變電站智能在線告警系統研究

摘要：變電站是電網調度自動化最為重要的環節之一，承擔著傳導、接收和分配電能的任務，同時作為電網運行基礎設備部分，時常伴隨著各類故障的發生，這些故障若不提早發現并處理，輕則導致設備損壞，重則造成人身危害，甚至導致電網大面積停電，破壞電力系統的安全穩定運行。因此，有必要從多個方面入手對變電站智能在線告警系統進行分析和研究。

關鍵詞：變電站；安全穩定；智能告警系統

作者簡介：侯玉敏（1970-），女，遼寧丹東人，國網黑龍江省電力有限公司鶴崗供電公司調控中心，技師；程亮（1976-），男，安徽亳州人，國網黑龍江省電力有限公司鶴崗供電公司調控中心，工程師。（黑龍江 鶴崗 154101）

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）30-0197-02

隨著我國智能電網的建設與發展，使得電網運行人員需要關注更寬、更深范圍的設備信息。智能變電站的信息化改造使得數據信息種類多樣化，不僅對變電站側的數據信息采集、分揀、傳輸、接收與處理產生復雜的影響，同時也對調度自動化系統的監視、控制、統計與分析處理功能提出了更高層次的要求，本文將著重介紹變電站在應對海量告警信息時的智能告警措施與方法。

一、智能變電站告警信息分類

智能變電站的告警信息一般用于調度自動化系統的電網故障診斷等高級應用，這些高級應用大部分是基于SCADA/EMS等調控一體化平臺實現的，因此SCADA系統提供了主要的智能告警信息，其內容主體一般包括開關動作以及保護動作信息，通過整合電網調度自動化的運行與控制的一般性經驗型知識并加以分析，完成告警信息的在線智能處理。

1.電網斷面信息

電網斷面信息包含反映斷路器開關動作的遙測信息及繼電保護動作的遙信信息。遙測信息是指反映電網運行工況的模擬量數據（電流、電壓和功率），反映電網主要電氣設備實時運行工況的數據，如有載調壓變壓器的分接頭位置、變壓器油溫等。遙信信息主要是指監控裝置的開關動作（開關輸入量）信息，包括斷路器、隔離開關的開合狀態、特殊監控的硬觸點和軟觸點。硬觸點有開關儲能狀態、遠方/就地操作位置等；軟觸點包括保護當前狀態、設備異常情況等。

這些遙測、遙信數據經過現場采集后由監控裝置按規定的通信規約向SCADA系統報送。SCADA系統根據這些實時數據，完成對電網當前狀態的重構、跟蹤和監控。電網的斷面數據臨時存入實時庫中，并以一定的時間間隔寫入歷史庫。

2.事故告警信息

當電網發生事故、運行電壓電流越限、設備異常動作等情況時，相應的監控設備將會產生事件順序記錄（Sequence of Event，SOE），這類信息稱之為事故告警信息，其內容包括斷路器跳閘、設備異常動作、電壓越限及保護動作等告警信息，告警信息由保護、監控裝置及系統實時上傳至SCADA系統并由界面顯示。SCADA系統收到SOE告警信息后，立即產生報告，同時通知調度員，并將告警信息以記錄的形式追加到告警事件數據庫或歷史文件中，形成歷史庫，方便后期調用查看。

二、電網調度中的告警類別

電網調度中的告警方式有多種分類方法。按告警設備范圍可以分為電氣元件級告警和系統級告警。電氣元件級告警指的是某元件發生故障或者電壓、電流或潮流越限時的告警方式，系統級告警指的是當電網發生大擾動時，電網中的電氣量發生突變，或變化量遠大于正常運行工況下的水平。

電氣量變化與時間的關系如下公式所示：

δ= ΔM/ΔT > nε

其中ΔM=（Ma - Mlim），ΔT為時間，ε為正常運行工況下的電氣量（電壓、電流、頻率）大小，n代表變化量的倍數。相對于元件級告警，系統及告警是基于整個電網的實時穩定運行狀態的告警方式。

按告警設備數目多少可以分為單一告警、串聯告警、并發告警和組合告警。單一告警指的是當某一設備發生越限、故障時的單一告警方式，單一告警方式是最為基礎的設備告警方式。串聯告警方式由一連串的單一告警組成，串聯告警一般均由誘發故障引發，其后續均為該誘發故障的連鎖反應及現象，例如母線故障，會引發與該條母線相連接的所有線路側開關跳開，這些線路側開關跳閘的告警信號就是在母線故障這個誘發故障伴隨下的串聯故障，從而引發串聯告警。

并發告警指的是兩個沒有聯系的故障同時發生，并各自引起相應的串聯效應，由這類效應引發的告警稱之為并發告警。如某條大容量線路發生故障后，此線路附近線路潮流瞬時增大，造成其他線路或負荷發生潮流越限等故障。

組合告警屬于特殊的串聯或并發告警，其完整過程可描述為：當發生某個故障后，同時伴隨發生了串聯及并發故障，誘發故障引發了下一故障，同時與誘發故障點電氣聯系不緊密的某一處也發生了故障，針對這類故障的告警方式稱之為組合告警。

