電力自動(dòng)化技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

宋衛(wèi)紅

（中國電建集團(tuán)湖北工程有限公司，湖北 武漢 430000）

1 電力系統(tǒng)中電網(wǎng)供配電控制涉及的主要方向

1.1 電網(wǎng)供電、配電的運(yùn)行控制方向

面對(duì)電力系統(tǒng)中輸變電傳輸?shù)陌踩€(wěn)定性問題，通常會(huì)在了解電網(wǎng)供配電需求、各節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)負(fù)荷壓力的情況下，利用遠(yuǎn)程電力傳輸、電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)的控制技術(shù)，采取分列運(yùn)行的供電模式，并選取多個(gè)電源、環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)出回路線，對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的配電作出設(shè)置[1]。

為提高電網(wǎng)供電的安全穩(wěn)定性，利用綜合保護(hù)器、協(xié)調(diào)器、電度表等裝置，可進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)多種設(shè)備定位、參數(shù)收集以及控制獨(dú)立供電的并行線路，并提供多個(gè)電源為一次回路電網(wǎng)供電，一旦某一電源出現(xiàn)異常，另一電源就會(huì)快速切入，使得對(duì)外網(wǎng)電力供應(yīng)的線路不出現(xiàn)中斷。

1.2 電力設(shè)備繼電保護(hù)的運(yùn)維控制方向

電力系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的繼電保護(hù)通常包括對(duì)發(fā)電機(jī)組、變壓器以及線路接地等裝置的保護(hù)，其中發(fā)電機(jī)組設(shè)備為繼電保護(hù)的核心器件[2]。發(fā)電機(jī)定子組匝間短路、內(nèi)部絕緣層失效是電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中所面臨的重要問題之一，定子組匝間設(shè)備短路使得發(fā)電機(jī)組的溫度持續(xù)升高，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部絕緣層受高溫影響逐漸脫落或失效后，發(fā)電機(jī)本身可能將無法正常運(yùn)行。為避免這一問題的發(fā)生，通常采取在發(fā)電機(jī)中安裝繼電保護(hù)設(shè)備的方式，控制發(fā)電機(jī)單相接地電流、運(yùn)行負(fù)荷的大小，同時(shí)在內(nèi)部電流過大、絕緣層失效或發(fā)生擊穿故障前，繼電保護(hù)可及時(shí)切斷電源并發(fā)出警告信號(hào)。

在電力變壓器繼電保護(hù)過程中，通常根據(jù)變壓器容量、電壓等級(jí)、絕緣材料等設(shè)備參數(shù)信息選擇合適的繼電保護(hù)裝置，對(duì)自接地系統(tǒng)的變壓器零序電流進(jìn)行保護(hù)，或者對(duì)電路的零序電壓進(jìn)行保護(hù)。而當(dāng)變壓器絕緣材料發(fā)生電弧作用，或者變壓器發(fā)生故障、短路的情況下，則要第一時(shí)間切斷變壓器電源，從而避免油箱出現(xiàn)瓦斯爆炸、變壓器設(shè)備損壞等嚴(yán)重后果。

2 電網(wǎng)供配電控制中使用的主要電力自動(dòng)化技術(shù)

2.1 自動(dòng)化電網(wǎng)供配電監(jiān)控技術(shù)

電力系統(tǒng)的自動(dòng)化電網(wǎng)供配電監(jiān)控技術(shù)整合了監(jiān)控中心、監(jiān)控分站、綜合保護(hù)器以及遠(yuǎn)程通信設(shè)備等裝置，建立起自動(dòng)化供配電運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)。該電網(wǎng)供配電監(jiān)控系統(tǒng)利用Internet網(wǎng)絡(luò)、傳輸控制/網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）、視頻監(jiān)控等，作為電力供電、配電數(shù)據(jù)信息的傳輸通道，形成發(fā)電裝置、供電中心、配電線路之間的有效連接[3]。具體自動(dòng)化電網(wǎng)供配電監(jiān)控運(yùn)行的執(zhí)行流程如圖1所示。

圖1 自動(dòng)化電網(wǎng)供配電監(jiān)控運(yùn)行的執(zhí)行流程

2.1.1 監(jiān)控中心、監(jiān)控分站

電力系統(tǒng)一次回路、供配電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測，通常是由監(jiān)控中心、監(jiān)控分站等負(fù)責(zé)，經(jīng)由TCP/IP通信協(xié)議、視頻監(jiān)控設(shè)備的渠道搜集與整合系統(tǒng)運(yùn)行的電路問題、設(shè)備故障信息。其中，監(jiān)控中心用于系統(tǒng)運(yùn)行故障統(tǒng)計(jì)、故障點(diǎn)定位監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)日志、圖像、報(bào)表等信息收集，精準(zhǔn)區(qū)分與識(shí)別高壓電系統(tǒng)的正常運(yùn)行信息和故障信息。而監(jiān)控分站是利用網(wǎng)絡(luò)處理器、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫傳遞與處理不同節(jié)點(diǎn)監(jiān)控信息，從而完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息的識(shí)別、轉(zhuǎn)換工作。

