關(guān)于電力設(shè)備運行狀態(tài)統(tǒng)一監(jiān)測的研究

文/趙新定 許利紅

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關(guān)于電力設(shè)備運行狀態(tài)統(tǒng)一監(jiān)測的研究

文/趙新定1許利紅2

1.廣東粵電博賀煤電有限公司；2.華中國電電力集團有限公司

在電力企業(yè)中，為不同的業(yè)務(wù)目標建設(shè)了不同的自動化信息采集與應用系統(tǒng)。這些相關(guān)系統(tǒng)，部分幫助了運行人員與管理人員及時、準確地掌握電網(wǎng)運行情況、關(guān)鍵設(shè)備工作狀態(tài)及設(shè)備所處環(huán)境情況等重要信息。

設(shè)備狀態(tài)；統(tǒng)一；集中監(jiān)測；實時數(shù)據(jù)平臺

在電力企業(yè)中，如何保證電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運行是電力企業(yè)運行管理的生命線，一旦設(shè)備因其自身原因和運行工況出現(xiàn)快速劣變，導致發(fā)生停電事故，將給生產(chǎn)和生活帶來巨大的影響和損失。因此迫切需要結(jié)合電力設(shè)備運行狀態(tài)的實時或定時的在線監(jiān)測信息、實時設(shè)備狀態(tài)信息、生產(chǎn)管理信息，建立一套變電設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)一集中監(jiān)測系統(tǒng)，通過綜合的信息與指標及時反映電力設(shè)備健康狀況，以便采取預防措施，避免停電事故發(fā)生。

在電力企業(yè)中，為不同的業(yè)務(wù)目標建設(shè)了不同的自動化信息采集與應用系統(tǒng)。這些相關(guān)系統(tǒng)，部分幫助了運行人員與管理人員及時、準確地掌握電網(wǎng)運行情況、關(guān)鍵設(shè)備工作狀態(tài)及設(shè)備所處環(huán)境情況等重要信息。但這些信息對電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行、完善客戶服務(wù)等電網(wǎng)企業(yè)核心業(yè)務(wù)等方面還存在以下差距：

1.現(xiàn)在運行的各個設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)在同一個變電站里各自為政，孤立運行，孤立診斷，資源不能共享，監(jiān)測的數(shù)據(jù)也沒有得到充分的利用，這為運行管理人員分析設(shè)備運行的運行工況帶來不便；

2.建設(shè)時只考慮建設(shè)單獨硬件（監(jiān)測設(shè)備），很少考慮相應的應用軟件（綜合分析診斷），以至難以發(fā)揮智能診斷作用；

3.自動化信息采集與應用系統(tǒng)眾多，其采集的信息類型不同，使用的技術(shù)手段不同，遵循的技術(shù)標準也不盡相同，缺乏一個統(tǒng)一的信息模型，缺乏一個開放的應用系統(tǒng)和開發(fā)平臺，信息無法進行自由交互，數(shù)據(jù)資源無法有效充分利用，系統(tǒng)無法進行有效的擴展，難以兼容多種專業(yè)應用。

4.沒有與電力系統(tǒng)積累的預防性試驗和帶電巡檢經(jīng)驗密切地結(jié)合起來，生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)中有關(guān)設(shè)備的動態(tài)信息沒有有效盤活，不能方便地按時間維度分析設(shè)備的健康履歷，指導運行、檢修工作。

為解決以上問題，迫切需要在以實時數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫和商業(yè)智能平臺工具為關(guān)鍵技術(shù)手段，為各類實時信息、生產(chǎn)管理信息提供集中統(tǒng)一的集成與共享平臺，將實時信息與基于人工的業(yè)務(wù)信息進行有效采集、轉(zhuǎn)換、整合、加載、展示，更好地為生產(chǎn)作業(yè)指揮、應急處置、保電管理、狀態(tài)檢修等各個業(yè)務(wù)領(lǐng)域提供更為全面和及時的信息服務(wù)。

二級主站擴展子站系統(tǒng)，通過收集在線設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)、巡視、例行及診斷試驗、運行工況等全景化的信息，對設(shè)備的健康狀況進行綜合評價和分析，并根據(jù)評價結(jié)果進行狀態(tài)診斷、風險評估，最終提出檢修策略、制定設(shè)備維護、檢修計劃，為動態(tài)調(diào)整設(shè)備運行方式的必要性分析和狀態(tài)檢修工作提供技術(shù)支撐。

