一種基于電力通信無(wú)線專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)的告警處理系統(tǒng)

戴勇 李偉 賈平 汪大洋 海凜

摘 ?要：隨著近些年企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)展，迫切需要樹(shù)立新的理念來(lái)引導(dǎo)未來(lái)電力網(wǎng)絡(luò)管理的建設(shè)，以提高電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的整體水平。通過(guò)綜合告警自動(dòng)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)及處理，有利于提高運(yùn)維效果、減輕人員工作壓力。針對(duì)現(xiàn)有自動(dòng)化處理技術(shù)的不足，文章立足于國(guó)網(wǎng)江蘇電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，開(kāi)發(fā)了一種綜合化集中告警自動(dòng)處理系統(tǒng)，克服了現(xiàn)有電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)之不足，能有效地解決傳統(tǒng)模式下當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)故障、影響到業(yè)務(wù)時(shí)的運(yùn)維效率和準(zhǔn)確性的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：電力通信;智能電網(wǎng);告警處理;在線監(jiān)測(cè);物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）28-0019-04

Abstract： With the expansion of enterprise scale in recent years， there is an urgent need to establish a new concept to guide the construction of future power network management and thus to improve the whole ability of power network operation. By realizing the automatic detection and treatment of network faults， it is helpful to improve the effect of operation and maintenance and reduce the work pressure of personnel. According to the disadvantages of existing automatic processing technology， an integrated centralized alarm automatic processing system is developed by combining the Internet of Things with existing State Grid's Jiangsu electric power communication network. Such a system is proved to be able to overcome the deficiency of operation and maintenance of existing power network， and to effectively solve the problem of operation and maintenance efficiency and accuracy， which is caused by the network malfunction in the traditional mode.

Keywords： power communication transmission network; smart grid; alarm process; online monitoring; Internet of Things

1 概述

隨著電力行業(yè)LTE通信網(wǎng)絡(luò)[1-2]規(guī)模逐步標(biāo)準(zhǔn)化、成熟化，規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，終端設(shè)備數(shù)量大量增加，電力行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)模擴(kuò)大，電力行業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求也不斷提高，需要及時(shí)監(jiān)控到網(wǎng)絡(luò)狀況。

不久前，依托國(guó)家電網(wǎng)公司終端通信接入網(wǎng)，國(guó)網(wǎng)江蘇電力和中興通訊合作打造電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)，采用TD-LTE第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）作為首選無(wú)線接入方式，構(gòu)建電力通信網(wǎng)運(yùn)維支撐網(wǎng)絡(luò)，將電力通信網(wǎng)的骨干網(wǎng)絡(luò)與電力客戶相連接，實(shí)現(xiàn)了電力通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的全面徹底貫通，建成了接入便捷靈活、安全保障性高的1.8G無(wú)線通信網(wǎng)。

新的電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)該網(wǎng)絡(luò)具有頻帶寬、延時(shí)小、運(yùn)用場(chǎng)景廣泛的特點(diǎn)，能夠克服傳統(tǒng)光纖接入方式面臨的道路開(kāi)挖困難、鋪設(shè)周期長(zhǎng)、成本高等問(wèn)題，能夠通過(guò)海量能源節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)互通全方位提高智能電網(wǎng)的信息感知深度和廣度。該網(wǎng)絡(luò)便捷靈活、高度可靠，能夠承載配電自動(dòng)化、負(fù)荷控制、用電信息采集、智能變電站在線監(jiān)測(cè)分析等業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電力物物相連[3]，進(jìn)行大數(shù)據(jù)采集。

由于無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)能夠承載監(jiān)測(cè)和遙控指令，配電自動(dòng)化系統(tǒng)快速隔離故障可以成為現(xiàn)實(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的自動(dòng)處理，從而在很大程度上提升故障響應(yīng)和維修速度，并減少機(jī)房環(huán)境對(duì)人員造成的傷害。但電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)目前的網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)是按照業(yè)務(wù)分工，各類(lèi)業(yè)務(wù)有各自的廠商網(wǎng)管維護(hù)。目前這些網(wǎng)管上報(bào)的網(wǎng)絡(luò)側(cè)障礙，還不能得到及時(shí)的自動(dòng)化處理，在一定程度上制約了業(yè)務(wù)的發(fā)展;并且現(xiàn)有的網(wǎng)管系統(tǒng)只能監(jiān)控本廠商、本地市的性能告警數(shù)據(jù)，無(wú)法進(jìn)行全省、全廠商集中統(tǒng)一管理。這些都迫切需要一種通用性和綜合性更強(qiáng)的自動(dòng)處理系統(tǒng)。

