淺談電表在電網(wǎng)智能運維管理系統中的應用

摘要：介紹在輸變電企業(yè)運維、檢修工作量大，效率低、維護成本高的前提下，提出了電網(wǎng)智能運維管理系統，依據統一的數據傳輸規范借助通信網(wǎng)絡(luò )將微機保護的全景信息匯總到變電站內的在線(xiàn)管理集中控制單元，并對數據進(jìn)行分析、處理，將信息遠傳到調度主站端，并提供智能查詢(xún)或者智能診斷相關(guān)功能。從而減少運維人員對現場(chǎng)繼電保護裝置的巡視頻率，提高設備的精細化管理水平。

關(guān)鍵詞：告警監視；設備巡視；狀態(tài)評估；缺陷診斷；監視預警

 

 

    目前二次設備在線(xiàn)監視系統，都是基于二次設備自身的運行信息及參數信息建立的，僅能實(shí)現對站端保護動(dòng)作相關(guān)信息等的采集和傳輸，不具有針對性和多方面綜合對比分析功能。電網(wǎng)智能運維管理系統依托變電站長(cháng)期運行經(jīng)驗，從告警監視及管理、二次設備巡視、二次設備運行狀態(tài)評估、缺陷診斷及管理、監視預警五個(gè)方面綜合分析二次設備運行情況，提升電網(wǎng)故障分析及二次設備運維的信息化水平。

    二次設備運維管理系統屬于繼電保護信息系統應用下的擴展子單元，建立二次設備運維的模型。依據二次設備在線(xiàn)運維的需要，并充分利用故障信息管理系統 FIS 現有的基礎數據模型、數據接入及處理機制，在原有的 FIS 模型基礎上進(jìn)行擴展和定制，從而直觀(guān)的幫助運檢人員在遠方實(shí)時(shí)掌握設備的運行狀況，并結合設備運行的歷史數據分析設備運行健康狀況，進(jìn)而做到設備運行狀態(tài)可評估，缺陷可管理，風(fēng)險可預警。二次設備運維管理系統的特征包含：告警監視及管理、二次設備巡視、二次設備運行狀態(tài)評估、缺陷診斷及管理、監視預警分析、數據采集和人機操作主界面。如圖 1 所示。

圖1

2.1告警監視及管理模塊

    通過(guò)對二次設備告警信息進(jìn)行擴展建模，并對告警信息進(jìn)行分類(lèi)，形成告警信息的知識庫，在此基礎上對二次設備運維管理主站通過(guò)數據采集模塊采集來(lái)源于二次設備原生告警、由二次設備原生告警產(chǎn)生的主站平臺告警、主站對二次設備巡視產(chǎn)生的平臺告警，數據采集模塊接收到的告警信息進(jìn)行在線(xiàn)分析，實(shí)現二次設備的狀態(tài)監視、診斷及檢修決策。

圖2

    如圖 2 所示，二次設備的原生告警，通過(guò)前置及故障信息系統服務(wù)轉換為平臺告警，而巡視將直接產(chǎn)生平臺告警；故障信息系統服務(wù)還將二次設備的原生告警的狀態(tài)，寫(xiě)入實(shí)時(shí)庫表，以便進(jìn)行狀態(tài)評估；告警展示模塊對平臺告警進(jìn)行實(shí)時(shí)展示，并提供依據告警手工生成缺陷功能將告警轉換為缺陷；如果配置了自動(dòng)根據告警生成缺陷功能，則缺陷在線(xiàn)生成模塊可自動(dòng)根據生成規則將告警轉換為缺陷。

    告警監視及管理模塊通過(guò)對二次設備告警信息進(jìn)行擴展建模，并對告警信息進(jìn)行詳細的分類(lèi)，形成告警信息的知識庫，在此基礎上對主站收到的告警信息進(jìn)行在線(xiàn)分析，從而實(shí)現二次設備的狀態(tài)監視與管理。

2.2二次設備巡視模塊

    主站定義正常狀態(tài)專(zhuān)家庫及巡視策略，并將標準值文件、巡視策略下發(fā)到子站，子站依此進(jìn)行定期巡視，并返回巡視異常結果；子站也可依據主站手工觸發(fā)巡視策略進(jìn)行巡檢，并