二級主站擴展子站系統(tǒng)的建設(shè)和應用，其基本作用是對各變電站設(shè)備相關(guān)在線監(jiān)測信息的收集、匯總、處理分析，全面推廣實施設(shè)備狀態(tài)檢修，全面提升設(shè)備智能化水平，推廣應用智能設(shè)備和技術(shù)，實現(xiàn)電網(wǎng)安全在線預警和設(shè)備智能化監(jiān)控，提高設(shè)備的營運率和電網(wǎng)的安全進行提供了強大的技術(shù)支撐平臺。

1 系統(tǒng)建設(shè)預期目標

1.采用統(tǒng)一的標準化通訊協(xié)議和通信集成平臺，在有效的克服廠家不同、技術(shù)不同的障礙，將不同制造廠商的監(jiān)控站內(nèi)設(shè)備的在線監(jiān)測集成在一起，同時模型化所有采集到的數(shù)據(jù)，提供給生產(chǎn)經(jīng)營、故障診斷及決策分析等高級應用系統(tǒng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口。

2.建立統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺，解決多系統(tǒng)“信息孤立”、“信息隔離”、“信息分散”的技術(shù)問題，實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的實時、多手段、多方法的監(jiān)測，采集必要的涉及到設(shè)備實際運行狀態(tài)的物理量，并可以進行趨勢分析，實現(xiàn)人與設(shè)備之間的有機聯(lián)系，為制定差異化的檢修策略提供技術(shù)支持。

3.作為運行巡視輔助手段，提高各級人員對設(shè)備的運行巡視和監(jiān)控能力，加強對設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)管，更加合理的安排運行人員的現(xiàn)場巡視周期。通過實時動態(tài)的監(jiān)測更全面的了解設(shè)備運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障異常，為狀態(tài)檢修應用提供數(shù)據(jù)支持。

4.作為生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的有力補充，對各變電站設(shè)備狀態(tài)的重要指標進行有效的監(jiān)督和調(diào)控，按照專業(yè)的統(tǒng)計分析的要求和維度進行分析，使之滿足各專業(yè)對生產(chǎn)信息內(nèi)容深入分析和設(shè)備管理的要求，提高輸變電設(shè)備管理的信息化、標準化、互動化水平。

5.促進實時在線監(jiān)測信息在狀態(tài)檢修中的標準化應用，補充、優(yōu)化狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)的在線數(shù)據(jù)來源和評價導則，使系統(tǒng)能夠做出更加精準、及時的判別，提高對設(shè)備評估的能力。

6.建立統(tǒng)一的信息集成平臺，在統(tǒng)一的信息集成平臺上解決站間數(shù)據(jù)的集成，實現(xiàn)分布在各地的站端實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的整合和傳輸，通過一個入口即可訪問到任何一個站端的數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)總體框架分析

根據(jù)國網(wǎng)公司輸變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的有關(guān)標準和技術(shù)要求，其系統(tǒng)架構(gòu)既要滿足國網(wǎng)公司的統(tǒng)一系統(tǒng)架構(gòu)要求，又要結(jié)合生產(chǎn)信息系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀。同時變電在線監(jiān)測系統(tǒng)與輸電在線監(jiān)測系統(tǒng)在系統(tǒng)平臺上采用統(tǒng)一平臺，

由變電站在線監(jiān)測裝置按統(tǒng)一通信規(guī)約上傳數(shù)據(jù)（或在CAC中進行相應的通信規(guī)約的轉(zhuǎn)換），接入運行子站/CAC系統(tǒng)，送入一體化平臺實時數(shù)據(jù)中心V4平臺，將數(shù)據(jù)接入基于數(shù)據(jù)采集平臺的基于IEC61970的數(shù)據(jù)服務(wù)總線，實現(xiàn)一體化通信規(guī)約通信，傳輸至主站系統(tǒng)的管理系統(tǒng)中進行統(tǒng)一處理和存儲。二級主站擴展子站系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)服務(wù)總線從實時數(shù)據(jù)采集平臺提取相關(guān)數(shù)據(jù)，并進行分析與展示。同時系統(tǒng)提供相應的數(shù)據(jù)接口滿足數(shù)據(jù)共享和交換需求。

運行子站/CAC是狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域傳統(tǒng)的“集中器”和“監(jiān)測基站”等理念的繼承和發(fā)展,其設(shè)計目標是為變電站各智能設(shè)備的信息接入提供接口、轉(zhuǎn)換、通信標準，從而實現(xiàn)異構(gòu)智能設(shè)備的通信整合。重要的功能和要求如下：

1.匯總?cè)镜母髦悄鼙O(jiān)測設(shè)備或系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)信息，實時將這些信息上傳到遠方綜合在線監(jiān)測及管理中心，因此應具有雙網(wǎng)通信功能，保證網(wǎng)絡(luò)通信暢通，同時具備現(xiàn)場存儲功能；網(wǎng)絡(luò)恢復正常時，補傳數(shù)據(jù)；

