直流融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊柳青，楊旗,3，馬曉紅，張露松，曾華榮，毛先胤

(1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院,貴州 貴陽(yáng) 550002；2.南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司防冰減災(zāi)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽(yáng) 550002； 3.貴州大學(xué)大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550002；4.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司凱里供電局，貴州 凱里 556000)

冰災(zāi)作為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的嚴(yán)重威脅之一[1-5]，相比其他自然災(zāi)害，冰災(zāi)的直接和間接損失往往更加嚴(yán)重，輕則電纜舞動(dòng)、絕緣子冰閃，重則桿塔倒塌、電纜斷線(xiàn)，甚至造成大面積停電[6-12]。我國(guó)在近年來(lái)發(fā)生了數(shù)起冰災(zāi)危害電網(wǎng)運(yùn)行的案例，如2005年華中地區(qū)的冰雪天氣使得華中、華北電網(wǎng)承壓，僅湖南一省就有3條500kV線(xiàn)路倒塔24基、變形3基，6條220kV線(xiàn)路倒塔18基、變形9基[13]；2008年華中、華東地區(qū)出現(xiàn)大面積降雪冰凍天氣，多地電網(wǎng)發(fā)生覆冰閃絡(luò)、倒塔等安全事故，國(guó)家電網(wǎng)公司直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)104.5億元[14-15]。

冰災(zāi)對(duì)電力系統(tǒng)帶來(lái)的影響引發(fā)了國(guó)內(nèi)企業(yè)和學(xué)術(shù)界對(duì)防災(zāi)、融冰等領(lǐng)域的廣泛研究關(guān)注，南方電網(wǎng)公司在經(jīng)歷了2008年特大冰災(zāi)后，整合吸收了國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)抗冰融冰的經(jīng)驗(yàn)，全面開(kāi)展電網(wǎng)防冰科研攻關(guān)，自主開(kāi)發(fā)了基于晶閘管整流的融冰裝置，建立了一套直流融冰體系[16-17]。2011年冬季南方電網(wǎng)地區(qū)再次出現(xiàn)輸電線(xiàn)路覆冰險(xiǎn)情，共導(dǎo)致1400余條10kV以上線(xiàn)路、70個(gè)35kV以上變電站停運(yùn)[18]。本次冰災(zāi)局部地區(qū)相比2008年更加嚴(yán)重，但得益于在電網(wǎng)部署的直流融冰裝置，沒(méi)有發(fā)生220kV及以上電壓等級(jí)的線(xiàn)路倒塔斷線(xiàn)事故，也沒(méi)有發(fā)生縣級(jí)及以上的區(qū)域停電事故。

近年來(lái)，直流融冰裝置技術(shù)不斷發(fā)展，單臺(tái)裝置融冰效果和效率不斷提升[19]。然而，固定式直流融冰裝置分布地域廣，相互獨(dú)立，運(yùn)維不便，管理難度較大[20]。為此，本文借鑒調(diào)度集控和新能源集控的思路[21-22]，提出一種直流融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)將各變電站處的直流融冰裝置監(jiān)控信息進(jìn)行集中匯集，并對(duì)各融冰裝置的狀態(tài)進(jìn)行打分評(píng)價(jià)，進(jìn)而提升現(xiàn)有融冰裝置運(yùn)維效率。

1 融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)功能與設(shè)計(jì)原則

目前，貴州電網(wǎng)擁有6/12脈動(dòng)固定式直流融冰裝置現(xiàn)已經(jīng)超30套，分布在全省9家供電局，主要采用了3家直流融冰裝置廠(chǎng)家的產(chǎn)品。在直流融冰過(guò)程中，操作人員目前只能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作和監(jiān)控一次設(shè)備狀態(tài)，無(wú)法在遠(yuǎn)程對(duì)裝置狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)控，一旦在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題就需要技術(shù)人員趕往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理，造成運(yùn)維效率低下。

融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)旨在將全省所有融冰裝置的關(guān)鍵信號(hào)匯集于一處，形成集約化的精益生產(chǎn)管理模式，以極小的運(yùn)維成本產(chǎn)生較好的融冰管理效率，為統(tǒng)籌防冰減災(zāi)工程提供一種新的解決方案。在設(shè)計(jì)上，系統(tǒng)采用整體規(guī)劃、總體設(shè)計(jì)手段：在融冰子站側(cè)配置遠(yuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)表，并在集中監(jiān)控中心側(cè)部署服務(wù)器、交換機(jī)、工作站等設(shè)備，逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)全省所有融冰裝置的集中監(jiān)控與評(píng)估。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則主要遵循以下4點(diǎn)[23-24]。

