基于調(diào)控云的電網(wǎng)跳閘告警研判技術(shù)研究

張若宸　李曉曦

摘? 要：近年國內(nèi)電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展迅猛，在調(diào)控一體化管理模式下，對調(diào)控中心開展電網(wǎng)故障處置分析的迅速性、準確性要求不斷提高，省級調(diào)控機構(gòu)監(jiān)視電網(wǎng)的電壓等級，也由220 kV下沉至10 kV。調(diào)控云平臺能夠提供10 kV以上電網(wǎng)全數(shù)據(jù)，文章通過分析發(fā)現(xiàn)云平臺現(xiàn)有數(shù)據(jù)質(zhì)量較低，無法滿足傳統(tǒng)電網(wǎng)故障告警研判技術(shù)的要求;研究了適用當(dāng)前基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的設(shè)備跳閘告警研判技術(shù)，提高告警準確率，為調(diào)控人員監(jiān)視電網(wǎng)運行、及時處置故障提供有力支撐。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)故障;跳閘研判;告警;調(diào)控云

中圖分類號：TP277? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）20-0157-03

Research on the Research and Judgment Technology of Power Grid Trip Alarm Based on Dispatching and Control Cloud

ZHANG Ruochen LI Xiaoxi

（1.Beijing Kedong Electric Power Control System Co.， Ltd.， Beijing? 100192， China; 2.Space Star Technology Co.， Ltd.， Beijing? 100086， China）

Abstract： In recent years， the construction of domestic power grid has developed rapidly， under the integrated management mode of dispatching and control， the requirements for the rapidity and accuracy of the power grid fault analysis carried out by the regulation and control center are continuously improved. The voltage level range monitored by the provincial regulation and control organization also sank from 220 kV to 10 kV. The regulation cloud platform can provide full data of power grids above 10 kV， through analysis， it is found that the existing data quality of cloud platform is low， which can not meet the requirements of traditional power grid fault alarm research and judgment technology; the research and judgment technology of equipment trip alarm applicable to the current basic data is studied to improve the alarm accuracy and provide strong support for regulators to monitor the operation of power grid and deal with faults in time.

Keywords： power grid fault; trip research and judgment; alarm; dispatching and control cloud

0? 引? 言

在調(diào)控一體化管理模式下，對于調(diào)控中心開展電網(wǎng)故障處置分析的迅速性、準確性要求不斷提高，省級調(diào)控機構(gòu)監(jiān)視電網(wǎng)的電壓等級范圍，也由原來的220 kV下沉擴大至10 kV主線。傳統(tǒng)的電網(wǎng)設(shè)備跳閘研判技術(shù)，基于遙信遙測+模型拓撲，研判準確率高度依賴電網(wǎng)數(shù)據(jù)建模的完善程度。調(diào)控云平臺相比原有舊平臺，雖然匯集數(shù)據(jù)范圍更大[1]，能夠滿足基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采樣覆蓋面的要求，如圖1所示，但從平臺現(xiàn)有建設(shè)來看，數(shù)據(jù)質(zhì)量較差、模型建設(shè)不完善，傳統(tǒng)研判技術(shù)在該平臺的準確率較低。本文基于行業(yè)經(jīng)驗，研究基于調(diào)控云平臺數(shù)據(jù)現(xiàn)狀的電網(wǎng)設(shè)備跳閘研判新技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)一些地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度領(lǐng)域得到應(yīng)用，為調(diào)控人員監(jiān)視電網(wǎng)運行情況提供有力支撐。

1? 省級電網(wǎng)調(diào)控云系統(tǒng)建設(shè)

