繼電保護領域中大數據技術的有效運用

曹 鋮，潘文博

（神華國華壽光發電有限責任公司，山東 濰坊 262714）

0 引 言

大數據技術在電力系統的各個領域中均有所應用，并且產生了較好的應用效果。具體而言，主要是借助大數據技術本身的特點，將電力系統數據和信息等進行有效分析和處理，使得信息和數據的處理速度、效率及質量等均得到提升，并且可以深度挖掘數據的深層價值。隨著現代化社會的發展，各類軟硬件得到了升級改造，信息化技術更是得到了有效應用，從而有效推進了微機化的保護設備應用，也對在線信息和離線信息的實時監測與運行管理進行了規范。整體上借助所研發的專業管理系統，切實提高了有關設備和電力系統本身的運行安全和使用可靠性。

對于繼電保護而言，這一過程需要進行在線計算和離線計算等，主要是對有關信息數據進行分析，為電力系統安全運行提供可靠參考和決策依據，為電力系統穩定運行和電網整體安全等提供可靠保障[1]。對于電力系統中有關數據的掌握和有效處理，以及深度挖掘數據信息進行有效分析和使用，更是繼電保護和設備高效應用的重要研究方向。

對于繼電保護而言，其保護過程所進行的離線分析，主要是對有關系統運行數據等進行完整收集，進而做出計算和分析，并驗證規律。整體上實現對于數據的詳細觀測和采集，并對結果進行驗證分析。當前，繼電保護中進行離線分析高度依賴數據的結構化程度與所使用的分析方法。與此同時，根據實測參數與借助電網運行方式進行的整定計算，也是繼電保護的主要業務。

繼電保護在線計算和分析的主要過程及環節，涉及數據收集和解析、計算和結果呈現。這一過程中所使用的數據和有關信息，即來自于電網系統中的調度信息、計算分析信息以及故障遠傳和在線監視和分析等。隨著數據量的激增和相關應用系統的增多，數據的重復錄入問題以及復雜問題處理時效格外嚴重。整體上，對于數據信息的來源唯一、數據內容的精確度以及數據廣泛共享的需求格外迫切。

電力系統中應用大數據技術能有效解決上述問題。在大數據技術的支持和幫助下，能實現數據計算能力的提升，規避由于傳統數據存儲受限制帶來的制約。實現眾多業務系統采用共享服務的目的。對各類數據信息的處理、共享及計算使用等要求變得更加切實可行。

1 數據來源和數據特征

1.1 數據來源

1.1.1 設備出廠數據

設備出廠數據基本屬于設備生產廠家對于有關設備的功能等信息描述，一般隨著設備的出廠而提交給使用單位。具體而言，保護設備出廠時在內部會進行建模并寫入設備的自描述信息，設備外部帶有相應的條形碼標簽或者電子標簽等。這樣的形式和方式相當于對設備進行了身份證明。另外，設備的生產廠家會對設備的自有缺陷及相關注意事項等進行描述和呈現，將其作為重要信息提供給使用單位。基本的數據信息呈現方式有文本和圖形等多種。

1.1.2 檢測試驗數據

在電力行業發展過程中，必須對自身所使用的有關設備及系統等進行檢測和試驗，明確設備和系統使用的可靠性與穩定性。相應的，國家針對電力行業提出了更多具體要求和規定，其中包含對有關保護設備等進行試驗檢測和動態模擬等，針對不同廠家的不同型號有不同的檢測和試驗方法，具體試驗檢測過程主要是針對設備在異常情況下的動作數據，并根據設備型號及具體功能作用等分析設備的可靠性和故障解決方法。所以，經過專業檢測和分析之后，有關合格產品的型號、廠家及版本數據等就會得到公開。據此這一過程所產生的數據主要來自各個檢測機構，其中包含設備的檢測結果數據及原始數據等，并會以文本、數字等形式進行呈現。

1.1.3 調控運行數據

調控運行數據即是在電網系統正常運行過程中進行的設備調控所產生的數據，以及運行過程產生的故障信息數據等。具體而言，調控運行過程電網發生故障及運行巡視過程保護設備檢測的數據，以及人工方式獲取的有關數據等，均是重要的調控運行數據。

1.2 數據特征

1.2.1 數據多源融合

多源融合指的是在電網系統運行過程中，各個組成部分的運行信息數據及故障信息數據等形成數據的多源形式，呈現后形成了數據的多源特征，并且其中部分數據會融合。

1.2.2 數據結構化程度較高

這一特征即表現在數據的呈現及計算過程等。具體而言，各類數據的規范化和結構化特征呈現，是由于所建立的離線數據模型及在線計算模型，使得數據要基于一定規范化形式和結構進行呈現，進而方便收集和計算，進一步表現出各類數據的結構化和規范化特征。

1.2.3 數據體量較大

隨著電網系統的規模逐漸擴大以及相應設施的增多、應用需求的增多，其中的有關數據信息變得越發龐大，實際情況下能達到PB級別。

2 應用場景

2.1 設備分析評估與狀態評估

對于實際應用場景而言，如某電廠使用GE發變組保護裝置解決方案中，切實有效應用大數據技術對其設備的配置和健康狀態進行有效檢測和分析評估，以此根據評估結果能指導和引導電網企業是否進行檢修和故障解決等[2]。另外，對于設備的分析評估包括對設備使用年限和電壓等級等進行分析，從而根據分析過程和結果，明確GE發變組保護等的設備運行狀態，所以更加方便管理者和使用者對其進行維護與管理。同時，能根據分析評估的結果，對故障設備的檢修提供有針對性且可行性更高的方案及建議，也能對不同健康狀態的設備提供不同的檢修和維護方案等。

