檢修信息、安全措施策略，進行安措執行分析，對遠程智能巡視周期內的關注信息進行自動智能分析。2）透明管控。通過保護設備身份識別技術和手持終端信息采集，對現場運行巡視、標準化作業等信息實時反饋，實現現場運維透明管控。離線信息通過應用系統采集，在線信息由變電站內裝置經站內網絡及通信系統送至調度端，基于移動互聯的安全應用系統收集各項現場工作及評價信息，所有數據基于大數據平臺資源進行存儲、處理、計算和共享，支撐了各項應用場景的實現。

2.6智能關聯與設備聯調

主要包括智能變電站虛端子智能關聯、設備遠程聯調等應用場景。1）虛端子智能關聯。導入CID配置文件模擬不同制造商IED設備外部特性，識別站內過程層和間隔層中各類網絡報文信息，結合SSD文件約束，實現全站IED設備的虛擬連線組網等操作。2）設備遠程聯調。構建平臺將擬安裝設備在出廠前進行遠程互聯，模擬間隔層、過程層、站控層測試，校核ICD文件一致性、SCD及GOOSE虛端子的正確性，檢查各IED設備的互聯互通性，為智能變電站的投運提供重要前期支撐。

3結論

目前基于保護設備數據和運行數據、動作數據完成了保護設備家族建模和計算，下一步將考慮保護設備的實時運行信息，將運行環境、保護設備內部環境、運行監測量等納入家族分析范圍，進一步提升分析的精益化程度。

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