2.為變電站異構(gòu)的智能設(shè)備制定統(tǒng)一的通訊標準，實現(xiàn)IEC61850功能，從而實現(xiàn)變電站各監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備的通訊整合，以及符合數(shù)字化和智能變電站的建設(shè)和改造要求；

3.在實現(xiàn)信息實時上傳到遠方綜合在線監(jiān)測及管理中心的同時，在站內(nèi)為其它系統(tǒng)（如集控SCADA系統(tǒng)）提供實時信息接口，為這些系統(tǒng)獲取需要的信息提供實時通訊服務(wù)；

4.現(xiàn)場集中器等硬件裝置應采用無旋轉(zhuǎn)設(shè)備的嵌入式硬件裝置，不易采用工控機，支持linux和windows跨系統(tǒng)平臺，無硬盤和風扇等旋轉(zhuǎn)設(shè)備，以保證運行穩(wěn)定性和少維護；

5.支持各種類型設(shè)備數(shù)據(jù)接入PI數(shù)據(jù)庫功能。

6.支持RS232、RS485、RJ45(LAN)等智能接口設(shè)備接入；

7.支持透明轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，對于傳統(tǒng)規(guī)約的接入，不必在現(xiàn)場設(shè)備中編寫協(xié)議解釋程序，統(tǒng)一在服務(wù)器端一次完成；

8.支持NAT網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)發(fā)，無需另外添置路由器，解決網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IP地址普遍不夠的問題；

9.內(nèi)置防火墻功能模塊，防止網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)侵入；

10.支持各種類型設(shè)備數(shù)據(jù)接入PI數(shù)據(jù)庫功能。

3 總體功能設(shè)計

3.1為管理、運行單位提供一個統(tǒng)一的設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測平臺

能夠為變電設(shè)備提供全景的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，包括設(shè)備基本信息、試驗信息、運行信息、缺陷信息、巡檢記錄、帶電測試數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)等。并對數(shù)據(jù)資源進行統(tǒng)一建模、提供標準的數(shù)據(jù)接口，為這些數(shù)據(jù)提供實時數(shù)據(jù)服務(wù)和歷史數(shù)據(jù)服務(wù)。

3.2運行監(jiān)視輔助監(jiān)測

作為運行巡視輔助手段，提高各級人員對設(shè)備的運行巡視和監(jiān)控能力，加強對設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)管，更加合理的安排運行人員的現(xiàn)場巡視周期。

3.3作為生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的有力補充

作為生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的有力補充，對各變電站設(shè)備狀態(tài)的重要指標進行有效的監(jiān)督和調(diào)控，按照專業(yè)的統(tǒng)計分析的要求和維度進行分析，使之滿足各專業(yè)對生產(chǎn)信息內(nèi)容深入分析和設(shè)備管理的要求，提高我省輸變電設(shè)備管理的信息化、標準化、互動化水平。

3.4實現(xiàn)狀態(tài)檢修輔助決策

促進實時在線監(jiān)測信息在狀態(tài)檢修中的標準化應用，補充、優(yōu)化狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)（CBM）的在線數(shù)據(jù)來源和評價導則，使CBM系統(tǒng)能夠做出更加精準、及時的判別，提高對設(shè)備評估的能力。

3.5為各類實時信息提供統(tǒng)一高效的集成與共享的實時數(shù)據(jù)平臺，并有效整合實時與非實時信息

3.6為維護、運行人員提供一個設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)測平臺

能夠方便的對站內(nèi)各種智能設(shè)備信息進行實時采集，維護、運行人員可以在統(tǒng)一的界面下實時監(jiān)測到這些設(shè)備運行狀態(tài)信息，對一些異常的信號，系統(tǒng)將通過包括短信在內(nèi)的多種告警方式及時的通知到相關(guān)人員。

3.7為變電檢修人員提供一個工作平臺

變電檢修人員可以利用平臺中全景信息以及平臺提供的數(shù)據(jù)分析手段和高級應用功能，完成采集統(tǒng)計，信息處理，從而分析各設(shè)備的健康狀況，制定維護和檢修策略。

3.8為管理決策者提供一個決策支持平臺

把決策者需要的各項數(shù)據(jù)、指標，通過該系統(tǒng)實時地反映給決策者，以便決策者及時地對管理制度進行調(diào)整。

3.9為系統(tǒng)維護者提供一個集中維護平臺

系統(tǒng)維護人員能夠?qū)ο到y(tǒng)運行的缺陷、故障進行集中處理，使維護管理人員能夠快速、有效、連續(xù)地對信息管理系統(tǒng)進行維護與調(diào)整。