基于情景回放的主子站協同在線監聽與故障排查研究

徐珂, 韓燕飛, 張衛國, 李繼攀, 孫素亮

(國網菏澤供電公司， 菏澤 274000)

0 引言

在電網規模不斷擴大的影響下，變電站數據的可靠性、真實性與安全性要求開始隨之提高。尤其在智能變電站的大力推廣下，傳統變電站的在線監測模式早已無法滿足智能變電站的發展要求了，而針對智能變電站進行實時監測、狀態評估、故障告警等，則成為了智能變電站進行狀態檢修，實現健康穩定運轉的重要保障。而為了全方位掌控變電站的運轉狀況，及時采取措施排除故障，針對主子站協同在線監聽，進行智能變電站情景監控新模式，通過對變電站運行過程中的聲音信號進行監測，實現對變電站整體運行狀態的在線監測。同時，還要與既有監控系統積極配合，基于多角度掌握變電站的具體運行狀況，提高變電站主子站協同在線監聽與故障排查的效率與質量，從而促進智能變電站的可持續穩定發展[1]。

1 變電站在線監測系統中存在的主要問題

1.1 忽略了數據分析

目前，變電站在線監測太過注重故障排查，卻在一定程度上忽略了數據分析，即歷史數據或實時數據。變電站在線監測系統可以將設備的運行狀況切實反映出來，通過有效分析歷史數據，對設備變化趨勢做進一步判斷分析。但是，現階段對數據分析卻嚴重缺乏重視。

1.2 數據間孤立存在

變電站監測系統采集的數據都處于相對孤立的狀態，并未構建完善的、系統的有機聯系。當前變電站在線監測系統包含多項子系統，而各系統間相互孤立存在，并為構建健全的聯系與通訊，這樣一來，在線監測所獲得的信息就會缺少系統性與整體性，難以對設備的運行狀態進行可行性判斷。

1.3 數據預處理不到位

在變電站在線監測中，未嚴格按照應用特性進行數據分類及傳輸，從而使得數據有效性大大降低，進而直接影響在線監測的有效性[2-3]。

2 智能變電站在線監測的關鍵性技術

2.1 采集狀態數據

其一，安裝傳感器，在變電站運行過程中，其運行條件需要借助傳感器獲得，并應安裝各種智能與非智能傳感器，其中智能傳感器帶有輸出接口，而非智能在轉變后，需要通過電流或電壓進行傳輸。其二，讀取設備。變電站設備的性能狀態，即CPU占用率與內存等，以及設備運行條件，即CPU溫度與電源質量等都能夠通過此設備獲取。但是，傳統自動化設備缺乏既定約束標準，再加上信息輸出方式大不相同，難以在實際中實現有效應用。其三，通信監聽。后臺系統與電力設備在運行時，產生報文，通過獲取其相關信息，并進行詳細分析，可以獲得與職能設備網絡狀態相關的信息，還能夠通過對報文類別與收發時標等獲得性能指標。

2.2 狀態評估

二次設備在線監測，既要及時發現自動化設備故障，以此為排查故障提供幫助，還需要綜合評估設備運行狀況，以此為檢修提供技術支持。狀態評估主要包含三大步驟，首先，提取狀態值。在線監測系統采集數據的時候，對其指標形成時間序列，以此反映設備的變化趨勢，在設備穩定處于固定狀態的時候，代表設備狀態穩定健康，所以，為了準確描述其狀態，必須提取相關值加以反映。其次，合成健康度。根據狀態值，所反映的設備健康狀態實際上并不全面，還需要通過加權平均法，對狀態綜合成設備的健康程度，以此對設備總狀態進行評估。最后，預警狀態。對設備預警，即指標規定值超出正常范圍的時候，就會及時發出警告，通過預警，可以出發相關系統內部進行全面或局部檢修，以此實現狀態檢修[4]。

3 智能變電站音頻監測原理與系統結構

3.1 音頻監測原理

智能變電站音頻監測系統主要是用來對相關設施設備運行狀態下的聲音信號進行監測，具體如圖1所示。

圖1 音頻信號監測原理

其中多路音頻信號經過傳感器采集、濾波、放大、AD轉換，傳送給單片機數據處理器，在處理之后，通過現場總線將數據傳輸到變電站監控主機，經過頻譜分析、提取音頻特征參數，再識別音頻特征，并根據特征向量輸出設備狀態與故障類型，監控主機就判斷結果進行預警，或者采取有效促使處理故障[5]。

3.2 音頻監控系統結構

智能變電站音頻監控系統結構具體如圖2所示。

圖2 音頻監測系統結構(似有殘缺)

