基于調(diào)度自動化系統(tǒng)的電力線路測控裝置死機(jī)智能判別方法

都 晨，趙 巍，黃 祥，陶 歡，楊 陽

（1.江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇 南京210000；2.南瑞集團(tuán)有限公司/國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇 南京210000；3.國網(wǎng)浙江嘉興供電公司，浙江 嘉興314000）

0 引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)接入設(shè)備隨之增多，各類告警信息數(shù)量也越來越龐大，如何在龐雜的信息流中及時發(fā)現(xiàn)重要異常信息，是保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要手段。文獻(xiàn)［1-5］對監(jiān)控系統(tǒng)信息分類和監(jiān)控畫面展示進(jìn)行了優(yōu)化，有效減少監(jiān)控信息數(shù)量，提升了監(jiān)控工作效率。

本文結(jié)合監(jiān)控運(yùn)行工作實(shí)際需求，根據(jù)測控裝置死機(jī)后電網(wǎng)監(jiān)控數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，研究電力線路測控裝置死機(jī)的判別方法，并通過實(shí)際案例對該方法有效性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 測控裝置死機(jī)的特點(diǎn)和危害

1.1 測控裝置死機(jī)的特點(diǎn)

目前，只有當(dāng)測控裝置硬件故障，操作電源斷開，交、直流空開跳閘后，調(diào)度自動化系統(tǒng)監(jiān)控后臺才會發(fā)“裝置報警”或“裝置故障”的信號；而測控裝置死機(jī)后，若通信通道沒有中斷，則監(jiān)控后臺不會提示告警信息，只顯示遙測、遙信數(shù)據(jù)不刷新（顏色變化提示）。因此，測控裝置死機(jī)不易及時發(fā)現(xiàn)。

1.2 測控裝置死機(jī)的危害

測控裝置死機(jī)將造成重要監(jiān)控信息誤漏報，導(dǎo)致電網(wǎng)監(jiān)控人員不能實(shí)時掌握電網(wǎng)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。隨著開關(guān)遠(yuǎn)方操作的常態(tài)化，測控裝置死機(jī)將造成開關(guān)遙控操作不成功，事故處理等緊急情況時，將嚴(yán)重影響應(yīng)急處置［12-18］效率；另外，電力線路故障情況下測控裝置死機(jī)將導(dǎo)致開關(guān)拒動，擴(kuò)大事故范圍，給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來重大隱患。

2 測控裝置死機(jī)智能判別方法

2.1 測控裝置死機(jī)數(shù)據(jù)源的選取

調(diào)度自動化系統(tǒng)具有電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲功能［19-23］，利用存儲的歷史數(shù)據(jù)，挖掘測控裝置死機(jī)后各類數(shù)據(jù)的特征，根據(jù)數(shù)據(jù)特征進(jìn)行自動甄別；歷史數(shù)據(jù)種類繁雜，選取何種數(shù)據(jù)作為測控裝置死機(jī)判別的源數(shù)據(jù)至關(guān)重要。

遙測和遙信數(shù)據(jù)是需要實(shí)時監(jiān)控的重要信息，遙測數(shù)據(jù)主要包括監(jiān)控設(shè)備的電壓、電流、有功、無功等，遙信數(shù)據(jù)主要包括開關(guān)、刀閘、二次設(shè)備軟壓板等位置信息。由于電壓等級恒定、有功和無功通過電壓及電流的相角關(guān)系得出，因此，線路電流遙測值可作為判別測控裝置死機(jī)的數(shù)據(jù)源。

2.2 遙測數(shù)據(jù)不刷新時間的設(shè)定

電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行時，在短時間內(nèi)線路潮流尤其是發(fā)電機(jī)功率有相對不變性［24-25］。這種情況就不能簡單地依據(jù)在一定時間內(nèi)遙測數(shù)據(jù)不刷新來判定測控裝置死機(jī)。因此，對于不刷新時間“t”大小的選取則成為解決問題的關(guān)鍵。若t 選擇過長，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障或異常時，相關(guān)設(shè)備測控裝置發(fā)生死機(jī)，則監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控不到現(xiàn)場實(shí)時信息，影響事故處理分析；若t選擇偏短，有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)是正常不變化，而誤判為測控裝置死機(jī)，增加變電站運(yùn)維值班人員的工作量。根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際需求，由于設(shè)備或者通信原因，導(dǎo)致遙測數(shù)據(jù)刷新間隔時間可達(dá)8～10 min。因此，遙測數(shù)據(jù)不刷新時間可設(shè)定為10 min，即超過10 min 則判斷為測控裝置死機(jī)。

2.3 測控裝置死機(jī)輔助判據(jù)

單純從遙測數(shù)據(jù)不刷新對測控裝置死機(jī)進(jìn)行判別，信息誤報可能性很大，下面將從電流判別閥值、線路兩端電流遙測值相對變化率和開關(guān)位置信息3個方面，給出測控裝置死機(jī)輔助判據(jù)。

