基于拓撲的調(diào)控中心全局故障分析技術(shù)

楊 磊，王磊磊，劉 丹，宋曉娜，王 磊，張 揚，侯念國

（1.國網(wǎng)山東省電力公司淄博供電公司，山東 淄博 255030；2.積成電子股份有限公司，山東 濟南 250104）

0 引 言

近年來，隨著智能變電站建設(shè)的推進和變電站自動化系統(tǒng)的普及，區(qū)域電網(wǎng)調(diào)控中心規(guī)模逐漸擴大。因此，提高變電站自動化的各項技術(shù)成為發(fā)展的重點，尤其是智能告警技術(shù)。

智能告警技術(shù)可分為兩個層面。第一層面，變電站層面的告警。智能告警系統(tǒng)采集變電站的各種動作信號、開關(guān)變位及故障錄波等信息，然后處理、推演及計算采集的信息，最終得到最優(yōu)的告警原因推理和專家決策。第二層面，調(diào)度層面的告警。廠站端智能告警模塊采集變電站的各種告警信息，然后將告警信息通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳到調(diào)控中心，而調(diào)控中心端的智能告警模塊將各變電站的上傳信息進行推理計算，得到告警原因和決策，進而快速定位故障。

現(xiàn)有的變電站層面的智能告警系統(tǒng)僅分析單一變電站的告警內(nèi)容，缺少調(diào)控中心層面的全局性分析，可能導(dǎo)致故障分析報告不全面、不完整，進而影響故障位置的準確定位。同時，調(diào)度層面的集中式智能告警系統(tǒng)可分析處理全網(wǎng)變電站上傳的告警原始信息，但是這些原始告警信息是變電站側(cè)根據(jù)經(jīng)驗挑選上傳的重點信息，導(dǎo)致調(diào)度端的智能告警模塊的數(shù)據(jù)源不全面，影響告警推理的準確性[1]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計了一種基于拓撲的調(diào)控中心-智能變電站分布式故障分析技術(shù)，可協(xié)調(diào)處理主子站之間的故障報告、面向全網(wǎng)智能告警及展示故障分析報告。為建立一套變電站和調(diào)度中心兩級分布式數(shù)字化報警和故障診斷系統(tǒng)，需在站端獲取保護、測控、故障錄波及網(wǎng)分裝置等信息，然后通過一系列分析處理后形成站內(nèi)告警故障報告，并上傳給調(diào)度端。調(diào)度端接收和綜合處理各站的告警故障報告，形成全網(wǎng)告警故障報告。此報告的生成可提高系統(tǒng)可靠性，降低運行人員的故障處理難度，節(jié)省故障處理時間，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)設(shè)計

電網(wǎng)故障后，智能變電站自動生成準確、簡潔及無意義的故障分析報告，并通過電力數(shù)據(jù)網(wǎng)快速上傳到調(diào)控中心。故障分析報告內(nèi)容包括智能告警事項、專家決策、故障選項、故障電流、動作信息、動作時序、帶有故障啟動和跳閘時刻的相關(guān)波形及狀態(tài)時序圖等。調(diào)控中心利用網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系生成全局故障分析報告，并進行展示。

本文研究了基于拓撲的調(diào)控中心-智能變電站分布式故障分析技術(shù)。該技術(shù)主要包括變電站端分析模塊和調(diào)度端分析模塊兩個部分。變電站端分析模塊主要包括各種參數(shù)模型和數(shù)據(jù)庫的配置、站內(nèi)數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)發(fā)、告警原始數(shù)據(jù)的處理和綜合分析、故障分析報告的生成、歷史數(shù)據(jù)的存儲展示及故障分析報告和相關(guān)內(nèi)容的展示等功能。調(diào)度端分析模塊主要包括全網(wǎng)數(shù)據(jù)模型和參數(shù)的配置，各變電站故障分析報告的接收，全局故障分析報告的生成，歷史數(shù)據(jù)的存儲與展示以及最終全局故障分析報告的展示等功能。

系統(tǒng)加載描述庫中變電站的一次設(shè)備模型，并根據(jù)一定規(guī)則對整個變電站的當前狀態(tài)進行拓撲分析，得到變電站的電氣信息，進而判斷變電站中設(shè)備的帶電、接地等狀態(tài)，提供設(shè)備間連接關(guān)系與連通性的分析結(jié)果。