返回巡視結果。

    判斷二次設備的信息是否正確，需將采集到的量值與標準值進(jìn)行比較，巡視結果主要通過(guò)巡視記錄文件記錄，巡視記錄文件描述了近期本變電站的巡視情況，記錄每一次巡視，并簡(jiǎn)要記錄巡視的結果，生成的巡視報告文件內容有如下要求：正常、異常的結果應該都能看到，異常的結果需要更詳細地描述差異信息。

2.3二次設備運行狀態(tài)評估模塊

    包括在線(xiàn)監測狀態(tài)評估和歷史運行水平評估，在線(xiàn)監測狀態(tài)評估依據非檢修設備的在線(xiàn)數據，如告警、特征值、運行量值、通信狀態(tài)、自動(dòng)化測試等，對設備的當前運行情況進(jìn)行評估；歷史運行水平評價(jià)則根據非檢修設備的歷史信息，如動(dòng)作記錄、動(dòng)作正確性、缺陷記錄等數據，對設備的歷史運行水平進(jìn)行評價(jià)。結合在線(xiàn)監測狀態(tài)評估、歷史運行水平兩個(gè)方面得出二次非檢修設備運行狀態(tài)的綜合評價(jià)。如圖 3 所示。

圖3

    設備的在線(xiàn)監測狀態(tài)算法是對數字量（表征運行狀態(tài)特征的模擬量）、邏輯量（告警）進(jìn)行權重評級，確定基本得分，在此基礎上根據各級數字量個(gè)數及越限個(gè)數、各級邏輯量個(gè)數以及數字量、邏輯量的權重進(jìn)行綜合計算，得到設備的在線(xiàn)監測狀態(tài)。歷史運行評估僅考慮歷史運行因素的影響，不再考慮原始質(zhì)量信息及檢修情況的影響。

2.4缺陷診斷及管理模塊

    缺陷診斷模塊實(shí)時(shí)接收平臺告警消息，根據具體的告警類(lèi)型分別進(jìn)行診斷。若接收到新告警則生成一條缺陷，并向平臺發(fā)送告警通知界面發(fā)現新缺陷，若收到復歸的告警則更新缺陷的狀態(tài)，并向平臺發(fā)送告警告知界面有缺陷消除。缺陷診斷模塊應定時(shí)對告警進(jìn)行查漏糾錯，定時(shí)讀取實(shí)時(shí)庫表及 IED 實(shí)時(shí)庫表中參與缺陷診斷的記錄的告警值，如果存在告警隊列及缺陷告警映射隊列中不包含的告警，則需要將該告警放在告警隊列中等待缺陷診斷。

    缺陷分為危急缺陷、嚴重缺陷、一般缺陷，危急缺陷是指繼電保護和自動(dòng)裝置自身或相關(guān)設備及回路存在問(wèn)題導致失去主要保護功能，直接威脅運行；嚴重缺陷是指繼電保護和安全自動(dòng)裝置自身或相關(guān)設備及回路存在問(wèn)題導致部分保護功能缺失或性能下降，但在短時(shí)內尚能堅持運行，需盡快處理的缺陷；一般缺陷是指除危急、嚴重缺陷以外的不直接影響設備運行和供電能力，繼電保護和安全自動(dòng)裝置功能未受到實(shí)質(zhì)性影響，性質(zhì)一般、程度較輕，對運行影響不大，可暫緩處理的缺陷。

圖4

    缺陷診斷模塊實(shí)時(shí)接收平臺告警消息，根據具體的告警類(lèi)型分別進(jìn)行診斷，將告警消息分類(lèi)為危急缺陷、嚴重缺陷還是一般缺陷。

    缺陷通過(guò)四種方式產(chǎn)生：告警手工轉換為缺陷；如果配置了自動(dòng)轉換，告警可根據規則自動(dòng)轉換為缺陷；通過(guò)工具人工增加缺陷；如果與缺陷管理系統有接口，可以通過(guò)缺陷管理系統獲取系統中的缺陷。此外，如果與缺陷管理系統有接口，可以將前三種產(chǎn)生的缺陷提交到缺陷管理系統，向缺陷管理系統增加缺陷。