從2018年開始，國家電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)調(diào)控機構(gòu)逐步開展調(diào)控云平臺的建設(shè)工作。以湖南省為例，截至2020年底，實時數(shù)據(jù)平臺作為調(diào)控云的重要組成部分，已完成基于分布式架構(gòu)的實時數(shù)據(jù)采集、實時數(shù)據(jù)處理、實時數(shù)據(jù)存儲功能的部署，完成了全省35 kV及以上廠站數(shù)千多條鏈路的實時數(shù)據(jù)匯集上云，通過文件轉(zhuǎn)發(fā)的形式完成了包含遙信變位和保護動作信號在內(nèi)的數(shù)據(jù)匯集。數(shù)據(jù)的覆蓋范圍已具備對外提供實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、變位告警數(shù)據(jù)服務(wù)的條件。

2? 平臺數(shù)據(jù)分析

2.1? 數(shù)據(jù)流向分析

數(shù)據(jù)質(zhì)量提升是一個緩慢過程，需要使用者參與反復(fù)驗證。但電網(wǎng)監(jiān)控工作不能間斷，因此需要研究新技術(shù)容錯現(xiàn)有數(shù)據(jù)。本文研究新的跳閘研判方法，基于平臺提供的電網(wǎng)模型、設(shè)備有功遙測值、開關(guān)遙信變位、保護動作信號等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)流向如圖2所示。

2.2? 數(shù)據(jù)內(nèi)容分析

相較原有D5000平臺，調(diào)控云平臺在數(shù)據(jù)覆蓋范圍上優(yōu)勢明顯。以省級調(diào)度機構(gòu)為例，匯集的數(shù)據(jù)范圍不僅局限在220 kV及以上站端信息，110 kV～10 kV區(qū)間數(shù)據(jù)也被匯集進來。以此數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，平臺能夠支撐更全面、深入的統(tǒng)計分析。與此同時，由于處于建設(shè)初級階段，平臺尚有很多不完善之處，數(shù)據(jù)可靠性有待進一步提高。具體表現(xiàn)在：

（1）電網(wǎng)模型不完整。在調(diào)控云平臺建立關(guān)系數(shù)據(jù)庫表，進行電網(wǎng)設(shè)備建模，如廠站表、機組表、交流線段表、斷路器表、刀閘表等。電網(wǎng)模型不完整，存在個別設(shè)備沒有相應(yīng)模型、設(shè)備間連接關(guān)系缺失或錯誤的情況。

（2）數(shù)據(jù)采集不完全。從站端采集電網(wǎng)重要量測，如電流、電壓、斷路器變位、保護動作等。目前存在個別廠站、站內(nèi)個別信號未采集的情況。

（3）設(shè)備、信號命名不規(guī)范。對于電網(wǎng)設(shè)備或信號描述有行業(yè)標準命名規(guī)范，云平臺模型建立時，存在個人習(xí)慣、人工手誤等原因造成命名不規(guī)范的情況。

（4）數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定。數(shù)據(jù)傳輸形式多樣，主站與站端間、主站與主站間通過電力專用數(shù)據(jù)網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸形式有文件、消息總線、104規(guī)約、476規(guī)約報文等[2]。廠站按照電壓等級由高到低呈現(xiàn)樹形分散狀，數(shù)據(jù)量增長陡增，且低壓站涉及很多設(shè)備陳舊老站，數(shù)據(jù)傳輸容易出現(xiàn)異常。

3? 基于調(diào)控云的跳閘告警研判

3.1? 跳閘研判技術(shù)概述

對調(diào)控云采集到的原始信號進行預(yù)處理，分為斷路器分合閘信號、故障類保護動作信號、全站事故總信號、間隔事故總信號，同時，提取信號的信號中文描述、所屬廠站、動作時間、電壓等級等信息。

以分閘信號為觸發(fā)啟動研判，搜索對應(yīng)的一次設(shè)備，在保護信號和事故總信號中進行搜索，如果關(guān)聯(lián)到的信號滿足判據(jù)，同時滿足遙測判據(jù)等一系列過濾條件，判定設(shè)備跳閘，如圖3所示。

3.2? 原始信號預(yù)處理

根據(jù)原始信號的信號種類屬性，可以輕易區(qū)分遙信變位信號（即斷路器分閘、合閘信號）和保護動作信號，為滿足跳閘研判需要，仍需對原始信號進行預(yù)處理。