2.2 運行分析和定向優化

運行方面的分析主要是對GE發變組保護等設備進行故障動作信息的有效挖掘和收集，以及對其發生保護行為的分析、動作完成過程和效果的分析，進而根據以往所收集故障動作信息和對其本身功能設定故障動作的對比，完成對設備整體的評價，進而提出更有參考價值的預警級別信息。通過有效的運行分析，以及通過對一次設備有關配置、保護設備配置等的大量數據收集和分析，提供當前配置情況是否滿足電網安全和穩定運行要求。如果分析結果提出預警信息，則更會提供配置方面的優化策略，從而保障系統安全、穩定運行。

2.3 缺陷分析與精準技改

缺陷分析即是對GE發變組保護設備等設備缺陷進行有效分析，通過關聯運行具體情況，結合設備運行環境等實時數據，分析設備最終出現故障的可能性和具體部位。精準技改則更是基于對主要故障問題的分析和對故障處理結果的分析，提出系統性及設備本身需要改進的部位，以提供相應的技術改進策略。

2.4 智能診斷

智能診斷則是根據電網運行歷史數據以及保護運行有關歷史數據、信息的比對、計算和智能分析，結合相關變化趨勢及故障發生特征，智能預測故障發生概率和時間、具體部位等，為電網檢修和設備維護、安全管理等提供更加準確的參考。并且能通過對比大電網，確定系統中設備等存在的隱形故障和嚴重問題，為電網整體的穩定運行提供可靠保障和有效支持。

2.5 智能運維管理

智能運維管理體現在遠程的智能運維中。具體通過結合保護設備有關信息以及對電網進行關聯控制，實現對電網實時運行信息的獲取和明確，進而通過有關檢測設備和信息收集方式，借助網絡終端設施實現遠程的運維管理。

透明管控也是重要的應用體現，是借助對保護設備身份的識別和明確，進一步借助手持設備等對保護設備進行運行信息采集和故障動作表現數據的收集，整體上實現信息收集與管控規范化、標準化，實現透明管控。并且通過透明管控，幫助開展電網系統有關檢修工作及維護工作等，可以實現大范圍大電網安全穩定運行。

3 具體應用

對于電力系統中的大數據技術應用而言，其在繼電保護領域有著更多的應用場景，以此整體上借助大數據技術的優勢及特性，建立結構化、標準化、可復用的模型，進而借助分析與反饋等，對有關模型和運行系統進行優化和調整，滿足具體要求和需求[3]，更重要的能逐步得出更加精確的數據結果和分析結果。大數據技術的有效應用，絕非僅僅在于其技術本身的特性和優勢，而是在于大數據技術與繼電保護的有效結合，為電力系統的穩定運行及安全運行提供了保障，有效補足了傳統繼電保護的缺陷和不足，為電網保護設備發揮重要作用提供更大支持[4]。

3.1 提取數據

將大數據技術應用于繼電保護，提取數據是必要過程。對于數據的提取，一是從調度管理系統的分析模塊以及有關常規變電站中電壓等級保護設備進行數據的提取；二是有關智能變電站以及部分500 kV和220 kV變電站中進行數據的提取；三是從有關統計分析模塊和生產管理系統中進行必要數據的提取，其中包含各類故障缺陷記錄等[5]，并且涉及故障事件記錄及保護動作的發生記錄等。這些龐大的數據提取和利用，在傳統的電網系統以及繼電保護管理和檢測過程中往往難度更大，并且由于數據的龐大及繁雜，使得數據計算和結果呈現不準確，從而影響實際生產管理和運營維護。大數據技術能夠有效提取必要的數據，盡管數據數量龐大，但可借助規范化、標準化的數據處理功能進行有效的分析與計算。

3.2 建立保護設備描述標準數據模型

對于繼電保護中更多數據的計算和分析，建立相應的保護設備的描述標準數據是基礎工作之一。通過對GE發變組保護設備信息的分析，建立相應的數據描述標準模型，能使數據分析和計算處理等更加標準化、結構化，保證處理結果更加準確。

3.3 建立保護設備家族模型

建立保護設備家族模型也是一項必要的工作。其中，GE發變組保護中的UR系列產品是目前世界范圍內最先進的產品之一，有著獨特的模塊化設計，能實現對線路的保護、發電機的保護以及對母線和控制器進行保護。其中，數字輸入和輸出模塊、通信模塊等，是大數據技術有效應用的基礎。它更好的拓展性以及UR系列的URPC軟件，可以為數據獲取及計算提供更加標準的數據信息。

3.4 保護設備可靠性分析

對于保護設備的可靠性分析，建立GE發變組保護家族型號之后，實際使用的每一臺設備都可以一一對應相應的保護設備家族。在此基礎上，通過對電網中有關家族設備數量的計算和明確，對其中缺陷信息等進行有效關聯，能實現對家族保護設備可靠性的有效分析，輔助完成對系統和電網整體、具體繼電保護設備的故障解決、檢修與維護。

4 結 論

隨著社會的發展和科學技術的進步，信息化技術被有效應用于各行各業。例如，大數據技術在電力行業中繼電保護領域的應用，不僅是對基礎繼電保護功能、作用的升級和完善，而且能提升傳統繼電保護設備的應用水平，使其借助大數據技術的分析與計算功能呈現更加準確的信息和結果，在規避故障問題帶來的嚴重困擾的同時，有效提高解決故障問題的效率，并降低故障問題的發生概率。