基于电力设备的监控业务一体化管理方法

王洪哲，路 明，秦 领，朱景新，江 妍

(1.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006；2.北京用尚科技股份有限公司，北京 100085)

经验交流

基于电力设备的监控业务一体化管理方法

王洪哲1，路 明1，秦 领1，朱景新1，江 妍2

(1.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006；2.北京用尚科技股份有限公司，北京 100085)

从不同电压等级、接线方式的变电站包含的电力设备出发，对监控业务进行一体化管理。通过对设备间隔、一次设备、二次设备、监控信号的关系进行建模，基于规则辅助生成规范的监控信息点表。基于事件的监控信号分析，能够将无序、离散的监控信号以电网事件的方式展示出来。将电网运行的相关数据通过设备模型关联起来，做到监控业务的一体化管理,解决了以往监控信号量大、命名不规范问题，为调控运行人员提供了一个条理清晰、数据统一的一体化管理平台。

监控;事件模型;智能分析;一体化管理

随着我国科技的不断进步和经济的不断发展，对电力供应的可靠性、稳定性提出了更高的要求。随着电网规模的不断扩大以及国家电网调控一体化、变电站无人值守模式的广泛实行，对电力设备信息自动化水平也提出了更高的要求。

电力设备分为一次设备和二次设备。一次设备包括主变压器、断路器、电压互感器、电容器、电抗器、母线、线路等；二次设备主要是线路保护、主变保护、母差保护、断路器保护等各类继电保护。无论是一次设备还是二次设备，其运行状态通过遥信、遥测信号上传到主站，供调度员、监控员等运行人员查阅；并通过遥控、遥调对一、二次设备进行控制、调整。四遥信息的完整性、规范性和及时性成为影响电网运行安全、稳定、经济的关键因素。而四遥信号，是通过监控信息点表进行规范的。运行人员根据设备情况，筛选能体现设备运行状态的关键信息，并经过适当合并，形成设备信号、站端信号、主站信号这三级信号，共同构成了监控信息点表。

目前阶段，监控信息接入监控系统工作无统一明确的技术规范，监控信息的采集范围、信息命名基本取决于专业人员的工作习惯，监控信息接入质量依赖于专业人员的业务能力和责任心，造成不同厂家、型号的设备甚至不同站的相同厂家、型号的设备信息命名各异，信息采集范围不一，容易出现信息采集上传量过大或者重要监控信息遗漏的现象。监控信息点表的编制质量不高，影响了调控人员掌握电网运行信息的准确性、实时性，对电网的安全、稳定运行带来了很多隐患，成为目前国家电网公司亟需解决的问题。

从2012年开始，国家电网公司全面启动信息系统实用化“回头看”工作，检查找出信息系统应用中存在的不足。近年来随着技术标准、管理制度、业务流程等一系列举措的落实，变电站调控信息接入调度自动化系统工作逐步规范。但随着工作的不断深入开展，在业务机制的磨合过程中仍然暴露出各种难于统一管理的问题。由于国家电网管辖的变电站数目众多，接线方式、运行方式复杂，涉及到不同厂家、型号的设备，造成告警、故障信息不统一，这为调控人员把控电网运行状态、处理设备故障制造了很多障碍，严重影响了电网的安全、稳定运行。

1 设备监控存在的主要问题

“大运行”实施后，设备监控的责任主体由站端转移到各级调控中心，调控中心的工作量成倍增加，对监控数据的质量也提出了更高要求。国网公司通过下发各个电压等级变电站的典型监控信息表，并专门针对智能变电站的设备特点对信息典型点表进行了补充，目的是统一监控信号的筛选条件、规范信号的描述信息。对于电网设备运行过程中的大量数据，国网公司希望能够对其进行统一的分析、处理，形成电网运行信息的“大数据”。然而，监控信号管理方面存在以下几个方面的问题，没有得到明显改善。

a.各站信息点表维护不规范。信息点表一般是由设计院、电科院、检修公司或者综自厂家来进行编制。不同编制厂家、不同编制人员之间没有遵循统一的编制规范，造成站端、主站能够接收到的信号范围不同，信号命名也不统一。

b.监控面对海量信号，无法进行有效梳理，工作压力大。大运行以后，设备监控的责任转移到了各个调控中心。一个调控中心，可能要负责数十个甚至是数百个变电站的监控业务。监控员每天面对数以万计的各类零散的、命名各异的信号，还要处理信号误发、漏发的情况，承受着巨大的工作压力和心理压力。

c.无法对电网运行数据信息一体化管理。电网运行管理过程中的各项业务，如监控信号、操作票、检修申请、日志、故障处理等，都是对电网设备存在问题进行处理的过程，在源头上是紧密相关的。然而，由于没有统一的设备库，尤其是二次设备库，各类运行数据只能作为零散的数据存在，无法做到一体化管理。

