智能變電站的智能告警驗(yàn)收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄭格玲

(國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司 經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院， 西安 710075)

0 引言

在智能變電站中，智能告警屬于一項(xiàng)基礎(chǔ)高級(jí)應(yīng)用，以構(gòu)建故障信息邏輯和推理模型，利用專(zhuān)家系統(tǒng)[8-10]等人工智能分析方法，針對(duì)電網(wǎng)故障，以此提高變電站故障診斷的準(zhǔn)確性和故障排除的及時(shí)性。但是，就實(shí)際的運(yùn)行效果而言，智能告警的實(shí)用性并不是很高。首先，調(diào)控中心和變電站端都分別實(shí)現(xiàn)了智能告警，此模式存在一定的不足，即功能反反復(fù)復(fù)，導(dǎo)致人力和物力嚴(yán)重浪費(fèi)，而且調(diào)控中心進(jìn)行智能告警分析的時(shí)候，依舊需要處理龐大的數(shù)據(jù)信息，從而直接增加了調(diào)控中心通信和運(yùn)行維護(hù)的工作量，變電站實(shí)時(shí)推理工作沒(méi)有充分發(fā)揮作用，以及變電站端量測(cè)局部冗余度和敏捷度相對(duì)較高[11]的優(yōu)勢(shì)尚未得以充分發(fā)揮。其次，推理分析過(guò)程主要是依靠專(zhuān)家系統(tǒng)。在專(zhuān)家系統(tǒng)中，知識(shí)數(shù)量和質(zhì)量在很大程度上決定著專(zhuān)家系統(tǒng)的水平，而且知識(shí)庫(kù)在經(jīng)歷精簡(jiǎn)時(shí)，難度相對(duì)較大。在建立專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)的時(shí)候，周期和難度都是主要難題，而且很難滿足電網(wǎng)運(yùn)行的具體特性。智能告警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相對(duì)繁雜，不同的廠家，模型命名也大相徑庭，難以自動(dòng)映射變電站的業(yè)務(wù)模型，需要人工配置，而且其可重用性比較低，這就在很大程度上影響了應(yīng)用效率和水平。據(jù)此，設(shè)計(jì)基于智能變電站[12,13]的智能告警驗(yàn)收系統(tǒng)。

1 智能告警驗(yàn)收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

智能告警系統(tǒng)中，對(duì)所有告警信息進(jìn)行了過(guò)濾和分類(lèi)處理，通過(guò)電流測(cè)量值，獲取設(shè)備的具體帶電狀態(tài)，通過(guò)告警信息和設(shè)備帶電狀態(tài)，進(jìn)一步推理故障，自動(dòng)報(bào)告變電站故障，并提出有效的應(yīng)對(duì)策略。具體的系統(tǒng)流程如圖1所示。

1.2 信息預(yù)處理服務(wù)設(shè)計(jì)

智能變電站告警驗(yàn)收系統(tǒng)所接收的信息，主要是自動(dòng)化系統(tǒng)所收集的，其中信息并沒(méi)有經(jīng)過(guò)加工，其中存在噪聲和錯(cuò)誤信息。如果大量數(shù)據(jù)信息被直接輸入專(zhuān)家系統(tǒng)，就會(huì)加大推理工作量，從而影響最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，在輸入專(zhuān)家系統(tǒng)之前，需要預(yù)處理告警信息。在接收的信息內(nèi)，包含事故總信號(hào)或者告警信息的時(shí)候，及時(shí)啟動(dòng)告警預(yù)處理服務(wù)，以站控層遙測(cè)信息為載體，獲得斷路器電流值的相關(guān)信息。把斷路器節(jié)點(diǎn)的電流值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入節(jié)點(diǎn)值，在輸出之后，所得到的就是修正之后的斷路器帶電狀態(tài)，可以以“0和1”來(lái)表示。具體智能告警信息預(yù)處理服務(wù)流程如圖2所示。