2.1 站端分析功能

智能告警站端分析模塊主要包括模型配置、通信服務(wù)、故障分析、歷史服務(wù)及故障展示等模塊，架構(gòu)如圖2所示。

圖2 變電站端故障分析

模型配置主要是配置變電站內(nèi)應(yīng)用所需的模型、參數(shù)等。配置內(nèi)容主要包括：變電站內(nèi)保護裝置、測控裝置及故障錄波裝置等二次設(shè)備模型；站內(nèi)一次設(shè)備模型、一次映射和二次映射；故障信息事件模型；與站內(nèi)裝置通信的規(guī)約、與調(diào)度中心通信的規(guī)約及上傳內(nèi)容等。

通信服務(wù)主要負責(zé)讀取站內(nèi)數(shù)據(jù)模型，以實現(xiàn)站內(nèi)數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)發(fā)。該模塊的具體功能包括：采集站內(nèi)裝置的保護信號、故障錄波文件等信息；采用DL/T 634.5104規(guī)約實現(xiàn)與調(diào)度中心的通信；上傳站端綜合分析的故障簡報、故障事件等信息；將裝置的保護信號、故障錄波文件等轉(zhuǎn)發(fā)至故障分析服務(wù)。

故障分析模塊主要負責(zé)讀取系統(tǒng)描述數(shù)據(jù)庫的模型，以實現(xiàn)對站內(nèi)故障的綜合分析。該模塊的具體功能是整合分析故障發(fā)生時的多條信息形成故障事件，并將事件推送至歷史服務(wù)和通信服務(wù)。

歷史服務(wù)主要負責(zé)接收故障分析服務(wù)推送的數(shù)據(jù)。

故障展示模塊主要負責(zé)展示變電站內(nèi)綜合而成的保護信號、故障事件及故障簡報[2]。

2.2 調(diào)度分析功能

智能告警調(diào)度端分析模塊主要包括模型配置、通信服務(wù)、故障分析、歷史服務(wù)及人機界面等模塊，架構(gòu)如圖3所示。

圖3 調(diào)度端故障分析

模型配置的主要功能包括：配置全網(wǎng)的一次設(shè)備數(shù)據(jù)模型；配置權(quán)限管理數(shù)據(jù)庫；實現(xiàn)全網(wǎng)變電站內(nèi)保護信號、告警信號等模型的配置，并實現(xiàn)一次設(shè)備和二次設(shè)備的映射關(guān)系等；配置與站端分析系統(tǒng)通信的規(guī)約、上傳內(nèi)容等。

通信服務(wù)讀取全網(wǎng)的數(shù)據(jù)模型，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)發(fā)。該模塊的主要功能包括：采用DL/T 634.5104規(guī)約實現(xiàn)與站端分析系統(tǒng)的通信；接收站端綜合分析的保護信號、故障事件及故障簡報等；將接收的保護信號、故障事件及故障簡報等轉(zhuǎn)發(fā)至故障分析服務(wù)。

故障分析服務(wù)讀取區(qū)域電網(wǎng)的數(shù)據(jù)模型，以實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)的綜合分析。將接收的故障信號進行設(shè)備映射分析后轉(zhuǎn)發(fā)至人機會話界面，并發(fā)送至歷史服務(wù)。

歷史服務(wù)接收和存儲故障分析服務(wù)推送的數(shù)據(jù)。

故障展示模塊展示故障事件、故障線路等，并調(diào)取指定故障線路和變電站的故障簡報[3]。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 變電站智能告警模型建模

變電站端智能告警系統(tǒng)的告警數(shù)據(jù)源為站內(nèi)保護測控裝置采集的保護動作信號、故障錄波等。對智能告警模型進行建模，使用配置工具將保護測控裝置的裝置模型導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，并配置DL/T860規(guī)約作為與站內(nèi)裝置的通信規(guī)約。對智能告警模型進行配置，具體步驟包括故障類型、專家決策、故障實例的建立、故障類型與專家決策的映射、故障實例與故障類型的映射及故障實例與信號的映射。

（1）新建故障類型，并定義故障類型的名稱和故障推理方式。每個故障類型定義一類故障，推理方式分為單推理、多推理、智能推理、邏輯推理及特殊推理。

（2）新建專家決策。專家決策是專業(yè)人員根據(jù)經(jīng)驗建議的故障處理方案。

（3）新建故障類型與專家決策的映射。每個故障類型對應(yīng)一種專家決策方案，當這類故障發(fā)生時，將展示對應(yīng)的專家決策，以幫助解決故障。

（4）新建故障實例。故障實例建立在間隔上，每個間隔可新建多個故障實例。

（5）新建故障實例與故障類型的映射。每個故障實例對應(yīng)一種故障類型，一種故障類型可對應(yīng)多個故障實例。

（6）新建故障實例與信號的映射。故障實例建立在間隔上，每個故障實例可對應(yīng)多個保護信號。根據(jù)推理類型的不同，這些保護信號可組成不同的邏輯關(guān)系[4]。

