自動(dòng)化運(yùn)維智能巡檢與綜合告警系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

趙憲中 侯梓浪 顏恒生 羅康寧 陳炫安

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司云浮供電局 廣東省云浮市 527300 2.廣州普瑞特電子技術(shù)有限公司 廣東省廣州市 510630）

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展推動(dòng)下，各類(lèi)電力企業(yè)蓬勃發(fā)展。但是許多企業(yè)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)以大規(guī)模方式快速增長(zhǎng)的同時(shí)，運(yùn)維安全已經(jīng)成長(zhǎng)為限制企業(yè)發(fā)展嚴(yán)重問(wèn)題。只有信息化技術(shù)應(yīng)用設(shè)備資源，從源頭上提高企業(yè)綜合運(yùn)維能力，才能有效推動(dòng)電力企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，達(dá)到安全生產(chǎn)目的。

1 案例分析

在我國(guó)變電站開(kāi)始落實(shí)無(wú)人值守技術(shù)改造后，技術(shù)革新迅速傳播至全國(guó)各個(gè)電力企業(yè)，推動(dòng)變電站展開(kāi)深度建設(shè)。某地區(qū)擁有220kV、66kV 等不同規(guī)模變電站若干座，各類(lèi)電廠也超過(guò)30 座，這讓自動(dòng)化變電站迎來(lái)新一輪建設(shè)，各類(lèi)電力企業(yè)也開(kāi)始關(guān)注維護(hù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作。內(nèi)容主要包含以下方面：減少過(guò)多人力成本支出的自動(dòng)化運(yùn)維，并提供智能巡檢服務(wù)，以及與之配套的告警模塊。在該地區(qū)應(yīng)用該系統(tǒng)后，不僅提升整體運(yùn)維能力，有效降低人力成本。同時(shí)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦出現(xiàn)某個(gè)變電站故障，會(huì)通過(guò)告警模塊第一時(shí)間通知相關(guān)技術(shù)人員，可以達(dá)到以最短時(shí)間趕到現(xiàn)場(chǎng)，并以系統(tǒng)提供相關(guān)反饋，提升維修質(zhì)量。在運(yùn)行半年后，該地區(qū)整體供電能力有效提高，供電也可以保持良好穩(wěn)定性，值得向全國(guó)范圍推廣該系統(tǒng)，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)電力行業(yè)全面升級(jí)。

2 自動(dòng)化運(yùn)維智能巡檢系統(tǒng)

2.1 總體架構(gòu)

該自動(dòng)化運(yùn)維智能巡檢系統(tǒng)構(gòu)成可以分解為：主要由作為子站的智能巡檢、作為主站的智能診斷、以及相應(yīng)MDS 與SG-MDS 等系統(tǒng)，其總體架構(gòu)可以用圖1 表示。

圖1：總體架構(gòu)

不同子系統(tǒng)可以將其功能整理為以下內(nèi)容：

2.1.1 智能巡檢

借助傳感網(wǎng)，配合現(xiàn)場(chǎng)總線，可以對(duì)設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，并整理工況數(shù)據(jù)，對(duì)后續(xù)設(shè)備評(píng)價(jià)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息[1]。也負(fù)責(zé)接收來(lái)自主站控制指令，從而幫助部分故障設(shè)備實(shí)現(xiàn)自愈性修復(fù)，恢復(fù)正常運(yùn)維情況。

2.1.2 智能診斷

對(duì)于設(shè)備當(dāng)期運(yùn)行狀態(tài)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，并做好故障數(shù)學(xué)建模，提供故障處理科學(xué)策略。從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，以及設(shè)備以往數(shù)據(jù)，綜合評(píng)價(jià)設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，并做到故障推理工作。設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)可以通過(guò)可視化方式展示，故障信息也可以做到實(shí)時(shí)顯示，從分析結(jié)果出發(fā)，落實(shí)相關(guān)檢修策略，而相關(guān)人員可以通過(guò)運(yùn)維管理，使用系統(tǒng)功能。

2.1.3 MDS 系統(tǒng)

將診斷結(jié)果，以及現(xiàn)在運(yùn)維情況，包括設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)與故障相關(guān)信息全部投影在監(jiān)控畫(huà)面中，以此為依據(jù)，開(kāi)展業(yè)務(wù)，對(duì)于決策科學(xué)調(diào)整。

2.1.4 SG-MDS 系統(tǒng)

和MDS 保持縱向貫通狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站運(yùn)維情況科學(xué)監(jiān)控，并借助設(shè)備故障情況、巡檢數(shù)據(jù)，以及相關(guān)保養(yǎng)記錄，為決策提供輔助信息，并自動(dòng)生成運(yùn)維報(bào)告[2]。

