浅谈电表在电网智能运维管理系统中的应用

摘要：介绍在输变电企业运维、检修工作量大，效率低、维护成本高的前提下，提出了电网智能运维管理系统，依据统一的数据传输规范借助通信网络将微机保护的全景信息汇总到变电站内的在线管理集中控制单元，并对数据进行分析、处理，将信息远传到调度主站端，并提供智能查询或者智能诊断相关功能。从而减少运维人员对现场继电保护装置的巡视频率，提高设备的精细化管理水平。
关键词：告警监视；设备巡视；状态评估；缺陷诊断；监视预警
 
 
0 引言
    目前二次设备在线监视系统，都是基于二次设备自身的运行信息及参数信息建立的，仅能实现对站端保护动作相关信息等的采集和传输，不具有针对性和多方面综合对比分析功能。电网智能运维管理系统依托变电站长期运行经验，从告警监视及管理、二次设备巡视、二次设备运行状态评估、缺陷诊断及管理、监视预警五个方面综合分析二次设备运行情况，提升电网故障分析及二次设备运维的信息化水平。
1 总体方案
    二次设备运维管理系统属于继电保护信息系统应用下的扩展子单元，建立二次设备运维的模型。依据二次设备在线运维的需要，并充分利用故障信息管理系统 FIS 现有的基础数据模型、数据接入及处理机制，在原有的 FIS 模型基础上进行扩展和定制，从而直观的帮助运检人员在远方实时掌握设备的运行状况，并结合设备运行的历史数据分析设备运行健康状况，进而做到设备运行状态可评估，缺陷可管理，风险可预警。二次设备运维管理系统的特征包含：告警监视及管理、二次设备巡视、二次设备运行状态评估、缺陷诊断及管理、监视预警分析、数据采集和人机操作主界面。如图 1 所示。 图1
2 实施方式
2.1告警监视及管理模块
    通过对二次设备告警信息进行扩展建模，并对告警信息进行分类，形成告警信息的知识库，在此基础上对二次设备运维管理主站通过数据采集模块采集来源于二次设备原生告警、由二次设备原生告警产生的主站平台告警、主站对二次设备巡视产生的平台告警，数据采集模块接收到的告警信息进行在线分析，实现二次设备的状态监视、诊断及检修决策。 图2
    如图 2 所示，二次设备的原生告警，通过前置及故障信息系统服务转换为平台告警，而巡视将直接产生平台告警；故障信息系统服务还将二次设备的原生告警的状态，写入实时库表，以便进行状态评估；告警展示模块对平台告警进行实时展示，并提供依据告警手工生成缺陷功能将告警转换为缺陷；如果配置了自动根据告警生成缺陷功能，则缺陷在线生成模块可自动根据生成规则将告警转换为缺陷。
    告警监视及管理模块通过对二次设备告警信息进行扩展建模，并对告警信息进行详细的分类，形成告警信息的知识库，在此基础上对主站收到的告警信息进行在线分析，从而实现二次设备的状态监视与管理。
2.2二次设备巡视模块
    主站定义正常状态专家库及巡视策略，并将标准值文件、巡视策略下发到子站，子站依此进行定期巡视，并返回巡视异常结果；子站也可依据主站手工触发巡视策略进行巡检，并
返回巡视结果。
    判断二次设备的信息是否正确，需将采集到的量值与标准值进行比较，巡视结果主要通过巡视记录文件记录，巡视记录文件描述了近期本变电站的巡视情况，记录每一次巡视，并简要记录巡视的结果，生成的巡视报告文件内容有如下要求：正常、异常的结果应该都能看到，异常的结果需要更详细地描述差异信息。
2.3二次设备运行状态评估模块
    包括在线监测状态评估和历史运行水平评估，在线监测状态评估依据非检修设备的在线数据，如告警、特征值、运行量值、通信状态、自动化测试等，对设备的当前运行情况进行评估；历史运行水平评价则根据非检修设备的历史信息，如动作记录、动作正确性、缺陷记录等数据，对设备的历史运行水平进行评价。结合在线监测状态评估、历史运行水平两个方面得出二次非检修设备运行状态的综合评价。如图 3 所示。