在疾病架構(gòu)中，若不進(jìn)行手術(shù)，疾病無法痊愈，對應(yīng)于若不進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的改革，經(jīng)濟(jì)不會有太大起色，同理，在旅程架構(gòu)中，若不真正的改變路線和方向，旅途仍會一路坎坷，對應(yīng)于經(jīng)濟(jì)狀況不會有太大改善。這些觀點(diǎn)源于2008年金融危機(jī)后，許多外媒將中國視為世界經(jīng)濟(jì)的救命稻草，對中國的經(jīng)濟(jì)寄予厚望，而近兩年中國經(jīng)濟(jì)走勢放緩，媒體在報道中則開始“唱衰”。

1）電流判別閾值

在110 kV及以下電壓等級配電網(wǎng)中，部分線路長期處于空充狀態(tài)，空充線路存在充電電流或零漂現(xiàn)象。經(jīng)統(tǒng)計，某地區(qū)電網(wǎng)空充線路最大充電電流為7.22 A，最小充電電流為0.78 A，充電電流實(shí)測值分布情況如圖1所示。

圖1 某地區(qū)電網(wǎng)空充線路電流實(shí)測值分布圖Fig.1 Distribution of measured current value of no load line in a certain area power grid

空充線路的電流遙測數(shù)據(jù)一般不刷新或刷新時間間隔較長，將導(dǎo)致誤發(fā)或頻發(fā)測控裝置死機(jī)告警信息。為了減少信息誤報，提高監(jiān)控工作效率，基于該地區(qū)空充線路電流實(shí)測值，將線路電流閾值設(shè)置為10 A（可根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際調(diào)整電流閾值）。即線路電流是否大于10 A，作為測控裝置死機(jī)的輔助判據(jù)。

2）遙測電流值變化率

一般線路兩側(cè)測控裝置分屬兩個不同廠站，為了快速鑒別測控裝置死機(jī)的廠站，提高運(yùn)維人員異常處置效率，本文提出本側(cè)電流相對變化率和兩側(cè)電流相對變化率的指標(biāo)，即：

式（1）、式（2）中，δI-local表示本側(cè)電流相對變化率，δI-both表示兩側(cè)電流相對變化率，Ilocal-cur表示當(dāng)前采樣周期本側(cè)電流遙測值，Ilocal-pre表示前一采樣周期本側(cè)電流遙測值，Ioffside-cur表示當(dāng)前采樣周期對側(cè)電流遙測值。

若線路本側(cè)電流和兩側(cè)電流相對變化率均超出規(guī)定閾值，可迅速判別發(fā)生測控裝置死機(jī)的線路間隔所屬廠站。綜合考慮信息采樣延時，采樣誤差等因素，對該地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行線路的兩側(cè)電流相對變化率誤差進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)電流小的線路相對變化率較大，電流大的線路相對變化率較小，但最大誤差不超過13%。因此，本文線路本側(cè)電流和兩側(cè)電流遙測值相對變化率的告警閾值均設(shè)為15%。

3）開關(guān)位置信息

若只判斷電流遙測值是否刷新，非運(yùn)行狀態(tài)的間隔都將判斷為測控裝置死機(jī)，為避免誤發(fā)告警信號，干擾運(yùn)行人員的正常監(jiān)控，本文選擇開關(guān)位置遙信數(shù)據(jù)作為測控裝置死機(jī)判別的輔助判據(jù)之一。

2.4 基于調(diào)度自動化系統(tǒng)的智能判別程序設(shè)計

本文提出的基于調(diào)度自動化系統(tǒng)的智能判別程序包括了信息提取、信息存儲與比對以及輔助判據(jù)判別3個部分。

1）信息提取

智能判別程序從調(diào)度自動化系統(tǒng)主站數(shù)據(jù)庫［27］中依次讀取每一個廠站各間隔信息，主要包括廠站ID、間隔ID、間隔遙測電流值、開關(guān)位置信息、采樣時間等，如表1所示。

表1 智能判別程序間隔信息表Table 1 Line information table of intelligent discriminator

2）信息存儲與比對

將各廠站信息存放在指定的存儲區(qū)內(nèi)，按照間隔ID 提取前一時刻和當(dāng)前時刻電流采樣值，并進(jìn)行比對。若前后采樣時刻數(shù)據(jù)不一致，則更新存儲器中相應(yīng)間隔遙測電流值，作為下一次采樣值比對的初值；若前后采樣時刻數(shù)據(jù)一致，則更新存儲器中時間計數(shù)器，信息存儲與比對過程示意圖如圖2所示。

圖2 信息存儲與比對過程示意圖Fig.2 Information storage and comparison process

3）輔助判據(jù)判別

當(dāng)時間計數(shù)器達(dá)到規(guī)定閾值，則進(jìn)入輔助判據(jù)環(huán)節(jié)。本文從開關(guān)位置信息、電流判別閾值和遙測電流值變化率3 個方面進(jìn)行輔助判別，當(dāng)且僅當(dāng)滿足所有輔助判據(jù)后，確認(rèn)間隔測控裝置已死機(jī)，并觸發(fā)告警。