2 监控业务一体化管理设计方案

2.1基于一、二次设备模型规则库的监控信息点表自动生成

对电网设备进行建模是监控业务进行一体化管理的基础。目前，国家电网公司的设备基本上都是围绕着D5000(或EMS)进行建模的。监控业务一体化管理工作原理图如图1所示。不过当前的建模方式存在着以下的问题。

a.D5000或EMS基本上是在变电站投运前一段时间才开始进行建模；实际工作中，在变电站设计阶段就需要对一、二次设备进行建模。

b.D5000或EMS的模型中，只是对一次设备进行建模；作为监控业务的一个重点——继电保护，则没有完成相应模型的建设。

c.很多调控中心的业务，只是基于文本与流程进行建设的，并没有和D5000或EMS中一次设备的模型建立关联。

图1 监控业务一体化管理

所以，在D5000的基础上，完善二次设备模型，并建立二次设备和一次设备之间的关系是监控业务一体化管理的前提条件。

电网中，二次设备是对一次设备进行监察、测量、控制、保护、调节的辅助设备。设备间隔中包含的二次设备和变电站类型(智能站或普通站)、间隔类型、接线方式、电压等级等紧密相关，需要据此建立对应的规则库，在添加设备间隔的时候自动生成对应的一、二次模型库[1-3]。

a.智能站比普通站多了智能终端、合并单元等设备。

b.间隔类型可以分为线路间隔、主变(又分为高中低压侧以及主变本体这几个间隔)、母线间隔、电容器间隔、站用变间隔等，每种间隔类型包含的一、二次设备各不相同。

c.不同的接线方式，包含的间隔类型以及每种间隔类型里面包含的一、二次设备也各不相同。比如“双母线+旁路”接线方式的变电站，比“双母线”接线方式的变电站会多一个旁路间隔；而且每个线路间隔中，都会多一把旁路隔离开关。

d.不同的电压等级包含的设备也有不同的规则。比如对于220 kV及以上的设备，国网公司有明确的要求，必须要有2套原理不同的主保护；而对于较低电压等级的设备间隔，则没有这方面的要求。

在建立了一、二次设备模型之后，如何根据间隔包含的一、二次设备自动生成规范的信息点表，将是下一步的任务。对于监控信号生成的规则库，分成了3个层次。

a.有些设备运行人员关注的信号都是固定的。比如UPS之类的设备，有了设备模型之后自然就有了对应设备的信息点表。

b.有些设备需要根据设备原理决定生成的信息点表。比如断路器，根据原理可以分为SF6、液压机构、气动机构、弹簧机构等不同类型，包含的监控信号规则各不相同。

c.有些设备(如各种继电保护)，不同厂家、型号的设备包含的信号各不相同，需要将规则维护到厂家、型号上。

2.2基于事件的监控信号智能分析

通过对一、二次设备进行建模，并辅助自动生成设备包含的信息点表，实际上已经将监控信号和具体的设备建立了关系，这为监控信号智能分析打下了基础。

电网中发生的不同事件，相关设备会发出对应的信号。建立了电网事件对应的监控信号规则库之后，通过监控员接收到的实时监控信号列表，能够自动分析电网中可能发生的事件，并将信号和各个事件自动关联起来[4]。这样监控员看到的不再是一个个独立的信号，而是电网设备发生的一个个事件。

比如SF6断路器分闸操作，会引起对应断路器的分闸信号，以及“SF6气压低告警”之类的伴生信号；如果是因为电网事故引起的跳闸，则会有对应的“事故分闸”信号。需要对以下事件进行建模：电网中发生的各类事故；断路器分合闸事件(后续会继续分析具体是现场操作、遥控操作或者电容器的AVC信息)；传动相关的信息等。

如果根据接收到的信号，判断出电网发生了事故，则需要根据信号组合，自动模拟事故演化过程，进一步分析事故类型[3]。

a.如果发现某条线路的保护出口信号，以及对应断路器的分闸信号、事故分闸信号，则可以初步判断出线路发生了故障，并且跳闸成功。

b.如果发现还有对应断路器的重合闸信号，并且后面有合闸信号，则表示重合闸动作成功。

c.如果发现断路器再次分闸、事故分闸信号，则判断出此事故是线路永久故障(如果没有这些信号，则表示断路器重合成功且没有引起再次跳闸，则可以断定此事故是线路瞬时故障)。