1)可靠性和穩(wěn)定性：選用技術(shù)路線(xiàn)成熟、運(yùn)行可靠穩(wěn)定的設(shè)計(jì)方案，在硬件選型、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、軟件系統(tǒng)等各個(gè)方面充分考慮軟件、硬件的可靠性和穩(wěn)定性。

2)安全性：系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分滿(mǎn)足電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定的要求，遵循南方電網(wǎng)既有網(wǎng)絡(luò)安全策略，按照“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的原則對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置。此外，系統(tǒng)及功能模塊應(yīng)設(shè)有權(quán)限管理，不同需求人員對(duì)應(yīng)不同權(quán)限。

3)可拓展性：系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施應(yīng)充分考慮電網(wǎng)防冰工作今后發(fā)展的需要，具備靈活增減或更新各個(gè)功能模塊的功能，針對(duì)融冰裝置不同產(chǎn)品系列、不同容量與不同處理能力等方面有擴(kuò)充與換代的可能，滿(mǎn)足不同時(shí)期的需要。系統(tǒng)軟硬件應(yīng)采用便于功能更新的模塊化設(shè)計(jì)，功能更新時(shí)不影響系統(tǒng)運(yùn)行，融冰主站系統(tǒng)容量冗余度應(yīng)有大于30%。

4)先進(jìn)性與前瞻性原則：系統(tǒng)建設(shè)采用符合未來(lái)電網(wǎng)防冰減災(zāi)發(fā)展趨勢(shì)的先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)整體推薦具有代表性的架構(gòu)。在建設(shè)中應(yīng)采用主流的、成熟的、先進(jìn)的監(jiān)控軟件技術(shù)，開(kāi)發(fā)模式和管理方式。

1.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

直流融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Hardware structure diagram of centralized monitoring and evaluation system for ice melting device

系統(tǒng)硬件采用兩級(jí)分層架構(gòu)，直流融冰裝置遠(yuǎn)程集控中心統(tǒng)一采集、監(jiān)視、評(píng)估各個(gè)融冰子站的融冰裝置。系統(tǒng)分為融冰集控中心層、融冰子站層二級(jí)架構(gòu)。融冰集控中心擁有融冰主站服務(wù)器和融冰主站工作站主要設(shè)備，中心采用太網(wǎng)雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通信協(xié)議采用TCP/IP進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)與融冰子站設(shè)備(融冰裝置)進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)鏈路采用綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，融冰子站側(cè)利用已有設(shè)備將各融冰裝置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上送至融冰專(zhuān)用遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)關(guān)機(jī)，通過(guò)104規(guī)約走調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)或運(yùn)營(yíng)商專(zhuān)用通道上傳到中心側(cè)，子站出口和集中監(jiān)控中心入口均設(shè)有縱向加密裝置，確保電力信息安全。

1.3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

直流融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Software structure diagram of centralized monitoring and evaluation system for ice melting device

數(shù)據(jù)源來(lái)自融冰子站側(cè)的融冰裝置和升壓站。數(shù)據(jù)獲取層是整個(gè)數(shù)據(jù)中心的信息采集模塊，即采集中心，支持通過(guò)數(shù)據(jù)抽取、文件抽取、數(shù)據(jù)直采等方式。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層共有模型和數(shù)據(jù)兩個(gè)中心，采用了混合存儲(chǔ)框架，可以滿(mǎn)足不同專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求。時(shí)序庫(kù)、關(guān)系庫(kù)、文件服務(wù)器等組件可以通過(guò)自由組合的方式，構(gòu)成所需的功能模塊。系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)工具用于后期運(yùn)行維護(hù)人員快速掌握系統(tǒng)和發(fā)現(xiàn)、排查問(wèn)題。應(yīng)用服務(wù)層包含交換中心、展示中心和業(yè)務(wù)平臺(tái)，整個(gè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的最終目的所在，具有數(shù)據(jù)服務(wù)、模型服務(wù)、人機(jī)界面、報(bào)警服務(wù)等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)融冰裝置工況的整體評(píng)估，便于安排融冰裝置檢修計(jì)劃，減少人力成本投入[25-28]。