系統的硬件主要包括聲音信號采集模塊、故障類型判別模塊、人機交互模塊、電源模塊[6]。

4 基于情境回放的主子站協同在線監測系統軟件結構

4.1 主站軟件

在線監測主站采集智能變電站運行的關鍵性信息，以此對智能變電站進行在線監視、故障分析、狀態評估等，其中主要包含3個部分，即系統軟件、支撐軟件、應用軟件,如圖3所示。

系統軟件主要選擇的是Linux系統，其不僅可以充分發揮其在應用軟件中的支持性作用，還可以有效防止專用商業軟件的技術封閉與安全不可控。支撐軟件主要利用Oracle數據庫，能夠對各子站所融合的運行數據進行有效分析與處理，并基于JDBC與OCI接口給上層應用軟件提供數據信息。由于JAVA具備較好的擴展性，能夠靈活地實現跨平臺應用，通過JAVA開發主站應用軟件。另外，因為SSP01系統軟件平臺能夠提供多元化的應用接口，因此，利用此系統軟件平臺，能夠在很大程度上促使應用軟件開發難度降低。

應用軟件能夠展現出具體功能，智能變電站的主子站協同在線監測系統所涉獵的核心內容相對較多，其中主要分析SVG圖形生成模塊與HMI人際交互模塊的技術開發重難點。其中，SVG具備其自身的獨特優勢，即隨意縮放、文本獨立、顯示效果良好、顏色控制能力較高、交互性較優、智能化突出等，能夠進一步強化基于情景回放的主子站協同在線監測系統的整體效果。通過SVG格式進行圖形顯示，可以更加形象、生動地描述相關信息與狀態。WEB發布子系統主要是以跨平臺、高性能、可伸縮的JAVA技術為基礎進行建立的，并基于MVC架構分層設計WEB系統[7-9]。

4.2 子站軟件

子站主要是利用SNMP通信庫與網管接入設備實現相互連接，并基于通信庫與站控、間隔層設備交換信息，通過調度數據網與主站系統之間相銜接。如圖4所示。

圖3 主站系統軟件結構

圖4 子站軟件架構

與主站所利用的Oracle數據庫融合多個子站信息比較分析，單項子站數據量比較小，所以，利用簡單、便捷的My SQL小型數據庫，基于SDK接口為上層提供數據信息。子站也是通過SSP01系統軟件平臺提供的應用接口，直接促使軟件開發難度有所下降。子站軟件所涉獵的主要是通信功能與模型生成模塊、主站上傳模塊等等[10-12]。

5 基于情景回放的主子站協同在線監測系統應用測試

通過主站與子站之間的信息交互，完成智能變電站主子站在線監控系統功能。

5.1 主站系統

調度中心基于電力專用網絡，融合管轄范圍內的各變電站的工況信息，主站能夠直觀形象地顯示子站在線監測與故障定位分析狀況。主站系統工況界面主要包含子站總體統計狀況，并通過圖形形式展示其比重，同時對應子站的具體狀況，相關工作人員通過主站系統的工況，在掌握變電站整體狀況的基礎上，還能夠及時進入子站分析界面，進而掌握子站的詳細信息。主站通過監控界面，實時觀察通信監控信息，通過不同指示，以更加直觀的形式，展示子站監控情況，并準確定位具體故障。因為電力信息流具備一定的突發性，主站需要收集子站信息，這就直接提高了對主站通信與數據處理能力的要求[13-14]。

5.2 子站系統

子站系統的功能比較簡單，其主要顯示的是智能變電站現場的具體運行狀況與設備的相關信息，變電站事件查詢結果通過表格形式加以展現，并支持結構打印與導出等相關操作。子站的在線監測與故障排查分析系統能，還具有完善的在線監測與故障分析功能[15]。

6 總結

總而言之，基于情景回放的主子站協同在線監聽系統主要通過實時監測變電站的二次系統，能夠快速準確定位故障設備的具體位置，并進行異常分析，從而大大減少智能變電站的維護與生產成本。因為可以提前判斷智能變電站故障，有效降低了硬件設備的故障發生幾率，并延長了智能變電站的使用期限。通過提高智能變電站的故障排查能力，可以進一步判斷故障點，以此提高故障的處理能力，防止出現重復故障。同時，通過對變電站故障進行預警，可以將故障及時控制在萌芽狀態，減少智能變電站故障所衣服那的停電處理與事故發生，進而確保電網運行的安全性與穩定性，帶來良好的經濟效益和社會效益。