通过对监控信号及事件模型的分析，也能够发现误发、漏发信号的情况，可以对信息点表的配置情况进行后评估，进一步保障电网的安全。

2.3基于设备的监控业务一体化管理

通过监控信号的规范化自动生成，将变电站、间隔、一次设备、二次设备、监控信号关联起来；通过对监控信号进行事件化的智能分析，判断电网中发生的各类事件[5]。在此基础上，我们可以整合监控业务的各项数据，进一步对电网中的各类事件进行分析，判断电网中设备的健康情况[6]。

a.整合操作票、检修申请、遥控操作、AVC等数据作为监控信号分析的数据判断基础。

b.通过监控信号分析，判断电网中发生的事件集合。

c.过滤掉正常操作信息、AVC等自动调整的信息、检修传动信息等预期范围之内的监控信号。

d.排除已经掌握、正在处理中的故障。

e.归纳、简化、分析处理频发信号、误发信号、漏发信号。

f.智能化自动发起故障处理流程、辅助生成监控日志，并汇总电网中需要重点观察的设备，提示可能的风险。

g.自动生成电网设备的运行状态报告，为调控运行人员对电网情况的进一步处理提供数据基础。

总之，通过设备模型库，将调控运行过程中的各类数据关联起来，能够完成电网运行情况整体的、智能化的自动分析，判断各类信号、事件的产生原因，诊断电网的健康状况，并辅助对电网中设备的故障进行处置。这样，以设备为中心，建立了电网运行数据统一的“大数据”，形成了监控业务一体化的闭环管理，可以提高电网故障处理的速度及准确率，进一步保障了电网的安全、稳定、经济运行。

3 系统功能实现

系统由一、二次设备建模、信息点表自动生成、基于事件的监控信号分析、监控业务一体化管理四大模块组成，如图2所示。

图2 监控业务管理框架

3.1一、二次设备建模

根据变电站类型、电压等级、接线方式，对包含的间隔类型、一次设备、二次设备进行建模。电力设备模型框架如表1所示。

3.2信息点表自动生成

通过对电网的一、二次设备建立模型库，在添加变电站时，根据变电站的电压等级、接线方式，可以智能辅助生成包含的间隔类型，以及每个间隔包含的一、二次设备。以设备为中心，建立监控信号生成的规则库，可以自动生成对应的监控信息点表并和设备关联起来。

在建立信号生成规则库的时候，从各类设备生成信号的规律出发，建立设备类型层、设备原理层、厂家型号层的信号生成规则，在保证信号生成规范性的前提下，尽量提高规则库维护、更新的效率。另外，系统提供相似间隔复制、并列间隔错误共同处置、监控信号分专业审核、信息点表在线流转等技术手段，在保证点表完整性、规范性的前提下，极大地提高了点表编制、流转的效率。

表1 电力设备模型框架(220 kV电压等级)

3.3基于事件的监控信号分析

通过规则库自动生成的监控信号，保证了信息点表的规范性，并将信号和对应的间隔、设备自动关联起来；在此基础上，建立标准信号知识库，维护每个标准信号的含义、信号发出的可能原因以及相应的处置建议。经过初步梳理，能够保证D5000中接收监控信号的规范性；但是这类信号还是无序、零散、不直观的，需要对一系列的信号进行系统分析，才能够准确把控电网的运行状态。监控信号分析需要达到如下目的。

a.将正常操作(包括遥控操作、AVC自动调整、现场操作，需要进一步结合其他运行数据，进行一体化分析、区分)及相关伴生信号自动分析筛选。

b.将检修、传动相关的信号自动区分。

c.将已经在处理中的设备发出的相关信号进行过滤。

d.将电网事故相关的信号自动提取，并自动模拟事故演化过程，判断事故类型。

e.整理出电网中可能存在的隐患，作为重点观察信号，提交运行人员关注。

f.分析监控信号中可能误发、漏发的信号，进行信息点表的后评估。

3.4监控业务一体化管理

通过对一、二次设备进行建模、自动生成信息点表，并对监控信号进行基于事件的分析，能够掌握电网中设备可能发生的事件。以上工作，为监控业务一体化管理提供了数据基础。进一步，通过整合操作票、检修申请、工作票、遥控操作、AVC等运行数据[7]，对监控信号及电网事件进行整体分析，能够从全局上把控电网的运行状态。经过分析确认，对需要处理的缺陷、需要记录的信息，能够自动提醒，辅助创建缺陷处理流程、记录监控日志，提高监控业务处理的工作效率。