2.2 數(shù)據(jù)架構(gòu)

變電站自動(dòng)化運(yùn)維智能巡檢系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)架構(gòu)與SG-CIM 架構(gòu)保持一致，例如支撐應(yīng)用、組織應(yīng)用等。而以數(shù)據(jù)特點(diǎn)出發(fā)，可以將數(shù)據(jù)劃分成具有整體框架的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、不具有框架功能的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以及負(fù)責(zé)管理設(shè)備使用情況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)[3]。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要是行數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)，可以借助二維表結(jié)構(gòu)對(duì)其運(yùn)算邏輯進(jìn)行表達(dá)一種可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)，比如展開(kāi)業(yè)務(wù)所需要信息數(shù)據(jù)。而非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要是文檔、圖片等內(nèi)容，在存入系統(tǒng)時(shí)要將其預(yù)先處理。而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主要面向設(shè)備，檢定在生產(chǎn)流程是否存在狀態(tài)異常，并記錄問(wèn)題位置。本系統(tǒng)和MDS、變電站控制等系統(tǒng)以共享方式完成數(shù)據(jù)溝通，主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線、SQL 等完成數(shù)據(jù)共享。

2.3 物理架構(gòu)

硬件組成涉及內(nèi)容較多，包括但不限于通過(guò)采集設(shè)備構(gòu)建的傳感組網(wǎng)、作為子站使用的智能巡檢、作為主站使用的智能診斷、可由技術(shù)人員突破空間與時(shí)間限制的移動(dòng)終端、負(fù)責(zé)對(duì)重要數(shù)據(jù)備份設(shè)備構(gòu)成。借助現(xiàn)有發(fā)電站不同層次具有松散耦合，從而完成數(shù)據(jù)信息自動(dòng)采集，并將診斷數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)共享，做到全面維持自動(dòng)化運(yùn)維，以及智能巡檢穩(wěn)定開(kāi)展。可以將物理架構(gòu)以圖2 表示。

圖2：物理架構(gòu)

而負(fù)責(zé)對(duì)變電站機(jī)械設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況收集數(shù)據(jù)信息的傳感器，要保證其安裝要在當(dāng)前設(shè)備真實(shí)運(yùn)行環(huán)境落實(shí)，并借助無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)，完成設(shè)備間數(shù)據(jù)通信，并不會(huì)對(duì)當(dāng)前正在使用設(shè)備產(chǎn)生影響[4]。

3 綜合告警系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)構(gòu)架

對(duì)于告警系統(tǒng)，應(yīng)該從其功能角度把系統(tǒng)劃分為以下四種模塊，保障告警系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1.1 通訊接口

在自動(dòng)運(yùn)維系統(tǒng)中，其通訊功能需要對(duì)接發(fā)電站監(jiān)控與主站調(diào)度兩個(gè)系統(tǒng)。發(fā)電站監(jiān)控借助系統(tǒng)各項(xiàng)監(jiān)控裝置，采集設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行情況，并以數(shù)據(jù)方式向系統(tǒng)發(fā)送，將控制指令發(fā)送給逆變器，并利用IEC-104 通信協(xié)議，完成不同功能模塊相互通信。而主站調(diào)度則是借助各種監(jiān)控子系統(tǒng)，配合遠(yuǎn)程通信，將大量數(shù)據(jù)信息以電信號(hào)方式與主站相連，達(dá)到通信目的。接口內(nèi)擁有AGC/AVC 信息，則增設(shè)電表，借助監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)管，通過(guò)電網(wǎng)完成信息輸送[5]。

3.1.2 數(shù)據(jù)采集

監(jiān)控系統(tǒng)采用ICE870-5-104 協(xié)議進(jìn)行內(nèi)部通信，實(shí)現(xiàn)變電站調(diào)度功率信息的自動(dòng)采集及數(shù)據(jù)加工處理。以按照規(guī)范操作檢查采集信息，將部分無(wú)用，甚至?xí)蓴_正常數(shù)據(jù)使用這部分信息全部篩除，避免被系統(tǒng)二次使用，造成信息冗余[6]。同時(shí)，調(diào)度系統(tǒng)在接收運(yùn)行命令后，將其存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，方面以后對(duì)數(shù)據(jù)調(diào)動(dòng)。并提供手動(dòng)錄入系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)功能，進(jìn)一步保證系統(tǒng)高效運(yùn)行。

