變電站監(jiān)控系統告警方式存在的問題及其對策

劉 超，張 旗，王家同，石 磊

（國家電網遼寧電力有限公司營口供電公司，遼寧 營口 115000）

1 告警信息數量大、信息反饋不直觀

1.1 原因分析

1.1.1 告警信息數量大

在監(jiān)控系統畫面上，廠家調試人員利用光字牌圖形與遙信信息相關聯，使告警狀態(tài)實時準確地反映出來；運維人員通過查詢設備間隔內的所有光字牌狀態(tài)，便可以判斷出設備的運行情況，這是變電站常用的告警排查方式。但變電站需要查詢的光字牌數量很多，而且分布在不同的間隔內，手動逐個翻看一遍耗時較長，嚴重影響告警排查的效率[1]。表1和表2分別列舉了66 kV柳樹變電站和220 kV蟠龍變電站光字牌數量，其中66 kV柳樹變電站總計210個光字牌，220 kV蟠龍變電站總計611個光字牌。

結合現狀可知，營口地區(qū)現有101座66 kV變電站以及17座220 kV變電站，想要將所有信息完全檢查一遍，告警信息的數量會非常大。

表1 66 kV柳樹變電站光字牌統計表

表2 220 kV蟠龍變電站光字牌統計表

1.1.2 信息反饋不直觀

另一種常見的告警排查方式是需要人員一直守在顯示器旁，持續(xù)監(jiān)視實時信息的變化情況。實時信息主要包括6個部分，分別是事故信息、設備異常信息、遙測及越限信息、變位信息、告知信息及控制信息[2]。其中反映設備、回路及通道運行情況等重要信息的是設備異常信息，它直接威脅電網、設備的安全運行，需實時監(jiān)控、及時處理。正因為設備異常信息的重要性，也決定了它是告警排查的主要內容。

但這種告警排查方式的難點在于，一方面查看實時信息時，6類告警信息是混在一起的，排查起來不直觀、不方便；另一方面，告警信息的變化過程往往是在動作—復歸中循環(huán)，想要確定變化的結果如何，還要進一步查看信號的最終狀態(tài)，這無形中加重了告警排查的工作量。

1.1.3 分析與總結

通過對這兩種告警排查方式的對比分析，可得出如下結論。

（1）使用光字牌排查法時，告警信息的結果會直觀顯示出來，但因為確定不了排查范圍，所以所有的光字牌信號都需要排查一遍，數量較多。

（2）使用實時信息排查法時，因為有變化的信息會自動刷新（即變位上送），告警信息數量相對少，可以滿足對信息動作順序的記錄，但告警信息類型多，不方便排查，而且對于結果的顯示也不夠直觀。

1.2 應對措施

1.2.1 用分層式狀態(tài)告警減少信息排查數量

1.2.1.1 確立研究方向

為了完整全面地采集和反饋變電站運行狀態(tài)信息，滿足對變電站無人值守的數據要求，就需要采集更多、更詳細的告警信息，信息數量大的問題客觀存在。不能單純的對這些信息做刪減和取舍，否則會影響站內信息的及時反饋，也違背了使用變電站監(jiān)控系統的初衷。

既然信息不能刪減，那么在進行全面的告警排查時，就會耗時很長。想要縮短時長，就得縮小排查范圍；想要縮小范圍，就需要在全站信號基礎上，盡可能隔離出非告警的部分，只保留告警部分，以方便排查。

為了更加清楚地解釋和表達觀點，使之便于分析理解，在尊重客觀事實的基礎上，做如下假設。

假設一個變電站一共有1 000個告警信號，此時有1個信號告警動作，為查找到此信號，需最多排查1 000個告警信號，這是常規(guī)排查方法。

（1）如果將1 000個告警信號等分為10個集合，每個集合包含100個信號，在確定告警信息只存在于其中1個集合之后，其余9個集合可以排除，即告警排查范圍縮小到100個信號以內。

（2）如果再將這100個告警信號等分為10個集合，每個集合包含10個信號，在確定告警信息存在于其中1個集合之后，其余9個集合可以排除，即告警排查范圍縮小到10個信號以內。

（3）通過排查這10個信號，外加前兩輪排查中需要的2個集合的告警信號，共計12個告警信號，便可實現告警信息的準確定位。在工作量上，新方法對比常規(guī)排查方式為12/1 000，效率可提高近100倍。

這是分層式狀態(tài)告警的邏輯雛形，因為每個現場實際情況各有差異，做假設的目的只是為了便于理解和說明，不代表客觀數據。

1.2.1.2 實驗內容和步驟

考慮到目前變電站測控設備多采用分布式結構，即每臺設備可獨立傳輸信息、互不干擾，所以在劃分集合時，宜以間隔為單位，用合成遙信的方式，生成間隔狀態(tài)告警信號。