4 成果与效益

随着国家电网公司调控一体化、变电站无人值守模式的推进，运行管理工作对电网的自动化水平提出了更高的要求，调控中心也承担着更多的工作压力与心理压力。然而，由于设备建模方式的不完整，监控业务缺乏有效的技术手段，监控业务管理普遍存在以下问题：各站信息点表维护不规范；监控面对海量信号，无法进行有效梳理，工作压力大；无法对电网运行数据信息一体化管理。

该系统从这些现实情况出发，对这些问题进行深入研究，并给出了很好的解决方案。

4.1建立信息点表自动生成机制

通过对一、二次设备进行建模，并建立监控信息点表生成的规则库，在建立变电站时，根据变电站类型、电压等级、接线方式，辅助生成一、二次设备，自动生成监控信息点表，保证了信息的完整性、规范性，减少了点表编制的工作量。

4.2基于事件对监控信号自动分析

通过对电网中可能发生的各类事件进行建模，结合设备的拓扑关系[8]，对监控信号进行智能分析，将一个个离散的、无意义的信号文本，自动整合为电网中的事件[9]。将监控信号事件化，可以减轻监控员的工作压力，提高电网故障处理的效率。

4.3基于设备对监控业务一体化管理

基于电网的一、二次设备，对电网运行的各类数据进行建设，将监控业务相关数据统一整合起来，进行一体化管理，形成电网运行管理的“大数据”。该方案的使用，提高了运行人员的工作效率，也提升了电网的安全运行水平。

5 结束语

本文为减轻监控人员工作压力、提高调控人员分析电网情况的能力，介绍了基于电力设备的监控业务一体化管理方法。该平台的研发，有助于提升调控人员分析电网设备运行情况的速度及准确率，提高了电网的信息化、自动化水平，可以推动电网运行管理相关数据的一体化建设进程。基于此方法的监控信号分析系统的建设,能够减轻运行人员的工作压力和心理压力，提高电网的安全、稳定、经济运行水平。

[1] 张 卓，齐秀波，初 忠.电力企业继电保护信息管理系统[J].东北电力技术,2004，25(8):49-52.

[2] 王振树，张 波，孟昭勇.电力系统继电保护及故障信息子站系统的方案设计[J]．电力系统保护与控制，2006,34(7):65-69.

[3] 陈 刚.电力变压器典型故障及其演变[J].东北电力技术,2002,23(4):5-8.

[4] 张春晓，陆建峰，夏士兵，等．基于专家系统的变电站监控信号智能处理系统[J]．东南大学学报(自然科学版)，2008,10(2):140-144.

[5] 许 箴，吴 伟，顾寅凯.变电所异常信号分析处理辅助决策系统的构建与实施[J]．电力设备，2004,5(8):61-62.

[6] 朱 钰，陈瑞国，郝建成.浅谈电力设备状态检修[J].东北电力技术,2010,31(3):48-50.

[7] 田立平，王 雪，王春晓.基于OPEN3000平台的AVC系统在鞍山电网中的应用[J].东北电力技术,2013,34(9):34-36.

[8] 阮作伟，李 响.电力网络拓扑错误辨识的一种新方法[J].东北电力技术,2004,25(1):11-13.

[9] 路改强，刘 敏.浅析500 kV系统中3/2接线方式线路重合闸[J]．电力系统保护与控制,2010,37(23):141-144.

Integrated Management Method of Monitoring’s BusinessBased on Power Equipment

WANG Hongzhe1, LU Ming1, QIN Ling1, ZHU Jingxin1, JIANG Yan2

(1. State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2. Beijing Yongshang Technology Co., Ltd., Beijing, 100085, China.)

From the power equipment of the substation with different voltage levels and connection modes,this article found a integrated management method of monitoring’s business. By modeling the relationship between the equipment interval, the primary device, two power equipments and the monitoring signal,we can generate standard monitoring’s signal table based on rules.Based on the analysis of the event about monitoring’s signal, it can show the disorderly and discrete monitoring’s signals in the way of the events.The related data of power system can be connected with the equipment model, so that the integrated management of monitoring’s business can be realized.This paper includes modeling of power equipment, automatic generation of signal’s table, the analysis of event based monitoring signals, and the integration management of monitoring’s business.This article resolves the questions of having too many signals and the naming is not standard,giving people a platform having methodical and uniform data.

electric power monitoring;model of event;intelligent analysis;integrated management

TM73

A

1004-7913(2017)08-0024-05

王洪哲(1972)，男，高级工程师，主要从事电力系统自动化和设备监控相关工作。

2017-05-15)