    缺陷消除有三種方式：如果配置了告警自動(dòng)轉換缺陷，當告警消除時(shí)，對應的缺陷也消除；可通過(guò)手工消除缺陷；如果與缺陷管理系統有接口，在缺陷管理系統消除缺陷時(shí)，本系統收到通知可實(shí)現本系統缺陷的同步消除。

    按照缺陷診斷規則，若接收到新告警則生成一條缺陷，并向平臺發(fā)送告警通知界面發(fā)現新缺陷，若收到復歸的告警則更新缺陷的狀態(tài)，并向平臺發(fā)送告警告知界面有缺陷消除。應實(shí)時(shí)獲取裝置的檢修狀態(tài)，對于處在檢修狀態(tài)下的裝置不進(jìn)行缺陷的診斷，根據告警信息和缺陷生成規則，自動(dòng)生成缺陷信息記錄，系統定期根據缺陷記錄，自動(dòng)對設備的生產(chǎn)廠(chǎng)商、裝置型號、軟件版本、出廠(chǎng)時(shí)間等進(jìn)行多維度統計分析，給出分析結果；缺陷診斷模塊應定時(shí)對告警進(jìn)行查漏糾錯，定時(shí)讀取實(shí)時(shí)庫表及IED實(shí)時(shí)庫表中參與缺陷診斷的記錄的告警值，如果存在告警隊列及缺陷告警映射隊列中不包含的告警，則需要將該告警放在告警隊列中等待缺陷診斷。

2.5監視預警分析模塊

    監視預警的實(shí)現方式，監視預警是對設備亞健康狀態(tài)的一個(gè)提前預警，引起運行維護人員的注意，通過(guò)做好設備的維護檢修工作，達到設備事故防范的目的，通過(guò)對 16 種預警類(lèi)型分類(lèi)，給出相應的預警方案。

所有類(lèi)別的風(fēng)險預警都采用主站系統平臺告警來(lái)發(fā)送，風(fēng)險預警的類(lèi)別采用告警原因來(lái)標識。監視預警是對設備亞健康狀態(tài)的一個(gè)提前預警，引起運行維護人員的注意，通過(guò)做好設備的維護檢修工作，達到設備事故防范的目的。

2.6數據采集和人機操作主界面模塊

    數據采集模塊，基礎數據的來(lái)源，在I區，部署數據采集服務(wù)器，用于采集繼電保護設備信息；在 II 區，部署數據采集服務(wù)器和應用服務(wù)器和歷史服務(wù)器，用于采集故障錄波器等二次設備數據及數據處理和存儲。

    人機操作主界面框架采用分級的配置實(shí)現，即電網(wǎng)級、地區級、廠(chǎng)站級、設備級四個(gè)層級。本包括電網(wǎng)地理圖可視化展示、動(dòng)作異常情況實(shí)時(shí)監視、KPI 指標監視、告警情況統計、設備健康狀態(tài)實(shí)時(shí)監視、檢修設備的監視及動(dòng)作設備實(shí)時(shí)監視。其它還有故障及動(dòng)作行為分析展示、運行缺陷管理人機界面、知識庫管理界面、巡視報告界面展示等界面。

3.1云平臺架構

3.2云平臺概述

    我司的運維平臺綜合運用綜合保護裝置、多功能電力儀表、母排及線(xiàn)纜測溫裝置、 變壓器溫控儀、視頻攝像頭、水浸煙霧、溫濕度、門(mén)磁等多種傳感器統一接入變電所現場(chǎng)的邊緣計算網(wǎng)關(guān)，經(jīng)邊緣計算網(wǎng)關(guān)將數據封裝、壓縮、加密后上傳至云平臺。實(shí)時(shí)集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排，線(xiàn)上線(xiàn)下聯(lián)動(dòng)；實(shí)現用戶(hù)側變配電所的24小時(shí)無(wú)人值守，監測各配電回路運行狀態(tài)，即時(shí)定位故障，降低風(fēng)險。通過(guò)手機APP下發(fā)運維任務(wù)到人員手機上，并通過(guò)GPS跟蹤運維執行過(guò)程。將企業(yè)集團/高等院校內廣泛分布的變電所集中統一管理，提高運維效率、提高故障響應速度，即時(shí)發(fā)現運行缺陷并做消缺處理。為售電企業(yè)提供電能集抄服務(wù)，即時(shí)掌握用戶(hù)用電量情況，避免偏差考核；響應泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的政策，增加客戶(hù)粘性，為后期的增值服務(wù)開(kāi)展做準備。

