淺談電表在電網智能運維管理系統中的應用

侯文莉
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：介紹在輸變電企業運維、檢修工作量大，效率低、維護成本高的前提下，提出了電網智能運維管理系統，依據統一的數據傳輸規范借助通信網絡將微機保護的全景信息匯總到變電站內的在線管理集中控制單元，并對數據進行分析、處理，將信息遠傳到調度主站端，并提供智能查詢或者智能診斷相關功能。從而減少運維人員對現場繼電保護裝置的巡視頻率，提高設備的精細化管理水平。
關鍵詞：告警監視；設備巡視；狀態評估；缺陷診斷；監視預警
 
 
0 引言
    目前二次設備在線監視系統，都是基于二次設備自身的運行信息及參數信息建立的，僅能實現對站端保護動作相關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。電網智能運維管理系統依托變電站長期運行經驗，從告警監視及管理、二次設備巡視、二次設備運行狀態評估、缺陷診斷及管理、監視預警五個方面綜合分析二次設備運行情況，提升電網故障分析及二次設備運維的信息化水平。
1 總體方案
    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 模型基礎上進行擴展和定制，從而直觀的幫助運檢人員在遠方實時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，進而做到設備運行狀態可評估，缺陷可管理，風險可預警。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 實施方式
2.1告警監視及管理模塊
    通過對二次設備告警信息進行擴展建模，并對告警信息進行分類，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數據采集模塊采集來源于二次設備原生告警、由二次設備原生告警產生的主站平臺告警、主站對二次設備巡視產生的平臺告警，數據采集模塊接收到的告警信息進行在線分析，實現二次設備的狀態監視、診斷及檢修決策。

                                                                  圖2
    如圖 2 所示，二次設備的原生告警，通過前置及故障信息系統服務轉換為平臺告警，而巡視將直接產生平臺告警；故障信息系統服務還將二次設備的原生告警的狀態，寫入實時庫表，以便進行狀態評估；告警展示模塊對平臺告警進行實時展示，并提供依據告警手工生成缺陷功能將告警轉換為缺陷；如果配置了自動根據告警生成缺陷功能，則缺陷在線生成模塊可自動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對二次設備告警信息進行擴展建模，并對告警信息進行詳細的分類，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行在線分析，從而實現二次設備的狀態監視與管理。
2.2二次設備巡視模塊
    主站定義正常狀態專家庫及巡視策略，并將標準值文件、巡視策略下發到子站，子站依此進行定期巡視，并返回巡視異常結果；子站也可依據主站手工觸發巡視策略進行巡檢，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行比較，巡視結果主要通過巡視記錄文件記錄，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評估模塊
    包括在線監測狀態評估和歷史運行水平評估，在線監測狀態評估依據非檢修設備的在線數據，如告警、特征值、運行量值、通信狀態、自動化測試等，對設備的當前運行情況進行評估；歷史運行水平評價則根據非檢修設備的歷史信息，如動作記錄、動作正確性、缺陷記錄等數據，對設備的歷史運行水平進行評價。結合在線監測狀態評估、歷史運行水平兩個方面得出二次非檢修設備運行狀態的綜合評價。如圖 3 所示。

                                                                    圖3
    設備的在線監測狀態算法是對數字量（表征運行狀態特征的模擬量）、邏輯量（告警）進行權重評級，確定基本得分，在此基礎上根據各級數字量個數及越限個數、各級邏輯量個數以及數字量、邏輯量的權重進行綜合計算，得到設備的在線監測狀態。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
    缺陷診斷模塊實時接收平臺告警消息，根據具體的告警類型分別進行診斷。若接收到新告警則生成一條缺陷，并向平臺發送告警通知界面發現新缺陷，若收到復歸的告警則更新缺陷的狀態，并向平臺發送告警告知界面有缺陷消除。缺陷診斷模塊應定時對告警進行查漏糾錯，定時讀取實時庫表及 IED 實時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裝置自身或相關設備及回路存在問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裝置自身或相關設備及回路存在問題導致部分保護功能缺失或性能下降，但在短時內尚能堅持運行，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裝置功能未受到實質性影響，性質一般、程度較輕，對運行影響不大，可暫緩處理的缺陷。