圖1 智能告警系統(tǒng)整體流程圖

圖2 告警信息預(yù)處理服務(wù)流程圖

告警信息預(yù)處理服務(wù)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理流程，具體如圖3所示。

圖3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理流程圖

系統(tǒng)在拓?fù)浞治鰰r(shí)，需要利用斷路器的帶電狀態(tài)。在告警系統(tǒng)啟動(dòng)之后，預(yù)處理服務(wù)會(huì)實(shí)時(shí)獲取斷路器電流值，并按照既定順序輸入到網(wǎng)絡(luò)輸入端，通過(guò)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，計(jì)算電流值，其權(quán)值和閥值會(huì)提前計(jì)算，儲(chǔ)存于文件，經(jīng)過(guò)輸出端獲得的帶電狀態(tài)，以0、1表示。

1.3 專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

專(zhuān)家系統(tǒng)具有其自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，即盡管信息不完整，依舊可以保證結(jié)論的合理性，可以解決無(wú)法構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，主要依賴經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的難題。通過(guò)生成故障元和實(shí)例，構(gòu)建故障集知識(shí)庫(kù)，在推理事故時(shí)，把邏輯時(shí)序告警信號(hào)，以含時(shí)序和不含時(shí)序的特征信號(hào)為推理機(jī)制的推理判斷依據(jù)，通過(guò)定義1、2級(jí)決策推理方法，啟動(dòng)推理機(jī)，合理選擇方法，判斷故障性質(zhì)，促使其盡快推理，實(shí)現(xiàn)相同根源事故告警信號(hào)的全面融合[5]。其中，專(zhuān)家系統(tǒng)主要包含知識(shí)庫(kù)與推理機(jī)，具體如圖4所示。

圖4 專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.3.2 基于專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)庫(kù)

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)綜述，變電站常見(jiàn)故障告警信號(hào)大約有90種，幾乎覆蓋了所有信息。而故障影響因素各式各樣，其彼此密切相關(guān)。由于故障相關(guān)性，將其劃分為單一故障與組合故障。為了整合復(fù)雜的事故，需要組織知識(shí)庫(kù)結(jié)構(gòu)，以單一故障為單位進(jìn)行劃分，變電站事故集劃分成為多個(gè)故障元，通過(guò)構(gòu)建具備因果和邏輯關(guān)系的故障元之間的聯(lián)系，描述變電站故障，以此將變電站事故集描述成若干單一故障之間的聯(lián)系。

1.3.3 單一事件的知識(shí)表示

變電站故障的類(lèi)型劃分主要體現(xiàn)的是涵蓋范圍從大到小，不斷細(xì)化的形勢(shì)。通過(guò)梳理和整合故障集，按照包含關(guān)系逐漸細(xì)化，具體過(guò)程如圖5所示。

已經(jīng)劃分的故障元，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)豐富的員工構(gòu)建告警信號(hào)數(shù)據(jù)鏈，存放到知識(shí)庫(kù)，以此進(jìn)行推理機(jī)檢索，以故障發(fā)展時(shí)序信號(hào)正向排序。而為了提高知識(shí)檢索的容錯(cuò)能力，數(shù)據(jù)鏈的信號(hào)應(yīng)來(lái)于現(xiàn)場(chǎng)，并盡量覆蓋故障樣本空間。

1.3.4 組合故障的知識(shí)表示

在故障元的內(nèi)部，沒(méi)有清除故障，就會(huì)導(dǎo)致事故轉(zhuǎn)移，即通過(guò)聯(lián)絡(luò)信息，從單一故障元擴(kuò)展到多個(gè)故障元，構(gòu)成組合故障。由于斷路器拒動(dòng)，導(dǎo)致組合故障發(fā)生，具體如圖6所示。

圖5 變電站單一故障

圖6 斷路器拒動(dòng)引起的組合故障

220 kV以下的母線尚未配置，失靈保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)，在失靈時(shí)，會(huì)越級(jí)跳閘，從變壓器后備保護(hù)第1時(shí)限跳開(kāi)分段/母聯(lián)斷路器，第2時(shí)限跳開(kāi)變壓器進(jìn)線開(kāi)關(guān)。