遙信變位信號分類處理，根據(jù)信號中文描述中是否含有關(guān)鍵字“分閘”或“合閘”將信號分為兩類。分閘信號主要用作研判功能的觸發(fā)啟動，合閘信號結(jié)合分閘信號進行動作時序分析，能夠為重合閘動作情況的判斷提供數(shù)據(jù)支撐。

保護信號分類處理，按照信號中文描述中包含關(guān)鍵字的情況，將保護信號分為故障類保護動作、全站事故總、間隔事故總信號，處理方式如圖4所示。具體描述中包含：

（1）故障類保護動作：描述中包含“保護動作”“保護出口動作”“重合閘動作”“重合閘出口”“跳閘出口動作”“保護出口+動作”“保護狀態(tài)動作”“速斷出口動作”，列為故障類保護動作信號;

（2）事故總類保護信號：描述中包含“事故總信號動作”“事故總出口”“事故總動作”的列為事故總信號;進一步，事故總信號描述中包含“間隔”“母”“線”“主變”“號變”等關(guān)鍵字的列為間隔事故總信號，除此以外的列為全站事故總信號。

3.3? 電網(wǎng)一次設(shè)備跳閘研判觸發(fā)機制

以斷路器分閘信號作為研判觸發(fā)，通過基于電網(wǎng)模型拓撲方法和智能文本解析方法兩條路徑相結(jié)合的方式，搜索斷路器關(guān)聯(lián)的一次設(shè)備：

（1）基于電網(wǎng)模型拓撲分析。地調(diào)上送的原始報文是D5000系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)格式及內(nèi)容，無法根據(jù)設(shè)備ID等信息直接在調(diào)控云模型中搜索到相應(yīng)記錄，需通過兩個平臺間電網(wǎng)模型的映射關(guān)系進行搜索。當(dāng)搜索到斷路器在調(diào)控云上的模型記錄后，查詢該斷路器的連接點號，再在模型中搜索具有相同連接點號的一次設(shè)備，如線路、機組、變壓器等，如果遇到斷路器直接與刀閘相連，需要將刀閘另一側(cè)的連接點號作為新起點繼續(xù)搜索一次設(shè)備[3，4]。

（2）智能文本解析。在調(diào)控云電網(wǎng)模型不完整或因兩平臺模型ID映射匹配失敗的情況下，為避免無法拓撲到一次設(shè)備，采用智能文本解析方式，重點解析地調(diào)原始報文信號中的動作時間、設(shè)備名稱、間隔編號、電壓等級、所屬廠站等。

因原始信號是由省內(nèi)多個地調(diào)分別采集再匯總至省調(diào)，尤其低電壓等級設(shè)備信息現(xiàn)場維護情況參差不齊，存在部分站端設(shè)備待升級的情況，導(dǎo)致信號質(zhì)量和信號描述規(guī)范性較差。如圖5所示。以行業(yè)標準文件要求的全路徑名稱結(jié)構(gòu)為解析準則[5]，最大限度對實際數(shù)據(jù)進行容錯。

對于現(xiàn)場存在的大量的不規(guī)范情況，在提取關(guān)鍵信息時，特殊處理，如：

廠站：定位關(guān)鍵字“站”或“場”或“廠”，截取關(guān)鍵字前的信息作為廠站信息;

設(shè)備：搜索信號描述中的關(guān)鍵字，不同關(guān)鍵字對應(yīng)不同的設(shè)備類型：

1）線路，以“線”“回”作為關(guān)鍵字;

2）主變，以“主變”“號變”“T”“#T”作為關(guān)鍵字;

電壓等級：定位關(guān)鍵字“kV”，截取關(guān)鍵字前的數(shù)字作為電壓等級信息，以“kv”“KV”“kV”“Kv”作為關(guān)鍵字的模糊定位條件。