图3
    设备的在线监测状态算法是对数字量（表征运行状态特征的模拟量）、逻辑量（告警）进行权重评级，确定基本得分，在此基础上根据各级数字量个数及越限个数、各级逻辑量个数以及数字量、逻辑量的权重进行综合计算，得到设备的在线监测状态。历史运行评估仅考虑历史运行因素的影响，不再考虑原始质量信息及检修情况的影响。
2.4缺陷诊断及管理模块
    缺陷诊断模块实时接收平台告警消息，根据具体的告警类型分别进行诊断。若接收到新告警则生成一条缺陷，并向平台发送告警通知界面发现新缺陷，若收到复归的告警则更新缺陷的状态，并向平台发送告警告知界面有缺陷消除。缺陷诊断模块应定时对告警进行查漏纠错，定时读取实时库表及 IED 实时库表中参与缺陷诊断的记录的告警值，如果存在告警队列及缺陷告警映射队列中不包含的告警，则需要将该告警放在告警队列中等待缺陷诊断。
    缺陷分为危急缺陷、严重缺陷、一般缺陷，危急缺陷是指继电保护和自动装置自身或相关设备及回路存在问题导致失去主要保护功能，直接威胁运行；严重缺陷是指继电保护和安全自动装置自身或相关设备及回路存在问题导致部分保护功能缺失或性能下降，但在短时内尚能坚持运行，需尽快处理的缺陷；一般缺陷是指除危急、严重缺陷以外的不直接影响设备运行和供电能力，继电保护和安全自动装置功能未受到实质性影响，性质一般、程度较轻，对运行影响不大，可暂缓处理的缺陷。

图4
    缺陷诊断模块实时接收平台告警消息，根据具体的告警类型分别进行诊断，将告警消息分类为危急缺陷、严重缺陷还是一般缺陷。
    缺陷通过四种方式产生：告警手工转换为缺陷；如果配置了自动转换，告警可根据规则自动转换为缺陷；通过工具人工增加缺陷；如果与缺陷管理系统有接口，可以通过缺陷管理系统获取系统中的缺陷。此外，如果与缺陷管理系统有接口，可以将前三种产生的缺陷提交到缺陷管理系统，向缺陷管理系统增加缺陷。
    缺陷消除有三种方式：如果配置了告警自动转换缺陷，当告警消除时，对应的缺陷也消除；可通过手工消除缺陷；如果与缺陷管理系统有接口，在缺陷管理系统消除缺陷时，本系统收到通知可实现本系统缺陷的同步消除。
    按照缺陷诊断规则，若接收到新告警则生成一条缺陷，并向平台发送告警通知界面发现新缺陷，若收到复归的告警则更新缺陷的状态，并向平台发送告警告知界面有缺陷消除。应实时获取装置的检修状态，对于处在检修状态下的装置不进行缺陷的诊断，根据告警信息和缺陷生成规则，自动生成缺陷信息记录，系统定期根据缺陷记录，自动对设备的生产厂商、装置型号、软件版本、出厂时间等进行多维度统计分析，给出分析结果；缺陷诊断模块应定时对告警进行查漏纠错，定时读取实时库表及IED实时库表中参与缺陷诊断的记录的告警值，如果存在告警队列及缺陷告警映射队列中不包含的告警，则需要将该告警放在告警队列中等待缺陷诊断。
2.5监视预警分析模块
    监视预警的实现方式，监视预警是对设备亚健康状态的一个提前预警，引起运行维护人员的注意，通过做好设备的维护检修工作，达到设备事故防范的目的，通过对 16 种预警类型分类，给出相应的预警方案。
所有类别的风险预警都采用主站系统平台告警来发送，风险预警的类别采用告警原因来标识。监视预警是对设备亚健康状态的一个提前预警，引起运行维护人员的注意，通过做好设备的维护检修工作，达到设备事故防范的目的。
2.6数据采集和人机操作主界面模块
    数据采集模块，基础数据的来源，在I区，部署数据采集服务器，用于采集继电保护设备信息；在 II 区，部署数据采集服务器和应用服务器和历史服务器，用于采集故障录波器等二次设备数据及数据处理和存储。
    人机操作主界面框架采用分级的配置实现，即电网级、地区级、厂站级、设备级四个层级。本包括电网地理图可视化展示、动作异常情况实时监视、KPI 指标监视、告警情况统计、设备健康状态实时监视、检修设备的监视及动作设备实时监视。其它还有故障及动作行为分析展示、运行缺陷管理人机界面、知识库管理界面、巡视报告界面展示等界面。
3 安科瑞变电所电力运维云平台
3.1云平台架构