1.3.5 面向?qū)ο笾R(shí)庫(kù)模型

故障元與故障元聯(lián)絡(luò)需要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，變電站單一故障同時(shí)具備共性和個(gè)性，且具有面向?qū)ο笮浴Ｔ诜诸?lèi)時(shí)，針對(duì)各種元件類(lèi)型重復(fù)定位位置，促使其產(chǎn)生耦合性，通過(guò)UML語(yǔ)言定義的面向?qū)ο蠼＃梢越鉀Q這一難題。模型具體如圖7所示。

圖7 面向?qū)ο笾R(shí)庫(kù)模型

主要是用來(lái)描述保護(hù)元件變壓器類(lèi)、母線類(lèi)、輸電線路類(lèi)的共性的父類(lèi)，即保護(hù)元件類(lèi)，其提供共享對(duì)象相似性一種抽象方式。故障元通過(guò)一對(duì)多關(guān)聯(lián)，描述保護(hù)元件類(lèi)，并描述可有故障類(lèi)和告警信號(hào)數(shù)據(jù)鏈，通過(guò)聲明，變電站故障類(lèi)型那個(gè)作為故障元實(shí)例。對(duì)多個(gè)故障元組成的組合故障，通過(guò)構(gòu)建故障元和故障聯(lián)絡(luò)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，描述彼此之間的聯(lián)絡(luò)，知識(shí)庫(kù)容器類(lèi)可以包含變電站的單一故障和組合故障實(shí)例。通過(guò)知識(shí)庫(kù)模型，集合知識(shí)、規(guī)則、經(jīng)驗(yàn)等，構(gòu)成專(zhuān)家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)，以此管理知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)性，并以面向?qū)ο蟮姆椒ǎ阌谙到y(tǒng)修正知識(shí)的準(zhǔn)確性，擴(kuò)展知識(shí)的總量。

1.3.6 專(zhuān)家系統(tǒng)分析和推理

(1) 1級(jí)故障推理

一類(lèi)故障一般具備一些特定告警信號(hào)，需要通過(guò)判斷是否存在這些特征的信號(hào)和信號(hào)出現(xiàn)的次數(shù)，據(jù)此，診斷事故根源。此推理方法因?yàn)閱渭兝媒y(tǒng)計(jì)信號(hào)，在判斷時(shí)比較模糊，會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，但是比較而言，其具有一定的優(yōu)勢(shì)，即高效和容易實(shí)現(xiàn)，比較適合告警信號(hào)比較少的故障元診斷。1級(jí)故障推理算法的實(shí)現(xiàn)，需要先整理和提取故障特征信號(hào)，制定判斷規(guī)則，并檢索觸發(fā)的1個(gè)故障元特征告警信號(hào)和出現(xiàn)幾率，判斷是否符合相關(guān)規(guī)則。

(2) 2級(jí)故障推理

在1級(jí)基礎(chǔ)上，2級(jí)故障推理繼續(xù)探索證據(jù)，判別故障部位，以此保證診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。2級(jí)推理需要積極關(guān)注告警信號(hào)的時(shí)序信息，在更具依據(jù)的支持下，判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。特征信號(hào)分布的告警信息數(shù)據(jù)鏈，接收的特征告警信號(hào)會(huì)遵守時(shí)間的先后順序，如圖8所示對(duì)于其中的其他告警信號(hào)，可以先評(píng)審，判斷其事都屬于同一故障信號(hào)，是則忽略，不是則可能發(fā)生了另一故障元事故。

瞬時(shí)接地故障

永久性接地故障

圖8 按時(shí)序排列的告警信息數(shù)據(jù)鏈

對(duì)事故特性進(jìn)行綜合考慮，在運(yùn)用時(shí)，1級(jí)決策融合證據(jù)不足，推理可以從2級(jí)開(kāi)始，直到找出事故根源[4]。

1.4 人機(jī)交互界面功能設(shè)計(jì)