3.4? 設(shè)備跳閘研判技術(shù)研究及應(yīng)用

經(jīng)過前文的預(yù)處理，由分閘信號觸發(fā)跳閘研判，并且通過分閘信號已獲知可疑跳閘設(shè)備的設(shè)備類型（如線路、主變、母線等）。根據(jù)不同類型設(shè)備的特點，分析總結(jié)每類設(shè)備跳閘后的信號動作特征，針對每種類型的設(shè)備分別設(shè)計不同的研判判據(jù)，滿足判據(jù)、同時避開過濾條件的判為真實跳閘：

（1）線路跳閘研判：由斷路器分閘信號觸發(fā)，將線路作為可疑設(shè)備進行跳閘研判時，對緩存的保護/事故總信號進行關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)條件：

1）故障類保護動作信號與斷路器分閘信號所屬廠站相同;與斷路器分閘信號時間差小于10秒;信號描述中包含斷路器編號或設(shè)備名稱;

2）間隔事故總信號與斷路器分閘信號間隔編號相同;信號描述包含設(shè)備名稱;動作信號與斷路器分閘信號時間差小于10秒;

3）全站事故總信號與斷路器分閘信號所屬廠站相同;動作信號與斷路器分閘信號時間差小于10秒。

對于高電壓等級（如110 kV及以上）的線路設(shè)備，滿足上述3個條件任一即可判定發(fā)生跳閘故障;對于低電壓等級（如10 kV），考慮到廠站多有老舊設(shè)備且不易改造的實際情況，為降低信號跳變造成的誤告警，綜合平衡誤告和漏告，在滿足條件2）或3）的前提下，必須同時滿足條件1）才判定發(fā)生跳閘。

（2）主變跳閘研判：由斷路器分閘信號觸發(fā)，將主變作為可疑設(shè)備進行跳閘研判時，對緩存的保護/事故總信號進行關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)條件：

1）保護動作信號與斷路器分閘信號所屬廠站相同;保護動作信號與斷路器分閘信號時間差小于10秒;保護信號描述包含斷路器編號或設(shè)備名稱（“主變”“號變”“T”視為同一類型設(shè)備，設(shè)備名稱前綴應(yīng)包含數(shù)字編號，即“1號變”，“1號主變”“1#T”“1T”視為同一設(shè)備）;

2）間隔事故總信號與斷路器分閘信號間隔編號相同;間隔事故總信號描述包含設(shè)備名稱;間隔事故總信號與斷路器分閘信號時間差小于10秒;

3）全站事故總信號與斷路器分閘信號所屬廠站相同;全站事故總信號與斷路器分閘信號時間差小于10秒。

考慮到電網(wǎng)運行實際情況，主變跳閘概率較低，且實際站內(nèi)的主變保護裝置一般比較齊全，在滿足條件2）或3）的同時，須滿足條件1）才判定發(fā)生主變跳閘。

（3）遙測過濾，為進一步提升告警準確率，將有功遙測作為輔助條件，過濾研判中的誤告警：周期采集并緩存線路有功值，檢測遙測曲線在斷路器分閘前后是否出現(xiàn)跌落特征，未出現(xiàn)跌落的判定為誤告警。

4? 結(jié)? 論

文章調(diào)研電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)調(diào)控云平臺建設(shè)現(xiàn)狀，分析了平臺現(xiàn)有數(shù)據(jù)特點，研究了適用現(xiàn)有數(shù)據(jù)的電網(wǎng)跳閘告警研判技術(shù)，與原有技術(shù)形成互補，提升告警準確率，輔助調(diào)控人員實時監(jiān)視電網(wǎng)運行狀態(tài)，提升故障處置效率。

參考文獻：

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作者簡介：張若宸（1989.08—），男，漢族，河北涿州人，工程師，碩士研究生，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動化;

李曉曦（1989.05—），女，漢族，河北涿州人，工程師，碩士研究生，研究方向：通信與信息系統(tǒng)。