3.2云平台概述
    我司的运维平台综合运用综合保护装置、多功能电力仪表、母排及线缆测温装置、 变压器温控仪、视频摄像头、水浸烟雾、温湿度、门磁等多种传感器统一接入变电所现场的边缘计算网关，经边缘计算网关将数据封装、压缩、加密后上传至云平台。实时集中监测所有变电所用电情况、统一调度运维巡检安排，线上线下联动；实现用户侧变配电所的24小时无人值守，监测各配电回路运行状态，即时定位故障，降低风险。通过手机APP下发运维任务到指定人员手机上，并通过GPS跟踪运维执行过程。将企业集团/高等院校内广泛分布的变电所集中统一管理，提高运维效率、提高故障响应速度，即时发现运行缺陷并做消缺处理。为售电企业提供电能集抄服务，即时掌握用户用电量情况，避免偏差考核；响应泛在电力物联网的政策，增加客户粘性，为后期的增值服务开展做准备。
3.3云平台功能
 

 

 

 
 
3.4云平台配置方案

3.5产品介绍
AM5SE系列微机综合保护装置
功能
保护功能：主变差动保护功能、主变后备保护、三段式过流带方向带电压闭锁、三段式过流、零序电流保护、过电压；
低电压保护、大功率电机保护、高压电动机综合保护、PT并列功能、非电量保护、并网逆功率保护、检同期功能；
测量功能：保护电流、测量电流、零序电流、母线电压、零序电压4-20MA输出、直流测量；
通讯功能：提供RS485通讯接口，RS232维护接口，IRIG-B对时接口、USB升级接口，RJ45网口接口；
故障录波功能：保护动作时触发录波，可以记录故障前8个周波后四个周波的数据；
控制回路：自带操作回路，防跳功能；
GPS校时功能：提供时钟同步接口，接收GPS校时信号。
应用
35kV及以下电压等级的变配电站及设备的保护测控功能，至少包括35kV进线/主变压器（一般容量2000kVA以上）/PT/母联、10kV进线/馈线/配电变压器（一般容量2000kVA以下）/高压电动机/高压电容器/母联/PT等设备的保护和自动控制功能。 ASD300系列智能操控装置
功能
一次动态模拟图指示及自检带电显示、闭锁及自检；
核相、强制加热、强制照明；
语音防误提示；
人体感应及柜内照明、已带电语音播报；
分合闸、远方就地、储能转换开关；
分合闸回路完好指示/电压测量；
预分预合闪光指示；
断路器分合次数统计；
RS485串行通讯接口；
开关柜节点无线测温；
全电参量测量。
应用
35KV高压及以下中置柜，手车柜，环网柜。  
ARTM-Pn无线测温装置
功能
接收60个ATE100/200/300/400；
3U3I电参量测量；
实时测温功能；
RS485通讯接口，通过标准的MODBUS RTU协议实现组网功能；
具备自检功能；
超温、高温、相间温差报警、温度突变量告警功能。
应用
变电站、配电室、箱变等。
   