2.1.2 綜合保護(hù)器

綜合保護(hù)器作為電網(wǎng)供配電的保護(hù)裝置，可通過多種電度表、遠(yuǎn)程遙測裝置的使用，監(jiān)測電力系統(tǒng)中不同回路的電流、電壓等參數(shù)信息，采集不同電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，包括設(shè)備定位信號(hào)、設(shè)備故障信息，并根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況調(diào)節(jié)設(shè)備參數(shù)，為低壓、高壓電網(wǎng)配電操作提供全方位保護(hù)。

2.1.3 遠(yuǎn)程通信

采用非對(duì)稱加密和對(duì)稱式加密相結(jié)合的方式，對(duì)視頻監(jiān)控、攝像機(jī)拍攝、通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）定位等設(shè)備監(jiān)測到的系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)作出全方位加密。由監(jiān)控中心主站的安全服務(wù)器負(fù)責(zé)管理通信密鑰、發(fā)送與接收系統(tǒng)故障信息的控制指令，同時(shí)輔助管理電力設(shè)備、繼電保護(hù)元器件，縮短故障信息響應(yīng)的通信時(shí)間，提高遠(yuǎn)程監(jiān)控，為檢修人員的系統(tǒng)調(diào)試、設(shè)備維修提供支持。

2.2 RPA自動(dòng)化電網(wǎng)異常告警技術(shù)

機(jī)器人流程自動(dòng)化(Robotic Process Automation，RPA)作為一種新型自動(dòng)化信息監(jiān)測技術(shù)，被用于電力網(wǎng)絡(luò)告警數(shù)據(jù)、異常故障數(shù)據(jù)的獲取過程中，通常包含數(shù)據(jù)抓取、分析、處理等執(zhí)行流程。針對(duì)線路停電/復(fù)電、電力線損監(jiān)控、電力計(jì)量采集等監(jiān)控管理方向，采取“RPA機(jī)器人+調(diào)控云系統(tǒng)”的方式，可每天自動(dòng)抓取、計(jì)算、轉(zhuǎn)換電網(wǎng)的電力數(shù)據(jù)，包括電網(wǎng)負(fù)荷、臺(tái)區(qū)線損、閉環(huán)配電以及設(shè)備故障等的安全數(shù)據(jù)，并自動(dòng)讀取不同電力設(shè)備終端的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)[4]。同時(shí)，使用RPA自動(dòng)化電網(wǎng)異常告警技術(shù)可優(yōu)化基層供電的業(yè)務(wù)流程，從根本上解決電力數(shù)據(jù)分散、容錯(cuò)成本高等問題。

3 電力自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

3.1 繼電保護(hù)控制技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

依托于大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、云服務(wù)平臺(tái)以及繼電器、互感器、斷路器、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、Access數(shù)據(jù)庫等硬件裝置，可建立起電力網(wǎng)絡(luò)的繼電保護(hù)管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集有關(guān)電網(wǎng)一次回路的異常數(shù)據(jù)、繼電保護(hù)設(shè)備故障數(shù)據(jù)，包括異常電流、電壓等參數(shù)信息以及電力設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境信息、老化或損毀信息、絕緣信息，還包括繼電保護(hù)設(shè)備的告警信息、動(dòng)作時(shí)間、復(fù)歸時(shí)間等[5]。電力網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電力網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

3.1.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

利用網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、關(guān)聯(lián)分析技術(shù)，收集電力系統(tǒng)的一次回路運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、電力設(shè)備歷史數(shù)據(jù)、繼電保護(hù)設(shè)備故障數(shù)據(jù)，整合為臺(tái)賬數(shù)據(jù)、設(shè)備故障數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)，對(duì)得到的不同類別數(shù)據(jù)資源作出清洗、篩選、轉(zhuǎn)換、去重、分類及存儲(chǔ)操作，并設(shè)置出運(yùn)行環(huán)境溫濕度、一次回路電流與電壓、設(shè)備故障類型、故障部位、故障原因等的字段說明信息。