智能告警驗(yàn)收系統(tǒng)人機(jī)交互界面所具備的功能。首先，顯示變電站的主接線圖，查詢并修改操作斷路器與一次設(shè)備的具體連接情況。其次，展示并清除告警系統(tǒng)中的站控層信息，在信息窗口顯示的是時(shí)序信息，根據(jù)設(shè)備列表，按照分類(lèi)查詢。再次，自動(dòng)提示告警信息，顯示、清除系統(tǒng)推理的所有告警信息，并根據(jù)故障推理分析結(jié)果，給予有效的建議。然后，在知識(shí)庫(kù)信息表維護(hù)窗口，顯示告警信息知識(shí)庫(kù)的所有信息，以及處理措施的相關(guān)規(guī)定，還可以適當(dāng)添加、修改。最后，管理用戶，在界面下，可以修改登錄密碼，添加用戶。[3]

2 變電站集中監(jiān)控信息驗(yàn)收裝置AXY-MSAD16

2.1 功能介紹

變電站集中監(jiān)控信息驗(yàn)收裝置，主要功能[14]：主站適配；遠(yuǎn)動(dòng)適配；模擬主站；支持多路同時(shí)驗(yàn)收；人機(jī)交互界面；自動(dòng)生成驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。

2.2 部署方案

在信息驗(yàn)收時(shí)，將裝置對(duì)接到遠(yuǎn)動(dòng)后端交換機(jī)上，在主站驗(yàn)收時(shí)，對(duì)接到主站前置交換機(jī)上。

2.3 利用裝置規(guī)范驗(yàn)收過(guò)程

規(guī)范各部門(mén)職責(zé)→規(guī)范監(jiān)控信息表→規(guī)范驗(yàn)收流程→規(guī)范驗(yàn)收記錄。[15-16]

2.4 裝置在變電站驗(yàn)收中的應(yīng)用

(1) 根據(jù)電壓不同，驗(yàn)收時(shí)間不同，110kV變電站正常驗(yàn)收時(shí)間為20-30d，裝置驗(yàn)收的有效時(shí)間為55h，大約7d，其大大節(jié)約了時(shí)間，由此可見(jiàn)，使用此驗(yàn)收裝置，能夠明顯提高效率和水平。[17]

(2) 利用鏈路連通前的時(shí)間，及時(shí)解決驗(yàn)收中的問(wèn)題。

(3) 和變電站后臺(tái)同時(shí)就地驗(yàn)收，鏈路連通之后，監(jiān)控再一次驗(yàn)收，只需要利用遠(yuǎn)動(dòng)模擬進(jìn)行操作，只需要花費(fèi)2-3d時(shí)間，效率提高了大約5倍。

(4) 點(diǎn)表就地修改，并導(dǎo)出，以此有效節(jié)省協(xié)調(diào)時(shí)間。

(5) 使用驗(yàn)收裝置，規(guī)范驗(yàn)收流程，一次性驗(yàn)收，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題集中解決。

3 總結(jié)

總之，深入開(kāi)發(fā)智能告警系統(tǒng)，是提高變電站自動(dòng)化水平的必然要求，是減輕監(jiān)控工作人員勞動(dòng)量，確保電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性與可靠性的重要途徑。通過(guò)探究告警信息與故障間的關(guān)系，劃分故障與異常情況，整改以專(zhuān)家系統(tǒng)為基礎(chǔ)的智能告警推理策略，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)信息預(yù)處理、推理分析、界面等部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)。同時(shí)，利用監(jiān)控信息驗(yàn)收裝置AXY-MSAD16，在很大程度上提高了驗(yàn)收效率和水平，并縮短了驗(yàn)收時(shí)間，明確了各個(gè)部門(mén)的具體職責(zé)，從而明顯提高了變電站集中監(jiān)控信息驗(yàn)收工作質(zhì)量。這一裝置直接改變了既有的調(diào)試驗(yàn)收工作模式，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了便捷化、規(guī)范化、智能化目標(biāo)。