按照電氣量變化關系可以分為靈敏度告警以及梯度告警兩種方式。靈敏度是反映可控變量與狀態變量之間的對應變化關系的參數。靈敏度告警可以讓某些變化量很小，但卻可以對某些狀態量影響巨大的可控變量進行監控，很容易區分出這些可控變量與狀態量之間的變化關系，這為電網調度值班人員適時采取恰當的應對措施提供了依據。梯度告警方式針對電網不同時間段的電氣量變化特性，呈階梯狀對各時間段逐級進行監視告警，此類告警方式廣泛用于制作負荷曲線時對各負荷變化較快時可能發生故障的薄弱環節進行告警。

三、智能告警系統結構與設計原理

智能告警系統并不能準確定位故障告警信息，它通常將所有疑似告警信息綜合起來處理，為電網調度運行人員提供電力系統全景圖，并明確告警方向，便于調度人員及時作出決策。

1.智能告警系統總體結構

智能告警系統主要由實時信息庫、知識庫、推理機、數據庫、知識獲取、翻譯、人機接口模塊等組成，智能告警系統是一個專家系統，其核心部分是知識庫及推理機部分，如圖1所示。

上圖中各模塊功能內容如下：

（1）知識庫。變電站智能告警信息領域的一般性經驗規則及知識，同時還有相應的知識獲取方法及表示方式。

（2）數據緩存庫。存儲系統模塊運行的初始數據，同時對變電站進行告警信息篩選等推理操作時產生的一些中間數據將暫時存儲至數據緩存庫中，需要與知識庫保持一致。

（3）推理機。數據庫提供數據信息，根據知識庫中的規則及知識，推理得出結果。

（4）解釋器。由于系統內部處理是純數據信息處理，不具有易讀性，難以理解，因此解釋器將推理得出的結論“翻譯”給用戶，并通過人機接口告知用戶。

（5）統計計算模塊。統計告警信息的操作次數及頻率。

2.告警信息噪聲處理

在電網正常運行以及發生事故兩種狀態下，調度自動化系統都會收到由底層設備發出的大量告警信息，這些數據中大部分為冗余數據，并不能幫助分析電網狀態。其中有用的信息也需要按照特定屬性進行分類。因此，針對調度自動化系統接受到的海量信息，需要進行預處理，包括信息篩選過濾及分配。

告警信息的預處理包含清除冗余信息和恢復缺失信號兩個主要部分。

當電網發生故障時，伴隨著故障告警信息還有大量的開關動作/復位信息、保護動作信息及正常運行信息，因此，需要將這些冗余信息剔除，剩余的故障信號將為調度人員定位故障提供判斷依據。

大量告警信息中除含有冗余信息之外，也會缺失某些信息，這些缺失信息將導致信息分析不準確，為彌補信息缺失造成的漏洞，一般采用數據挖掘技術來對告警信息進行校驗與補足。

3.變電站智能告警系統的硬件組成

變電站智能在線告警系統主要由計算機網絡線路、數據庫服務器、存儲器、前端服務機、通信服務機、調度員工作站等部分構成。

（1）計算機網絡線路。用于將各個子系統、服務器、工作站連接起來，同時形成一個連通的網絡，便于相互之間傳輸、統計信息。

（2）數據庫服務器。數據庫服務器的功能是為所有遙測、遙信、通道、廠站、接點的參數等信息建立數據鏈表，方便其他工作站以及仔細系統連接，并為分析告警內容提供分析樣本，數據庫服務器一般會設計兩臺以作備用。

（3）存儲器。與數據服務器功能接近，只用作數據信息的存儲、讀取，含有與數據庫服務器相同的內容與格式，特點是存儲量大，相對于數據庫服務器的中間存儲器功能來說，存儲器更適合作為歷史數據庫。

（4）前端服務機。從前端總線到變電站個設備、監控儀器連接到此前端服務機，相互之間建立數據連接，運行告警數據信息的采集、傳輸、接受和發送功能。同時前端服務機也設置多臺，可分別對不同類型的數據、工作站進行區分。

（5）通信服務機。通信服務機實現調度工作站所有調度決策的通信功能，主要實現對各子站上傳告警信息的的解調與綜合處理，為每個子站設置一個調制解調器，另外，通信服務機中還應放置網絡交換機和物理隔離設備。

（6）調度員工作站。調度員工作站是調度員進行操作并做出調度決策的平臺。它將在后臺完成告警信息及數據的辨識、分類，同時通過人機接口顯示給調度人員。另外，它將提供特定的人機接口，方便調度員修改、維護和管理系統。

四、結語

本文對變電站智能在線告警系統處理的告警信息來源進行了介紹，按照不同屬性將電網中的告警方式進行分類并設計一套智能在線告警系統，列出了該系統的總體結構，闡述各模塊的詳細功能，最后介紹了系統相應的硬件組成。

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