間隔狀態(tài)告警將間隔內5～10個告警信號用或邏輯（∨）合成一個間隔狀態(tài)告警信號，滿足當其中任意一個信號動作告警時，狀態(tài)告警信號都動作，信息為1；當其中所有信號都處于復歸位置時，狀態(tài)告警也在復歸位置，信息為0[3]。為了進一步減少狀態(tài)告警的數量，還可以在所有的間隔狀態(tài)告警基礎上，合成為一個全站的狀態(tài)告警信號，以構成變電站分層式狀態(tài)告警。

1.2.2 用圖形畫面表述狀態(tài)信息

為了使合成后狀態(tài)告警等信號，以更加直觀的方式表現出來，需要使用光字牌關聯信號的辦法。首先在主畫面上做一個狀態(tài)總告警的光字牌和間隔狀態(tài)告警的分畫面鏈接（光敏點），分畫面上顯示各個間隔狀態(tài)告警的光字牌并關聯相應的間隔狀態(tài)告警信號，如圖1所示。

圖1 狀態(tài)告警結構示意圖

當某一間隔內出現告警信息時，站內狀態(tài)總告警燈亮起，打開分畫面查看告警信息來自哪個間隔設備，確定間隔后打開間隔設備詳細信息，找到告警源；在正常運行狀態(tài)時，站內站內狀態(tài)總告警燈則顯示熄滅。

1.3 實驗過程、目的及結果

以66 kV柳樹變?yōu)槔?，后臺機采用南瑞科技公司的NS2000系統，使用Oracle數據庫，實驗步驟如下。

（1）將10 kV間隔內的重要告警信號用或邏輯合成為間隔狀態(tài)告警信號，內容包括裝置失電告警、控制回路斷線告警、把手遠方/就地位置、通信中斷信號及彈簧未儲能信號。其中，把手遠方/就地位置在遠方位置時，為正常的運行模式，信號為1；在就地位置為檢修模式時，信號為0。為了確保合成后的狀態(tài)信號邏輯正確，需要將把手遠方/就地位置信號先取反，再和其他信號做合成。目的是當任意告警信號動作時，狀態(tài)告警都能正確反映。主變和公共間隔原理類似。

（2）將合成后的間隔狀態(tài)告警信號，再次通過或邏輯合成為全站的狀態(tài)總告警信號，目的是使告警信號源具備邏輯索引定位的功能。

（3）在主畫面上用光敏點鏈接一個新的分畫面，用光字牌圖形關聯間隔狀態(tài)告警信號，以便實時呈現各個間隔的告警狀態(tài)；同時在主畫面上將狀態(tài)總告警信號關聯告警燈或者光字牌，實時反映全站的告警狀態(tài)，如圖2、圖3所示。

圖2 變電站監(jiān)控主畫面

圖3 狀態(tài)告警分畫面

模擬把手遠方/就地位置信號，就地位置時，狀態(tài)總告警動作→對應間隔狀態(tài)告警動作→間隔內把手遠方/就地位置動作，實現了告警源的快速索引和定位；遠方位置時，狀態(tài)總告警復歸→對應間隔狀態(tài)告警復歸→間隔內把手遠方/就地位置復歸，實現了狀態(tài)告警簡化告警數量、判別設備異常的功能。

為適用變電站無人值守和信息遠方集中監(jiān)控的要求，狀態(tài)告警信號還可在通信網關機的轉發(fā)表中進行合成，實現信號的遠方監(jiān)控，在結構上類似于全站事故總信號。

1.4 對照試驗

過去，部分變電站通過采用全站告警集合的方式來減少告警數量，即將全站合成一個總的告警信號。在調度集控層面上，確實縮小了區(qū)域內變電站的排查范圍，但是在進一步排查站內告警信息時，工作量依舊不小。而采取分層式結構，不但滿足縮小了區(qū)域內變電站的排查范圍的要求，還可以實現告警信息在站內的逐層定位[3]。

為排查出站內存在的一個異常告警信號，分層式狀態(tài)告警與全站式告警集合的分析對比結果，以66 kV柳樹變?yōu)槔?，如?所示。

在確定變電站內存在異常告警信息后，下一步需要查找信號由哪個間隔發(fā)出；通過間隔狀態(tài)告警的指示，可以找到產生告警信息的間隔，進而確定告警源；而全站式告警集合，只能通過人工的方式，逐個間隔畫面的翻看和查找告警源。通過對比可知，在告警排查的效能上，分層式狀態(tài)告警比全站式告警集合提高了6倍。

表3 66 kV柳樹變告警排查效能對照表

2 對開關、刀閘、電流及功率等分析工作依賴人工

2.1 原因分析

在變電站告警信息中，有些能夠直接表示異常狀態(tài)，如裝置失電、控制回路斷線等；還有一些信號，只表示當前狀態(tài)，至于是否存在異常，需要綜合其他因素來判斷，如開關、刀閘、電流及功率等。

對這些信息的分析工作，目前都是靠人工的方式去完成，而每個變電站都有十幾甚至數十個這樣的間隔，累計下來工作強度很大。

2.1.1 開關、隔離刀閘和接地刀閘位置異常

開關、隔離刀閘和接地刀閘之間有閉鎖功能，即開關在合位時，隔離刀閘不能分開；隔離刀閘在合位時，接地刀閘不能合上。在實際工作中經常遇到，用于信號傳輸的轉換接點出現故障，導致監(jiān)控系統位置顯示不對。因為位置的分合本身只表示狀態(tài)，不產生告警，所以運維人員難以發(fā)現異常狀態(tài)，也拖延了處理的時間。