圖3 輔助判據(jù)判別示意圖Fig.3 Diagram of auxiliary criterion discrimination

4）智能判別程序設(shè)計

判別測控裝置死機(jī)的程序框圖如圖4所示。程序循環(huán)周期Tx設(shè)定為可調(diào)，對于Tx值的選擇，需要根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際需要來確定。在第一個Tx時間內(nèi)，程序完成對主站數(shù)據(jù)庫內(nèi)全部廠站的電流數(shù)據(jù)的收取，并分清廠站和間隔存放在指定的存儲區(qū)內(nèi)作為初值；在第二個Tx時間內(nèi)，程序完成第二次電流數(shù)據(jù)的收取，并與第一次收取的數(shù)據(jù)對應(yīng)位相比較；相繼進(jìn)行第三次、第四次……數(shù)據(jù)的收取并進(jìn)行比較。在其中任意兩次的取數(shù)和比較時，若出現(xiàn)某一數(shù)據(jù)不變的結(jié)果，而且此數(shù)據(jù)不變化累計時間大于或等于規(guī)定閾值，則進(jìn)入輔助判據(jù)判別流程；當(dāng)同時滿足所有輔助判據(jù)條件后，將判定該數(shù)據(jù)所屬間隔的測控裝置死機(jī)。

圖4 智能判別程序流程圖Fig.4 Flow chart of intelligent discrimination program

3 智能判別方法的驗(yàn)證

以某地區(qū)實(shí)際電網(wǎng)為例，驗(yàn)證本文提出的測控裝置死機(jī)智能判別程序有效性。該地區(qū)調(diào)度管轄范圍內(nèi)共有35 座220 kV 變電站、150 座110 kV 變電站、50 座35 kV變電站，線路間隔上千個，若由監(jiān)控人員手動進(jìn)行全面巡視，不僅耗費(fèi)大量時間，還容易出現(xiàn)遺漏。

將本文提出的測控裝置死機(jī)智能判別程序嵌入調(diào)度自動化系統(tǒng)中，便于智能判別程序快速調(diào)用調(diào)度自動化系統(tǒng)主站數(shù)據(jù)；為了提高監(jiān)控人員識別測控裝置故障信息的時效性，不僅在監(jiān)控畫面相應(yīng)間隔增加了“間隔測控裝置測量故障”光字牌（如圖3 所示），還在監(jiān)控報文中添加了相應(yīng)的告警信息。

程序循環(huán)周期Tx的選取比較關(guān)鍵，根據(jù)該地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，主站通過前置機(jī)采集全部廠站的遙測數(shù)據(jù)時間周期是4 s，所以程序循環(huán)周期Tx應(yīng)大于4 s。為保證1個周期內(nèi)能夠采集全部間隔信息，本案例中程序循環(huán)周期取20 s。

1）測控裝置死機(jī)場景模擬

通過人工置數(shù)的方式修改前置機(jī)遙測電流值，將某變電站正陽-秀水線A 相電流遙測值由230 A 修改為180 A，并保持15 min 不變，如圖5 所示。智能判別程序按照圖4流程進(jìn)行循環(huán)采樣和判別。

圖5 新增光字牌信息Fig.5 New monitoring information of notice board

2）測試結(jié)果

當(dāng)間隔遙測電流值不刷新時間累積達(dá)到10 min，且滿足所有輔助判據(jù)后，監(jiān)控后臺彈出“正陽-秀水線路測控裝置測量故障”動作的告警報文（如圖6所示），同時線路間隔中相應(yīng)光字牌動作，監(jiān)控人員可根據(jù)告警報文和光字牌信息迅速定位測控裝置死機(jī)的間隔。

圖6 監(jiān)控報文新增告警信息Fig.6 New alarm information of monitoring message

4 結(jié)語

本文結(jié)合電網(wǎng)監(jiān)控工作實(shí)際，研究了測控裝置死機(jī)的智能判別方法，該方法已成功應(yīng)用于實(shí)際監(jiān)控工作，極大地節(jié)省了測控裝置死機(jī)的排查時間，提高了監(jiān)控工作效率，提升了異常缺陷發(fā)現(xiàn)的及時率，可有效預(yù)防因遺漏重要信息而造成電網(wǎng)事故。本文僅基于電力調(diào)度自動化系統(tǒng)，研究通過電流遙測數(shù)據(jù)不刷新判別線路間隔測控裝置死機(jī)，后續(xù)將基于實(shí)際應(yīng)用效果對本文提出的智能判別方法進(jìn)行優(yōu)化，充分挖掘調(diào)度自動化系統(tǒng)［28-30］各項(xiàng)功能，對主變、母線等其它設(shè)備間隔測控裝置死機(jī)判別開展方法適應(yīng)性研究，提高電網(wǎng)的智能化水平。