APM810系列多功能电力仪表
功能
准确度等级：有功电能0.5S级，无功电能2级；
测量功能：三相电压、三相电流、分相及总有功功率、分相及总无功功率、分相及总视在功率、分相及总功率因数、频率、需量；
电能计量：分相及总双向电能、四象限无功电能；
电能质量监测：2-63次分次谐波、总（奇、偶）谐波测量、电压波峰系数、电话波峰因子、电流K系数测量；
输入输出：2路开关量输出（选配MD82模块可扩至8路）；
及2路开关量输入（选配MD82模块可扩至26路），开关量输出；
可配置为报警输出或远程遥控，DO用作报警输出时可自由关联报警内容；
SD卡存储功能：用于电参量、电能、谐波等数据定时存储，波形存储等功能。
应用
适用于电力系统、工矿企业、公用设施、智能大厦等需要电力监控的场合。 DTSD1352导轨式电能表
功能
测量功能：三相电流、电压、功率、频率、总正反向有功电能统计、总正反向无功电能统计；
准确级精度：有功0.5S；
电流信号接入：直接接入10（80)A 经CT接入1（6）A；
电压信号：100V 380V；
通信：RS485接口，支持MODBUS-RTU或者DL/T645通讯协议。
应用
适用于政府机关和大型公建中对电能的分项计量，也可用于企事业单位作电能管理考核。 ADW300无线智能仪表
功能
测量功能：三相电流、电压、功率、频率、总正反向有功电能统计、总正反向无功电能统计；
电能质量：电压、电流不平衡度，电压、电流总谐波及2-31分次谐波；
需量：电流、功率需量及实时电流，功率需量；
准确级精度：0.5s级 ADW300外置互感器型1级；
电流信号规格：100A输入 ，经互感器输入，二次互感接入；
通讯方式：RS485、 LORA无线通讯、NB-IOT无线通讯、4G无线通讯。
应用
ADW300方便用户进行用电监测、集抄和管理，可灵活安装在配电箱中，可用于电力运维、环保监管等在线监测类平台中。  
ARCM300系列电气火灾监控仪表
功能
测量：单回路剩余电流、4路温度、电压、电流、功率、频率、功率因数、视在电能、四象限电能；
保护：剩余电流、温度、过流等；
报警：声光报警，支持消音、复位操作；
开关量：1路继电器输出、4路开关量输入；
通讯方式：RS485、NB-IOT无线通讯、4G无线通讯。
应用
适用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、国家消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。
                     
ANET智能网关
功能
    数据采集（支持串口、以太网，只需配置即可兼容支持标准电力规约的各类仪表）；
数据上传（支持往上海分类分项能耗平台、宁夏电力需求侧平台、江苏电力运维平台、浙江电力运维平台上传数据）；
边缘计算（灵活的报警阈值设置、主动上传报警信息、数据合并计算、断点续传、数据加密、4G路由）；
远程管理（远程配置、远程升级、远程监视）。
应用
    泛在电力物联网、能耗系统平台、电力需求侧管理平台、第三方云平台、预付费系统、运维系统平台、电力监控平台、能源综合管理平台。  
3.6云平台现场应用图片  
  

      
3.7平台价值
    为电力运维企业提供线上运维服务平台，实时集中监测所有变电所用电情况、统一调度运维巡检安排，线上线下联动。
将企业集团/高等院校内广泛分布的变电所集中统一管理，提高运维效率、提高故障响应速度；响应泛在电力物联网的政策，增加客户粘性，为后期的增值服务开展做准备；为售电企业提供电能集抄服务，即时掌握用户用电量情况，避免偏差考核。
3.8访问方式

4 结语
    该二次设备运维管理系统适用于部署在智能电网调度现场，对以往传统的调度系统进行了大数据扩展和综合分析，随着电力系统信息化迅速发展的需要，基于继电保护远程化智能运维技术的研究具有重要意义。
 
 
 
参考文献：
[1]张宝旭,王安山,毛琨.一种变电站智能运维管理统:CN,CN202798149U[P].2013.
[2]张志强,黄佳胤,罗琨. 电网智能运维管理系统.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版．
作者简介：
王蒙蒙，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司。主要从事智能电力电容器产品的研发与应用