3.1.3 監(jiān)管運(yùn)行

告警系統(tǒng)支持在人機(jī)交互監(jiān)控設(shè)備上使用，相關(guān)人員可借助人機(jī)交互設(shè)備實(shí)現(xiàn)供電站及供電系統(tǒng)的全面監(jiān)控；供電站的主要監(jiān)控對(duì)象包括當(dāng)前正在使用的機(jī)械設(shè)備及各類(lèi)開(kāi)關(guān)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等，例如母線有功功率、無(wú)功功率，響應(yīng)狀態(tài)變化等各項(xiàng)內(nèi)容。其中，狀態(tài)變化又可以劃分成因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置啟動(dòng)、自動(dòng)控制誤操作產(chǎn)生自動(dòng)變化、控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)指令產(chǎn)生受控變化三部分內(nèi)容[7]。供電系統(tǒng)主要監(jiān)控內(nèi)容包括系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行情況和通信通道等，可通過(guò)文字、表格及圖表等多種形式展示系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行情況；系統(tǒng)支持語(yǔ)音告警，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可第一時(shí)間通過(guò)語(yǔ)音通知監(jiān)控人員。

3.1.4 故障告警

以事件方式進(jìn)行故障記錄，實(shí)時(shí)記錄設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行情況及系統(tǒng)現(xiàn)有運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，告警模塊自動(dòng)輸出故障畫(huà)面及不對(duì)位信息等信息，并通過(guò)變色或閃光方式提醒相關(guān)人員關(guān)注。同時(shí)系統(tǒng)也支持以語(yǔ)音形式發(fā)出警報(bào)以及輸出具體故障信息。系統(tǒng)對(duì)故障告警、風(fēng)險(xiǎn)事故告警進(jìn)行科學(xué)區(qū)分，可根據(jù)實(shí)際情況，由相關(guān)人員選擇自動(dòng)或手動(dòng)方式解除警報(bào)。通過(guò)人機(jī)交互端口可以將語(yǔ)音警報(bào)全部禁止，借助在線編輯處理語(yǔ)音警報(bào)，將其他告警方式編輯到其中，提升信息處理質(zhì)量[8]。同時(shí)，系統(tǒng)將事件和警報(bào)以真實(shí)順序進(jìn)行羅列，將事件發(fā)生動(dòng)作順序、時(shí)間、性質(zhì)詳細(xì)記錄等其存儲(chǔ)入數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，方便后續(xù)對(duì)故障信息調(diào)取。

3.2 設(shè)置原則

告警系統(tǒng)以科學(xué)設(shè)置為原則，如果告警信息缺少足夠方法區(qū)分系統(tǒng)故障，或者由于正常操作產(chǎn)生開(kāi)關(guān)的變位告警，全部都以告警形式通知相關(guān)人員，只會(huì)增加工作量，嚴(yán)重降低工作效率。長(zhǎng)此以往，極容易讓工作人員發(fā)生怠惰心理，開(kāi)關(guān)變位也很難做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，不利于電力行業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展。所以，要分別設(shè)置不同警報(bào)，在告警時(shí)同時(shí)顯示內(nèi)容信息，當(dāng)調(diào)度員在確認(rèn)告警類(lèi)型后，將警報(bào)關(guān)閉。在電壓電流發(fā)生越限時(shí)發(fā)出警報(bào)，要以電壓棒顯示顏色對(duì)電壓越限真實(shí)情況進(jìn)行判斷，例如220kV 電壓，如果電壓棒顯示紅色，則電壓已經(jīng)達(dá)到242kV；粉紅色則是處于231 至242kV 范圍內(nèi)等。電流越限發(fā)出告警，要根據(jù)額定負(fù)荷值90 至95%當(dāng)成警告值使用。如果監(jiān)控系統(tǒng)在采集遙測(cè)量已經(jīng)超過(guò)該范圍時(shí)，則通過(guò)告警系統(tǒng)將畫(huà)面投射至顯示屏中，同時(shí)顯示現(xiàn)在電流值，以及系統(tǒng)有功功率，方面對(duì)問(wèn)題進(jìn)行維修。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)包含電力企業(yè)運(yùn)維與巡檢，并提供告警模塊，具有一定技術(shù)參考價(jià)值，可以作為初步推廣內(nèi)容使用。其他地區(qū)電力企業(yè)在應(yīng)用本文內(nèi)容時(shí)，請(qǐng)結(jié)合自身可利用設(shè)備資源為主，以高效利用資源、提升企業(yè)綜合能力為主要目的。避免出現(xiàn)將本文內(nèi)容強(qiáng)行套用，忽略客觀事實(shí)，影響企業(yè)正常生產(chǎn)、技術(shù)研發(fā)，造成其他類(lèi)型影響，降低電力企業(yè)盈利管理能力。