劉丹

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(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(tǒng)，依據(jù)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范借助通信網(wǎng)絡將微機保護的全景信息匯總到變電站內(nèi)的在線管理集中控制單元，并對數(shù)據(jù)進行分析、處理，將信息遠傳到調(diào)度主站端，并提供智能查詢或者智能診斷相關(guān)功能。從而減少運維人員對現(xiàn)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(guān)鍵詞：告警監(jiān)視；設備巡視；狀態(tài)評估；缺陷診斷；監(jiān)視預警

目前二次設備在線監(jiān)視系統(tǒng)，都是基于二次設備自身的運行信息及參數(shù)信息建立的，僅能實現(xiàn)對站端保護動作相關(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(tǒng)依托變電站長期運行經(jīng)驗，從告警監(jiān)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(jiān)視預警五個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(tǒng)屬于繼電保護信息系統(tǒng)應用下的擴展子單元，建立二次設備運維的模型。依據(jù)二次設備在線運維的需要，并充分利用故障信息管理系統(tǒng) FIS 現(xiàn)有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)接入及處理機制，在原有的 FIS 模型基礎(chǔ)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(jié)合設備運行的歷史數(shù)據(jù)分析設備運行健康狀況，進而做到設備運行狀態(tài)可評估，缺陷可管理，風險可預警。二次設備運維管理系統(tǒng)的特征包含：告警監(jiān)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(jiān)視預警分析、數(shù)據(jù)采集和人機操作主界面。如圖 1 所示。

圖1

2.1告警監(jiān)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(chǔ)上對二次設備運維管理主站通過數(shù)據(jù)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(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(shù)據(jù)采集模塊接收到的告警信息進行在線分析，實現(xiàn)二次設備的狀態(tài)監(jiān)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(tǒng)服務轉(zhuǎn)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(tǒng)服務還將二次設備的原生告警的狀態(tài)，寫入實時庫表，以便進行狀態(tài)評估；告警展示模塊對平臺告警進行實時展示，并提供依據(jù)告警手工生成缺陷功能將告警轉(zhuǎn)換為缺陷；如果配置了自動根據(jù)告警生成缺陷功能，則缺陷在線生成模塊可自動根據(jù)生成規(guī)則將告警轉(zhuǎn)換為缺陷。

告警監(jiān)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(chǔ)上對主站收到的告警信息進行在線分析，從而實現(xiàn)二次設備的狀態(tài)監(jiān)視與管理。

2.2二次設備巡視模塊

主站定義正常狀態(tài)專家?guī)旒把惨暡呗裕藴手滴募?、巡視策略下發(fā)到子站，子站依此進行定期巡視，并返回巡視異常結(jié)果；子站也可依據(jù)主站手工觸發(fā)巡視策略進行巡檢，并

返回巡視結(jié)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(jié)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(jié)果，生成的巡視報告文件內(nèi)容有如下要求：正常、異常的結(jié)果應該都能看到，異常的結(jié)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

包括在線監(jiān)測狀態(tài)評估和歷史運行水平評估，在線監(jiān)測狀態(tài)評估依據(jù)非檢修設備的在線數(shù)據(jù)，如告警、特征值、運行量值、通信狀態(tài)、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(jù)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(shù)據(jù)，對設備的歷史運行水平進行評價。結(jié)合在線監(jiān)測狀態(tài)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(tài)的綜合評價。如圖 3 所示。

圖3

設備的在線監(jiān)測狀態(tài)算法是對數(shù)字量（表征運行狀態(tài)特征的模擬量）、邏輯量（告警）進行權(quán)重評級，確定基本得分，在此基礎(chǔ)上根據(jù)各級數(shù)字量個數(shù)及越限個數(shù)、各級邏輯量個數(shù)以及數(shù)字量、邏輯量的權(quán)重進行綜合計算，得到設備的在線監(jiān)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

缺陷診斷模塊實時接收平臺告警消息，根據(jù)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(fā)送告警通知界面發(fā)現(xiàn)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(guān)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(guān)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(nèi)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(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

缺陷診斷模塊實時接收平臺告警消息，根據(jù)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(chǎn)生：告警手工轉(zhuǎn)換為缺陷；如果配置了自動轉(zhuǎn)換，告警可根據(jù)規(guī)則自動轉(zhuǎn)換為缺陷；通過工具人工增加缺陷；如果與缺陷管理系統(tǒng)有接口，可以通過缺陷管理系統(tǒng)獲取系統(tǒng)中的缺陷。此外，如果與缺陷管理系統(tǒng)有接口，可以將前三種產(chǎn)生的缺陷提交到缺陷管理系統(tǒng)，向缺陷管理系統(tǒng)增加缺陷。

缺陷消除有三種方式：如果配置了告警自動轉(zhuǎn)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(tǒng)有接口，在缺陷管理系統(tǒng)消除缺陷時，本系統(tǒng)收到通知可實現(xiàn)本系統(tǒng)缺陷的同步消除。