3.3云平臺功能

 

 

 

3.4云平臺配置方案

3.5產(chǎn)品介紹

AM5SE系列微機綜合保護裝置

功能

保護功能：主變差動(dòng)保護功能、主變后備保護、三段式過(guò)流帶方向帶電壓閉鎖、三段式過(guò)流、零序電流保護、過(guò)電壓；

低電壓保護、大功率電機保護、高壓電動(dòng)機綜合保護、PT并列功能、非電量保護、并網(wǎng)逆功率保護、檢同期功能；

測量功能：保護電流、測量電流、零序電流、母線(xiàn)電壓、零序電壓4-20MA輸出、直流測量；

通訊功能：提供RS485通訊接口，RS232維護接口，IRIG-B對時(shí)接口、USB升級接口，RJ45網(wǎng)口接口；

故障錄波功能：保護動(dòng)作時(shí)觸發(fā)錄波，可以記錄故障前8個(gè)周波后四個(gè)周波的數據；

控制回路：自帶操作回路，防跳功能；

GPS校時(shí)功能：提供時(shí)鐘同步接口，接收GPS校時(shí)信號。

應用

35kV及以下電壓等級的變配電站及設備的保護測控功能，至少包括35kV進(jìn)線(xiàn)/主變壓器（一般容量2000kVA以上）/PT/母聯(lián)、10kV進(jìn)線(xiàn)/饋線(xiàn)/配電變壓器（一般容量2000kVA以下）/高壓電動(dòng)機/高壓電容器/母聯(lián)/PT等設備的保護和自動(dòng)控制功能。

ASD300系列智能操控裝置

功能

一次動(dòng)態(tài)模擬圖指示及自檢帶電顯示、閉鎖及自檢；

核相、強制加熱、強制照明；

語(yǔ)音防誤提示；

人體感應及柜內照明、已帶電語(yǔ)音播報；

分合閘、遠方就地、儲能轉換開(kāi)關(guān)；

分合閘回路完好指示/電壓測量；

預分預合閃光指示；

斷路器分合次數統計；

RS485串行通訊接口；

開(kāi)關(guān)柜節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫；

全電參量測量。

應用

35KV高壓及以下中置柜，手車(chē)柜，環(huán)網(wǎng)柜。

 

ARTM-Pn無(wú)線(xiàn)測溫裝置

功能

接收60個(gè)ATE100/200/300/400；

3U3I電參量測量；

實(shí)時(shí)測溫功能；

RS485通訊接口，通過(guò)標準的MODBUS RTU協(xié)議實(shí)現組網(wǎng)功能；

具備自檢功能；

超溫、高溫、相間溫差報警、溫度突變量告警功能。

應用

變電站、配電室、箱變等。

 

 