2 技術(shù)架構(gòu)

為滿足上述需求，我們開(kāi)發(fā)了一種電力通信無(wú)線專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維支撐平臺(tái)。平臺(tái)的主要功能架構(gòu)如圖1所示，包括業(yè)務(wù)系統(tǒng)、第三方平臺(tái)和第三方系統(tǒng)。為了保障無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)運(yùn)維支撐平臺(tái)的性能的最優(yōu)化，我們將業(yè)務(wù)子系統(tǒng)分為兩個(gè)子服務(wù)，一個(gè)是采集服務(wù)，另一個(gè)是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，因此業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以從功能目標(biāo)上分為采集模塊和應(yīng)用模塊兩大部分。

采集模塊可以支持多協(xié)議采集數(shù)據(jù)，多方式拉取或接收各核心網(wǎng)、基站的告警、性能數(shù)據(jù)，為了保證數(shù)據(jù)安全，采集模塊設(shè)置獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)服務(wù)，同時(shí)也支持文件形式存儲(chǔ)，通過(guò)正反向隔離裝置，支持向應(yīng)用模塊實(shí)時(shí)推送數(shù)據(jù)，也支持應(yīng)用模塊主動(dòng)拉取數(shù)據(jù)。應(yīng)用模塊涵蓋所有業(yè)務(wù)功能模塊，包括開(kāi)卡開(kāi)戶、告警管理、性能監(jiān)測(cè)、業(yè)務(wù)支撐、統(tǒng)計(jì)分析、系統(tǒng)支撐等核心模塊。基于這兩個(gè)模塊，我們能夠?qū)θ　⑷珡S商形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化的管理，并且能夠確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)上的安全傳輸。

RFID（無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)）是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并能迅速跟蹤項(xiàng)目和交換數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)可以有效利用RFID無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所涉及數(shù)據(jù)狀態(tài)的感知，并將采集目標(biāo)在機(jī)房或設(shè)備中的位置定位。而輸變電設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)為主要載體，對(duì)運(yùn)行中的輸變電設(shè)備通過(guò)多種感知設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)的感知與數(shù)據(jù)的收集。在監(jiān)控和告警數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)預(yù)處理即數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化和數(shù)據(jù)傳輸之后，將生成一個(gè)可用的網(wǎng)絡(luò)告警數(shù)據(jù)集，并在圖形界面中顯示（如圖2所示），工作人員可以對(duì)這些反饋信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

此外，通過(guò)計(jì)算機(jī)三維模擬，可以讓用戶使用三維可視界面對(duì)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視和管理。將真實(shí)環(huán)境通過(guò)計(jì)算機(jī)三維模擬如實(shí)反映出來(lái)，將機(jī)柜、服務(wù)器、空調(diào)、移動(dòng)工具等主要設(shè)備三維化，將能耗、溫度、濕度、噪聲等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)三維化。這樣用戶在屏幕前即可監(jiān)視機(jī)房中的所有設(shè)備，也可方便地對(duì)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控管理，從而使得日常維護(hù)人員不必進(jìn)入機(jī)房即可進(jìn)行相關(guān)工作，避免機(jī)房嘈雜的環(huán)境、過(guò)強(qiáng)的輻射對(duì)身體造成傷害。

物聯(lián)網(wǎng)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，能夠進(jìn)一步開(kāi)發(fā)監(jiān)測(cè)電力設(shè)備健康狀況的新方法。例如在需要對(duì)較大的范圍進(jìn)行監(jiān)控又不方便安裝太多信號(hào)節(jié)點(diǎn)的環(huán)境，可以安排智能巡檢機(jī)器人定時(shí)沿導(dǎo)軌進(jìn)行巡邏并收集數(shù)據(jù)[4]。這種方法可進(jìn)一步提高巡檢效率，降低人為因素在電力巡檢業(yè)務(wù)中的影響。

3.4 故障處理

為了對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行及時(shí)高效處理，除了前面所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和告警功能之外，自動(dòng)故障處理和遙控指令傳輸功能也必不可少。當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，首先在專(zhuān)業(yè)網(wǎng)管協(xié)議基礎(chǔ)上，采集網(wǎng)絡(luò)側(cè)的告警信息，并通過(guò)對(duì)告警信息的壓縮、過(guò)濾等處理篩選需要關(guān)注處理的網(wǎng)絡(luò)故障，再通過(guò)告警監(jiān)控客戶端在用戶界面上進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，然后通過(guò)預(yù)設(shè)規(guī)則進(jìn)行自動(dòng)匹配，進(jìn)行自愈處理或是手動(dòng)檢修。