按照缺陷診斷規(guī)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(xiàn)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。應實時獲取裝置的檢修狀態(tài)，對于處在檢修狀態(tài)下的裝置不進行缺陷的診斷，根據(jù)告警信息和缺陷生成規(guī)則，自動生成缺陷信息記錄，系統(tǒng)定期根據(jù)缺陷記錄，自動對設備的生產(chǎn)廠商、裝置型號、軟件版本、出廠時間等進行多維度統(tǒng)計分析，給出分析結(jié)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(jiān)視預警分析模塊

監(jiān)視預警的實現(xiàn)方式，監(jiān)視預警是對設備亞健康狀態(tài)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(tǒng)平臺告警來發(fā)送，風險預警的類別采用告警原因來標識。監(jiān)視預警是對設備亞健康狀態(tài)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(shù)據(jù)采集和人機操作主界面模塊

數(shù)據(jù)采集模塊，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的來源，在I區(qū)，部署數(shù)據(jù)采集服務器，用于采集繼電保護設備信息；在 II 區(qū)，部署數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理和存儲。

人機操作主界面框架采用分級的配置實現(xiàn)，即電網(wǎng)級、地區(qū)級、廠站級、設備級四個層級。本包括電網(wǎng)地理圖可視化展示、動作異常情況實時監(jiān)視、KPI 指標監(jiān)視、告警情況統(tǒng)計、設備健康狀態(tài)實時監(jiān)視、檢修設備的監(jiān)視及動作設備實時監(jiān)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。

3.1云平臺架構(gòu)

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(tǒng)一接入變電所現(xiàn)場的邊緣計算網(wǎng)關(guān)，經(jīng)邊緣計算網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)封裝、壓縮、加密后上傳至云平臺。實時集中監(jiān)測所有變電所用電情況、統(tǒng)一調(diào)度運維巡檢安排，線上線下聯(lián)動；實現(xiàn)用戶側(cè)變配電所的24小時無人值守，監(jiān)測各配電回路運行狀態(tài)，即時定位故障，降低風險。通過手機APP下發(fā)運維任務到人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程。將企業(yè)集團/高等院校內(nèi)廣泛分布的變電所集中統(tǒng)一管理，提高運維效率、提高故障響應速度，即時發(fā)現(xiàn)運行缺陷并做消缺處理。為售電企業(yè)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(lián)網(wǎng)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(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(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(wǎng)口接口；

故障錄波功能：保護動作時觸發(fā)錄波，可以記錄故障前8個周波后四個周波的數(shù)據(jù)；

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(lián)、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(lián)/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(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；

語音防誤提示；

人體感應及柜內(nèi)照明、已帶電語音播報；

分合閘、遠方就地、儲能轉(zhuǎn)換開關(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(shù)統(tǒng)計；

RS485串行通訊接口；

開關(guān)柜節(jié)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(huán)網(wǎng)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(xié)議實現(xiàn)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(shù)、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(zhì)量監(jiān)測：2-63次分次諧波、總（奇、偶）諧波測量、電壓波峰系數(shù)、電話波峰因子、電流K系數(shù)測量；

輸入輸出：2路開關(guān)量輸出（選配MD82模塊可擴至8路）；

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

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

SD卡存儲功能：用于電參量、電能、諧波等數(shù)據(jù)定時存儲，波形存儲等功能。

應用

適用于電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設施、智能大廈等需要電力監(jiān)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(tǒng)計、總正反向無功電能統(tǒng)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(tǒng)計、總正反向無功電能統(tǒng)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(guī)格：100A輸入 ，經(jīng)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(jiān)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(jiān)管等在線監(jiān)測類平臺中。

ARCM300系列電氣火災監(jiān)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(shù)、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(guān)量：1路繼電器輸出、4路開關(guān)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(yè)、消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。

                   

ANET智能網(wǎng)關(guān)

功能

數(shù)據(jù)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(guī)約的各類儀表）；

數(shù)據(jù)上傳（支持往上海分類分項能耗平臺、寧夏電力需求側(cè)平臺、江蘇電力運維平臺、浙江電力運維平臺上傳數(shù)據(jù)）；

邊緣計算（靈活的報警閾值設置、主動上傳報警信息、數(shù)據(jù)合并計算、斷點續(xù)傳、數(shù)據(jù)加密、4G路由）；

遠程管理（遠程配置、遠程升級、遠程監(jiān)視）。

應用

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

3.6云平臺現(xiàn)場應用圖片

   

3.7平臺價值

為電力運維企業(yè)提供線上運維服務平臺，實時集中監(jiān)測所有變電所用電情況、統(tǒng)一調(diào)度運維巡檢安排，線上線下聯(lián)動。

將企業(yè)集團/高等院校內(nèi)廣泛分布的變電所集中統(tǒng)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，增加客戶粘性，為后期的增值服務開展做準備；為售電企業(yè)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。

3.8訪問方式

該二次設備運維管理系統(tǒng)適用于部署在智能電網(wǎng)調(diào)度現(xiàn)場，對以往傳統(tǒng)的調(diào)度系統(tǒng)進行了大數(shù)據(jù)擴展和綜合分析，隨著電力系統(tǒng)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(tǒng):CN,CN202798149U[P].2013.

[2]張志強,黃佳胤,羅琨. 電網(wǎng)智能運維管理系統(tǒng).

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