2.1.2 測量用CT斷線告警

在正常運行狀態(tài)下，如果監(jiān)控系統顯示，設備有一相電流為0，而其余相電流正常時，可能的結論是測量用CT斷線。CT斷線引發(fā)的高電壓會導致接線端子排或設備燒毀，嚴重影響電網的安全運行。而采用人工方式，通過逐個間隔查看電流值的方法來判斷異常狀態(tài)，會延誤異常處理的時間。

2.1.3 母線進行流入、流出功率計算

對變電站的母線進行流入、流出功率進行計算，其結果既可以反映出各個間隔的CT變比參數是否正確、確定間隔的空載狀態(tài)，也可用于發(fā)現設備數據不刷新、通信中斷及電壓空開跳閘等問題。用人工計算的方式去校核，受功率實時變化和計算誤差因素的影響，所得結論可靠性并不高，效率也很低。

2.2 應對措施

2.2.1 開關、隔離刀閘和接地刀閘信息的邏輯運算表達式

在分析開關、隔離刀閘位置時，可以引入電流量作為判斷依據，具體步驟表達式如下。（1）開關分位∧電流有流（電流有流，可以通過做電流越限，轉化為遙信后做判斷，下同）；（2）隔離刀閘分位∧電流有流（開關位置多為雙位置接點，隔離刀閘為單位置接點時，即合位1分位0時，可先將隔離刀閘位置信息取反后，再參與邏輯運算）；（3）將（1）∨（2）。告警過程分析，正常運行條件下，當開關合位，隔離刀閘分位，電流有流時，告警動作；當開關分位，隔離刀閘合位，電流有流時，告警動作；當開關分位，隔離刀閘分位，電流有流時，告警動作；除這些情況外，其他狀態(tài)均告警復歸。

隔離刀閘和接地刀閘位置關系是不能同時在合位，表達式為隔離刀閘∧接地刀閘。對于告警過程分析，隔離刀閘和接地刀閘同時在合位時告警動作，其他情況均告警復歸。

2.2.2 用異或邏輯合成CT斷線告警信號

對于CT斷線告警信號，可通過做電流值越限告警的方法來判斷有流無流。當電流值大于一個給定值時，判定有流，信號為1；反之，判定無流，信號為0。邏輯表達式為A相有流⊕B相有流⊕C相有流（⊕，為邏輯異或）。對于告警過程分析，當三相電流中有一相或兩相無流時，告警動作；當三相電流都有流或都無流時，告警復歸。

2.2.3 母線功率運算表達式

母線功率的計算分為有功計算和無功計算，理論上流入功率與流出功率的差值應該為0，而實際差值也應該在誤差允許范圍內。

若以雙主變母線形式為單母線帶分段的變電站為例，母線功率運算表達式為母線有功功率差值=（兩臺主變有功功率之和）-（所有配出線有功功率之和）、母線無功功率差值=（兩臺主變無功功率之和+電容器無功功率之和）-（所有配出線無功功率之和）。

為了讓母線功率差值（有功或無功）在超過誤差允許范圍時發(fā)出告警，可進一步設置允許范圍，告警表達式為（母線功率差值＞誤差正定值）∨（母線功率差值＜誤差負定值）。

3 結 論

隨著我國日新月異的發(fā)展，國力日益強盛，國家提出了網絡強國戰(zhàn)略。在網絡強國戰(zhàn)略中，建設泛在電力物聯網是一項重要舉措，其核心是圍繞電力系統各環(huán)節(jié)，充分應用移動互聯、人工智能等現代信息技術、先進通信技術，實現電力系統各環(huán)節(jié)萬物互聯、人機交互，并具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特征的智慧服務系統。本文對在變電站告警信息排查過程中遇到的信息數量大、反饋不直觀，以及對開關、刀閘、電流、功率等分析工作依賴人工等問題進行分析，以后臺監(jiān)控系統為平臺，利用遙信合成和邏輯判斷的方式，設計出分層式狀態(tài)告警系統和輔助分析算法。該算法用來優(yōu)化變電站數據結構，使信息從“平鋪”變“立體”，為信息高效處理提供一種實踐方法。

但應該看到，對信息的輔助分析算法研究，目前還停留在理論階段，相關定值的定量分析，還需要通過實驗的方法進一步校正。對保護壓板的分析、保護定值的校對和遙控回路的監(jiān)視等工作，尚且依賴人工方式，這也使得輔助分析在內容方面還有繼續(xù)提升的空間。

下一步，將繼續(xù)研究有關信息采集、傳輸、優(yōu)化等問題，并不斷豐富狀態(tài)告警及輔助分析所包含的內容，逐步升級和完善分層式狀態(tài)告警系統，更好地服務于泛在電力物聯網的建設和維護。