現(xiàn)階段，各地電網(wǎng)中已經(jīng)廣泛采用了智能配電網(wǎng)自愈功能[5]，配電網(wǎng)自愈是指配電網(wǎng)具有自我預(yù)防、自治修復(fù)以及從故障中恢復(fù)的能力。能否實(shí)現(xiàn)自愈控制，是配電網(wǎng)智能化的重要標(biāo)志。相較于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，智能配電網(wǎng)的可視化管理水平高、與用戶互動(dòng)能力強(qiáng)、電能質(zhì)量和供電可靠性高，有著極強(qiáng)的自愈能力。基于先進(jìn)的量測(cè)體系和及時(shí)準(zhǔn)確的狀態(tài)評(píng)估，智能配電網(wǎng)自愈控制功能可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)由故障檢測(cè)、故障定位、故障隔離和故障恢復(fù)幾個(gè)階段的處理，做到維持繼續(xù)運(yùn)行、快速處理故障并恢復(fù)正常供電。

要實(shí)現(xiàn)智能配電保護(hù)及自愈控制，必須滿足可觀性和可控性要求。從可觀性來(lái)說(shuō)，要配置必要的傳感器、智能終端和通信手段，能夠自動(dòng)共享信息，識(shí)別配電網(wǎng)架拓?fù)洌R(shí)別故障及其發(fā)生區(qū)段，預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)供前后的負(fù)荷變化。從可控性來(lái)說(shuō)，要有自動(dòng)判斷、決策并發(fā)出跳閘合閘和調(diào)整等控制命令的終端，傳輸命令的通信通道，執(zhí)行控制命令的斷路器等設(shè)備。通過(guò)將配電系統(tǒng)與電力物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，使配電網(wǎng)具有自我感知、診斷、決策及恢復(fù)的能力，實(shí)現(xiàn)最小化或避免對(duì)用戶的供電中斷，保障配電網(wǎng)安全可靠與經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)頻率專(zhuān)用、網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)用、終端專(zhuān)用，有效助力了江蘇省電力公司實(shí)現(xiàn)端到端的自主可控，有效保障電網(wǎng)安全;監(jiān)測(cè)和遙控指令通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)承載，能夠大幅縮短故障停電平均時(shí)間，大大降低電量損失;三維一體化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，減輕了一線值班員的監(jiān)控壓力;利用無(wú)線通信網(wǎng)回傳和移動(dòng)辦公，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程查看信息，以及客戶供電方案現(xiàn)場(chǎng)答復(fù)。

總而言之，電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合切實(shí)有效，大幅節(jié)約了人力物力，提升了系統(tǒng)的故障處理能力。在保障災(zāi)備中心安全運(yùn)行的前提下，降低了機(jī)房巡檢的頻度，節(jié)約了人力物力，提高災(zāi)備運(yùn)維管理工作效率近20%。原先人工巡線排查故障需要2小時(shí)左右，現(xiàn)在運(yùn)用配電自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)狀態(tài)，遠(yuǎn)程隔離故障僅需2分鐘，故障停電平均時(shí)間縮短40分鐘，按每起故障平均2000千瓦時(shí)電量計(jì)算，僅此一項(xiàng)每年可減少約180萬(wàn)千瓦時(shí)電量損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳林海，劉軼文，孫紅偉.基于4GLTE技術(shù)的電力無(wú)線通信專(zhuān)網(wǎng)研究與方案解決[J].中國(guó)新通信，2019，21（22）：73-74.

[2]韓冰洋.LTE-230MHz電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中

的應(yīng)用與實(shí)踐[A].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力信息化專(zhuān)業(yè)委員會(huì).生態(tài)互聯(lián) 數(shù)字電力——2019電力行業(yè)信息化年會(huì)論文集[C].2019：19-25.

[3]張琨，張桂韜，李健.基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)數(shù)據(jù)管控體系建設(shè)[J].電氣時(shí)代，2020（04）：36-38.

[4]趙琛，方圣，陳兆.無(wú)人值守變電站智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用與運(yùn)維[J].安徽電力，2020，37（01）：32-34.

[5]陳靜，尚復(fù)元，李興明.配電網(wǎng)自愈技術(shù)研究[J].通訊世界，2019，26（11）：255-256.