APM810系列多功能電力儀表

功能

準確度等級：有功電能0.5S級，無(wú)功電能2級；

測量功能：三相電壓、三相電流、分相及總有功功率、分相及總無(wú)功功率、分相及總視在功率、分相及總功率因數、頻率、需量；

電能計量：分相及總雙向電能、四象限無(wú)功電能；

電能質(zhì)量監測：2-63次分次諧波、總（奇、偶）諧波測量、電壓波峰系數、電話(huà)波峰因子、電流K系數測量；

輸入輸出：2路開(kāi)關(guān)量輸出（選配MD82模塊可擴至8路）；

及2路開(kāi)關(guān)量輸入（選配MD82模塊可擴至26路），開(kāi)關(guān)量輸出；

可配置為報警輸出或遠程遙控，DO用作報警輸出時(shí)可自由關(guān)聯(lián)報警內容；

SD卡存儲功能：用于電參量、電能、諧波等數據定時(shí)存儲，波形存儲等功能。

應用

適用于電力系統、工礦企業(yè)、公用設施、智能大廈等需要電力監控的場(chǎng)合。

DTSD1352導軌式電能表

功能

測量功能：三相電流、電壓、功率、頻率、總正反向有功電能統計、總正反向無(wú)功電能統計；

準確級精度：有功0.5S；

電流信號接入：直接接入10（80)A 經(jīng)CT接入1（6）A；

電壓信號：100V 380V；

通信：RS485接口，支持MODBUS-RTU或者DL/T645通訊協(xié)議。

應用

適用于政府機關(guān)和大型公建中對電能的分項計量，也可用于企事業(yè)單位作電能管理考核。

ADW300無(wú)線(xiàn)智能儀表

功能

測量功能：三相電流、電壓、功率、頻率、總正反向有功電能統計、總正反向無(wú)功電能統計；

電能質(zhì)量：電壓、電流不平衡度，電壓、電流總諧波及2-31分次諧波；

需量：電流、功率需量及實(shí)時(shí)電流，功率需量；

準確級精度：0.5s級 ADW300外置互感器型1級；

電流信號規格：100A輸入 ，經(jīng)互感器輸入，二次互感接入；

通訊方式：RS485、 LORA無(wú)線(xiàn)通訊、NB-IOT無(wú)線(xiàn)通訊、4G無(wú)線(xiàn)通訊。

應用

ADW300方便用戶(hù)進(jìn)行用電監測、集抄和管理，可靈活安裝在配電箱中，可用于電力運維、環(huán)保監管等在線(xiàn)監測類(lèi)平臺中。

 

ARCM300系列電氣火災監控儀表

功能

測量：?jiǎn)位芈肥Ｓ嚯娏鳌?路溫度、電壓、電流、功率、頻率、功率因數、視在電能、四象限電能；

保護：剩余電流、溫度、過(guò)流等；

報警：聲光報警，支持消音、復位操作；

開(kāi)關(guān)量：1路繼電器輸出、4路開(kāi)關(guān)量輸入；

通訊方式：RS485、NB-IOT無(wú)線(xiàn)通訊、4G無(wú)線(xiàn)通訊。

應用

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領(lǐng)域。

                     

ANET智能網(wǎng)關(guān)

功能

數據采集（支持串口、以太網(wǎng)，只需配置即可兼容支持標準電力規約的各類(lèi)儀表）；

數據上傳（支持往上海分類(lèi)分項能耗平臺、寧夏電力需求側平臺、江蘇電力運維平臺、浙江電力運維平臺上傳數據）；

邊緣計算（靈活的報警閾值設置、主動(dòng)上傳報警信息、數據合并計算、斷點(diǎn)續傳、數據加密、4G路由）；

遠程管理（遠程配置、遠程升級、遠程監視）。

應用

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、能耗系統平臺、電力需求側管理平臺、第三方云平臺、預付費系統、運維系統平臺、電力監控平臺、能源綜合管理平臺。

 

3.6云平臺現場(chǎng)應用圖片  

  

      

3.7平臺價(jià)值

    為電力運維企業(yè)提供線(xiàn)上運維服務(wù)平臺，實(shí)時(shí)集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排，線(xiàn)上線(xiàn)下聯(lián)動(dòng)。

將企業(yè)集團/高等院校內廣泛分布的變電所集中統一管理，提高運維效率、提高故障響應速度；響應泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的政策，增加客戶(hù)粘性，為后期的增值服務(wù)開(kāi)展做準備；為售電企業(yè)提供電能集抄服務(wù)，即時(shí)掌握用戶(hù)用電量情況，避免偏差考核。

3.8訪(fǎng)問(wèn)方式

    該二次設備運維管理系統適用于部署在智能電網(wǎng)調度現場(chǎng)，對以往傳統的調度系統進(jìn)行了大數據擴展和綜合分析，隨著(zhù)電力系統信息化迅速發(fā)展的需要，基于繼電保護遠程化智能運維技術(shù)的研究具有重要意義。

 

 

 

[1]張寶旭,王安山,毛琨.一種變電站智能運維管理統:CN,CN202798149U[P].2013.

[2]張志強,黃佳胤,羅琨. 電網(wǎng)智能運維管理系統.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版．