3.2 智能告警推理分析

變電站智能告警的核心部分是告警的推理過程。通信服務(wù)采集告警信號和故障錄波文件，并送至故障分析服務(wù)。故障分析服務(wù)的主要功能是分析告警數(shù)據(jù)，根據(jù)一定規(guī)則推理故障原因，給出專家決策。故障分析服務(wù)啟動時，將建立五種推理類型的任務(wù)處理線程。每當告警信號發(fā)生時，將生成五種推理任務(wù)，而每個線程分別進行運算分析，判斷是否符合本類型的推理邏輯。

（1）單推理。若單個告警信號發(fā)生，可確定某個故障發(fā)生。

（2）多推理。在多個告警信號中，其中一個告警動作，可確定故障發(fā)生。

（3）智能推理。如果多個告警信號按照一定順序先后動作，可確定故障發(fā)生。

（4）邏輯推理和特殊推理。這兩類推理帶有延時等待的判據(jù)，當某個告警信號發(fā)生時，開始計時，若在一定時間內(nèi)另一個或者多個信號發(fā)生，可確定某個故障發(fā)生。

變電站端故障分析模塊按照配置的告警數(shù)據(jù)庫模板，以采集的告警信號和故障錄波為輸入，按照一定的推理邏輯推理故障發(fā)生的位置、原因等，生成站端故障分析報告，大大減少了主站和子站之間的傳輸內(nèi)容，提高了主站生成全局故障分析報告的效率[5]。

3.3 主子站傳輸規(guī)約

變電站主子站之間傳輸使用DL/T 634.5104規(guī)約。其中，普通開關(guān)遙信傳輸使用標準的DL/T 634.5104規(guī)約，故障分析報告和錄波文件等傳輸使用基于標準DL/T 634.5104規(guī)約的擴展104規(guī)約。

擴展104文件傳輸規(guī)約包括兩類幀格式：一種幀用于文件名的傳輸，類型標識為0x7F；另一種幀用于文件內(nèi)容的傳輸，類型標識為0x80。傳輸文件名的幀格式主要包括變電站ID、文件編號、間隔編號、文件類型、文件名稱長度及文件名稱等；文件內(nèi)容幀主要包括變電站ID、文件編號、間隔編號、文件類型、段長度及段內(nèi)容等。

在變電站端，當故障根據(jù)告警數(shù)據(jù)源被判定發(fā)生時，將故障實例SOE上傳至調(diào)度端。故障實例SOE的幀報文的類型標識為0xD5，報文主要內(nèi)容包括故障實例ID、故障信號ID、故障信號狀態(tài)及信號發(fā)生時間等[6]。

3.4 主站端告警展示

變電站根據(jù)采集的原始告警判據(jù)，判斷故障的發(fā)生位置和原因，并生成變電站端的故障分析報告。變電站將故障分析報告、故障錄波文件、開關(guān)位置以及故障SOE等信息通過DL/T 634.5104規(guī)約上傳至調(diào)度端，以進行全局故障分析。調(diào)度端通信服務(wù)接收各變電站上傳的信息，將接收的文件按照變電站分類存放，并將故障SOE和開關(guān)位置等上傳至調(diào)度端人機界面進行展示[7]。

當電網(wǎng)發(fā)生故障時，調(diào)度后臺將收到各廠站的故障信息，并實時顯示在監(jiān)視畫面上；圖形畫面上展示事故報警提示和故障簡報，并支持語音告警提示；全網(wǎng)接線圖上以動態(tài)閃爍的方式快速直觀地顯示故障站點和故障線路，快速定位故障，如圖4所示。

圖4 調(diào)度端監(jiān)視畫面

4 結(jié) 論

本文提出了一種基于拓撲的調(diào)控中心全局故障分析方法，包括變電站智能告警分析和調(diào)度端智能告警分析。變電站智能告警分析通過預(yù)先定義的故障分析模型處理告警數(shù)據(jù)，并生成故障分析報告；調(diào)度端智能告警分析接收各變電站的告警數(shù)據(jù)和故障分析報告，并根據(jù)故障時序、拓撲關(guān)系等形成全局故障分析報告?？梢?，該全局故障分析方法減少了主子站之間的傳輸數(shù)據(jù)量，降低了調(diào)度中心的運算規(guī)模，提高了智能告警的準確率和效率。