                                                              圖4
    缺陷診斷模塊實時接收平臺告警消息，根據具體的告警類型分別進行診斷，將告警消息分類為危急缺陷、嚴重缺陷還是一般缺陷。
    缺陷通過四種方式產生：告警手工轉換為缺陷；如果配置了自動轉換，告警可根據規則自動轉換為缺陷；通過工具人工增加缺陷；如果與缺陷管理系統有接口，可以通過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轉換缺陷，當告警消除時，對應的缺陷也消除；可通過手工消除缺陷；如果與缺陷管理系統有接口，在缺陷管理系統消除缺陷時，本系統收到通知可實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，并向平臺發送告警通知界面發現新缺陷，若收到復歸的告警則更新缺陷的狀態，并向平臺發送告警告知界面有缺陷消除。應實時獲取裝置的檢修狀態，對于處在檢修狀態下的裝置不進行缺陷的診斷，根據告警信息和缺陷生成規則，自動生成缺陷信息記錄，系統定期根據缺陷記錄，自動對設備的生產廠商、裝置型號、軟件版本、出廠時間等進行多維度統計分析，給出分析結果；缺陷診斷模塊應定時對告警進行查漏糾錯，定時讀取實時庫表及IED實時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
    監視預警的實現方式，監視預警是對設備亞健康狀態的一個提前預警，引起運行維護人員的注意，通過做好設備的維護檢修工作，達到設備事故防范的目的，通過對 16 種預警類型分類，給出相應的預警方案。
所有類別的風險預警都采用主站系統平臺告警來發送，風險預警的類別采用告警原因來標識。監視預警是對設備亞健康狀態的一個提前預警，引起運行維護人員的注意，通過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，基礎數據的來源，在I區，部署數據采集服務器，用于采集繼電保護設備信息；在 II 區，部署數據采集服務器和應用服務器和歷史服務器，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現，即電網級、地區級、廠站級、設備級四個層級。本包括電網地理圖可視化展示、動作異常情況實時監視、KPI 指標監視、告警情況統計、設備健康狀態實時監視、檢修設備的監視及動作設備實時監視。其它還有故障及動作行為分析展示、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 安科瑞變電所電力運維云平臺
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、母排及線纜測溫裝置、 變壓器溫控儀、視頻攝像頭、水浸煙霧、溫濕度、門磁等多種傳感器統一接入變電所現場的邊緣計算網關，經邊緣計算網關將數據封裝、壓縮、加密后上傳至云平臺。實時集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排，線上線下聯動；實現用戶側變配電所的24小時無人值守，監測各配電回路運行狀態，即時定位故障，降低風險。通過手機APP下發運維任務到人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執行過程。將企業集團/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，即時發現運行缺陷并做消缺處理。為售電企業提供電能集抄服務，即時掌握用戶用電量情況，避免偏差考核；響應泛在電力物聯網的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務開展做準備。
3.3云平臺功能
 

 
 
3.4云平臺配置方案

3.5產品介紹
AM5SE系列微機綜合保護裝置
功能
保護功能：主變差動保護功能、主變后備保護、三段式過流帶方向帶電壓閉鎖、三段式過流、零序電流保護、過電壓；
低電壓保護、大功率電機保護、高壓電動機綜合保護、PT并列功能、非電量保護、并網逆功率保護、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對時接口、USB升級接口，RJ45網口接口；
故障錄波功能：保護動作時觸發錄波，可以記錄故障前8個周波后四個周波的數據；
控制回路：自帶操作回路，防跳功能；
GPS校時功能：提供時鐘同步接口，接收GPS校時信號。
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進線/主變壓器（一般容量2000kVA以上）/PT/母聯、10kV進線/饋線/配電變壓器（一般容量2000kVA以下）/高壓電動機/高壓電容器/母聯/PT等設備的保護和自動控制功能。

ASD300系列智能操控裝置
功能
一次動態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；
語音防誤提示；
人體感應及柜內照明、已帶電語音播報；
分合閘、遠方就地、儲能轉換開關；
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；
開關柜節點無線測溫；
全電參量測量。
應用
35KV高壓及以下中置柜，手車柜，環網柜。

 
ARTM-Pn無線測溫裝置
功能
接收60個ATE100/200/300/400；
3U3I電參量測量；
實時測溫功能；
RS485通訊接口，通過標準的MODBUS RTU協議實現組網功能；
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、四象限無功電能；
電能質量監測：2-63次分次諧波、總（奇、偶）諧波測量、電壓波峰系數、電話波峰因子、電流K系數測量；
輸入輸出：2路開關量輸出（選配MD82模塊可擴至8路）；
及2路開關量輸入（選配MD82模塊可擴至26路），開關量輸出；
可配置為報警輸出或遠程遙控，DO用作報警輸出時可自由關聯報警內容；
SD卡存儲功能：用于電參量、電能、諧波等數據定時存儲，波形存儲等功能。
應用
適用于電力系統、工礦企業、公用設施、智能大廈等需要電力監控的場合。

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通訊協議。
應用
適用于*和大型公建中對電能的分項計量，也可用于企事業單位作電能管理考核。

ADW300無線智能儀表
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、總正反向無功電能統計；
電能質量：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、功率需量及實時電流，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 ，經互感器輸入，二次互感接入；
通訊方式：RS485、 LORA無線通訊、NB-IOT無線通訊、4G無線通訊。
應用
ADW300方便用戶進行用電監測、集抄和管理，可靈活安裝在配電箱中，可用于電力運維、環保監管等在線監測類平臺中。

 
ARCM300系列電氣火災監控儀表
功能
測量：單回路剩余電流、4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、過流等；
報警：聲光報警，支持消音、復位操作；
開關量：1路繼電器輸出、4路開關量輸入；
通訊方式：RS485、NB-IOT無線通訊、4G無線通訊。
應用
適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、國家消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。
                     
ANET智能網關
功能
數據采集（支持串口、以太網，只需配置即可兼容支持標準電力規約的各類儀表）；
數據上傳（支持往上海分類分項能耗平臺、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、主動上傳報警信息、數據合并計算、斷點續傳、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
泛在電力物聯網、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云平臺現場應用圖片  
  

      
3.7平臺價值
    為電力運維企業提供線上運維服務平臺，實時集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排，線上線下聯動。
將企業集團/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；響應泛在電力物聯網的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務開展做準備；為售電企業提供電能集抄服務，即時掌握用戶用電量情況，避免偏差考核。

4 結語
    該二次設備運維管理系統適用于部署在智能電網調度現場，對以往傳統的調度系統進行了大數據擴展和綜合分析，隨著電力系統信息化迅速發展的需要，基于繼電保護遠程化智能運維技術的研究具有重要意義。
 
 
 
參考文獻：
[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. 電網智能運維管理系統.
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版．
作者簡介：
侯文莉，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。主要從事智能電力電容器產品的研發與應用