3.1.2 設(shè)備故障數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性分析

根據(jù)以上搜集與整合到的電力設(shè)備、繼電保護(hù)設(shè)備故障數(shù)據(jù)，在繼電保護(hù)控制管理系統(tǒng)中，借助Apriori算法開展相關(guān)故障數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘分析，掃描Access后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的故障數(shù)據(jù)項(xiàng)目集，找出大于最小支持度閾值的K頻繁項(xiàng)集，作為設(shè)備異常或故障原因、故障結(jié)果關(guān)聯(lián)性的分析依據(jù)。具體的Apriori算法關(guān)聯(lián)性分析執(zhí)行步驟如下：第1步，設(shè)定設(shè)備故障數(shù)據(jù)項(xiàng)集的最小置信度為Cmin、最小支持度為Smin，掃描Access數(shù)據(jù)庫的電力設(shè)備、繼電保護(hù)設(shè)備故障數(shù)據(jù)，將其分類整合為頻繁項(xiàng)集CK1、CK2；第2步，遍歷頻繁項(xiàng)集CK1、CK2的數(shù)據(jù)表字段，刪除支持度小于Smin的頻繁項(xiàng)集數(shù)據(jù)信息，并將篩選后的頻繁項(xiàng)集整合為LK1、LK2；第3步，如果LK1、LK2不為空、則令K=K+1并跳轉(zhuǎn)至第2步重新執(zhí)行，否則跳轉(zhuǎn)至第4步執(zhí)行；第4步，刪除置信度小于Cmin的頻繁項(xiàng)集數(shù)據(jù)信息，得到符合強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則的頻繁項(xiàng)集集合。而后在設(shè)定電力系統(tǒng)最小置信度、支持度的值分別為Cmin=70%、Smin=15%情況下，在繼電保護(hù)控制管理系統(tǒng)中點(diǎn)擊“開始運(yùn)算”按鈕，對(duì)電力設(shè)備、繼電保護(hù)設(shè)備故障數(shù)據(jù)的頻繁項(xiàng)集集合開展關(guān)聯(lián)性分析計(jì)算，得到設(shè)備異常或故障的原因，作為電網(wǎng)一次回路斷開、故障裝置切斷與設(shè)備維修的依據(jù)。

3.1.3 數(shù)據(jù)顯示

在得到電力回路運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備異常或故障的結(jié)果后，由管理人員、檢修人員根據(jù)不同區(qū)域的電能需求量，統(tǒng)計(jì)分析電網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)水平數(shù)據(jù)、告警預(yù)警數(shù)據(jù)是否客觀準(zhǔn)確，記錄下電力設(shè)備誤判、誤動(dòng)、拒動(dòng)等異常問題，同時(shí)前端網(wǎng)絡(luò)控制面板中顯示電力網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)的處理結(jié)果。

3.2 RPA電網(wǎng)異常告警技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

UiBot RPA自動(dòng)化服務(wù)平臺(tái)中，主要存在著用戶登錄、電力數(shù)據(jù)抓取、異常數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)分類保存、短信或郵件告警等功能模塊。其中，自動(dòng)登錄模塊是由用戶在登錄界面輸入管理員“system Admin”的用戶名、密碼，在目標(biāo)元素文本框中輸入需要訪問的模塊，點(diǎn)擊登錄按鈕，即可登錄至電網(wǎng)數(shù)據(jù)抓取的后臺(tái)頁面。進(jìn)入到電力系統(tǒng)網(wǎng)頁平臺(tái)，由管理人員設(shè)置Input的值為arrayData，批量抓取電力回路正常數(shù)據(jù)、設(shè)備異常或故障數(shù)據(jù)的執(zhí)行流程如圖3所示，抓取完畢后輸出至arrayData陣列數(shù)據(jù)庫中。

圖3 RPA自動(dòng)化電網(wǎng)異常告警數(shù)據(jù)的抓取流程

隨后使用已建立的關(guān)聯(lián)規(guī)則，讀取挖掘到的電網(wǎng)數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)文檔，讀取數(shù)據(jù)庫中不同模塊的文件內(nèi)容，進(jìn)行電網(wǎng)數(shù)據(jù)表文件的條件篩選，輸出sRet返回指令至objDatatable，保存有異常的數(shù)據(jù)信息（見圖4），以便為后續(xù)的電路異常告警、設(shè)備告警、檢修追溯等工作提供支持。

圖4 電網(wǎng)數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)文檔的異常數(shù)據(jù)讀取與保存

最后，將得到的電力網(wǎng)絡(luò)異常數(shù)據(jù)信息匯總，以短信或郵件形式發(fā)送至管理人員、檢修人員的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)端，連接指定簡單郵件傳輸協(xié)議（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP），輸出到bRet。由審查管理人員檢查每天爬取的電力網(wǎng)絡(luò)信息，得到電力運(yùn)行環(huán)境的溫濕度、一次回路電流與電壓、線路接地、設(shè)備故障類型、故障部位以及故障原因等的數(shù)百條告警信息，幫助檢修人員及時(shí)找到電網(wǎng)一次回路、電力或繼電保護(hù)設(shè)備的異常位置，并提出針對(duì)性的解決處理措施，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)保護(hù)、繼電保護(hù)的安全穩(wěn)定性。

4 結(jié) 論

依托于自動(dòng)化供電、自動(dòng)化配網(wǎng)、智能控制等電力自動(dòng)化技術(shù)，針對(duì)現(xiàn)有電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行、電網(wǎng)傳輸情況，運(yùn)用多種電網(wǎng)調(diào)度與控制技術(shù)，可完成電力系統(tǒng)中一次回路、二次回路的配電與變電控制以及電力設(shè)備、繼電保護(hù)設(shè)備的異常或故障狀況分析，明確找出供電故障出現(xiàn)的原因，從而完成電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制。