2 融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 信號(hào)上送點(diǎn)表篩選

直流融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)需要通過(guò)參考相關(guān)規(guī)范和調(diào)研現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，篩選出子站升壓站和融冰裝置需要上送的遙測(cè)、遙信點(diǎn)表。依據(jù)南方電網(wǎng)關(guān)于變電站融冰裝置信息接入綜自系統(tǒng)要求，遙測(cè)采集的信號(hào)主要包括換流變壓器與整流閥連接的一側(cè)電壓電流功率以及交流電網(wǎng)連接一側(cè)電壓電流功率、車(chē)載融冰裝置交流輸入側(cè)的電壓電流功率、車(chē)載融冰裝置地點(diǎn)或經(jīng)緯度、正負(fù)極直流電壓電流功率、換流閥觸發(fā)角觸發(fā)角、網(wǎng)側(cè)總諧波失真度、融冰裝置用交流濾波器組無(wú)功功率。采集的遙信主要包括換流變網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)、換流閥交流輸入端、融冰裝置用交流濾波器、車(chē)載融冰裝置交流輸入端、換流閥直流正負(fù)極母線(xiàn)、融冰線(xiàn)路、旁路母線(xiàn)、換流閥的斷路器和隔離刀閘狀態(tài)，以及一相對(duì)一相融冰方式、一相對(duì)兩相融冰方式、直流融冰系統(tǒng)工況(故障/正常)或事故總信號(hào)、車(chē)載融冰裝置運(yùn)行狀態(tài)等。

經(jīng)過(guò)對(duì)貴州省內(nèi)各融冰子站上送信號(hào)進(jìn)行調(diào)研，以上信息均已上送調(diào)度，同時(shí)需要上送直流融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)。此外，還需從表征融冰裝置工作狀況的關(guān)鍵遙測(cè)量和遙信量出發(fā)，提出一套融冰裝置評(píng)價(jià)導(dǎo)則，將導(dǎo)則里所需采集的信息同樣傳入融冰集控中心。

2.2 融冰裝置評(píng)價(jià)導(dǎo)則

融冰裝備作為電網(wǎng)中的非常規(guī)設(shè)備，開(kāi)展其狀態(tài)評(píng)價(jià)，為設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)開(kāi)展及日常運(yùn)行維護(hù)提供更為可靠的依據(jù)。對(duì)融冰裝置評(píng)價(jià)而言，監(jiān)測(cè)狀態(tài)量的選擇直接關(guān)系著融冰裝置的運(yùn)行狀態(tài)，未來(lái)可能發(fā)生的故障，因而在狀態(tài)量選取上，主要來(lái)自4個(gè)渠道。

1)原始資料，如技術(shù)規(guī)范書(shū)、銘牌、圖紙、型式試驗(yàn)報(bào)告等。

2)運(yùn)行資料，如帶融冰線(xiàn)路運(yùn)行情況、過(guò)電壓出現(xiàn)情況，三相不平衡情況，各類(lèi)缺陷處理及更換資料等。

3)設(shè)備每年定期預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)(如升流、升壓試驗(yàn))。

4)其他資料，如裝置升級(jí)改造、設(shè)備關(guān)鍵零部件更換等。

直流融冰裝置健康狀況評(píng)價(jià)根據(jù)輕重緩急分為1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)，各種狀態(tài)等級(jí)分別選取不同權(quán)重系數(shù)。1級(jí)、2級(jí)健康狀態(tài)為一般狀態(tài)，3級(jí)、4級(jí)對(duì)應(yīng)為重要狀態(tài)。

依據(jù)長(zhǎng)期運(yùn)行積累的專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，將直流融冰裝置狀態(tài)分為如下4種狀態(tài)。

1)正常狀態(tài)。此狀態(tài)表示直流融冰裝置各項(xiàng)參數(shù)均在正常范圍里。

2)注意狀態(tài)。此狀態(tài)代表直流融冰裝置狀態(tài)量朝規(guī)定的限值發(fā)展，但仍未超過(guò)閾值，僅需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

3)異常狀態(tài)。此狀態(tài)代表直流融冰裝置狀態(tài)量(大部分狀態(tài)參量)變化較大，已接近或略微超過(guò)限值，運(yùn)維人員需要安排停電檢修計(jì)劃；

4)嚴(yán)重狀態(tài)。此狀態(tài)代表直流融冰裝置單關(guān)鍵參量狀態(tài)量嚴(yán)重超過(guò)限值，需要立即停電開(kāi)展檢修工作。

對(duì)直流融冰裝置的評(píng)價(jià)采取扣分制，視狀態(tài)量的劣化程度從輕到重分為四級(jí)，分別為I、II、III和IV級(jí)，其對(duì)應(yīng)的基本扣分值分別為2分、4分、8分、10分。直流融冰裝置狀態(tài)量的應(yīng)扣分值等于該狀態(tài)量的實(shí)扣分值乘以相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。在正常狀態(tài)下，對(duì)所屬的狀態(tài)量評(píng)價(jià)不扣分。

直流融冰裝置的狀態(tài)評(píng)價(jià)分為部分和整體兩部分。根據(jù)直流融冰裝置各主要部件的獨(dú)立性，將其分為：閥組、控制保護(hù)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、變壓器和電抗器等五個(gè)部件。直流融冰裝置部件狀態(tài)量扣分標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)狀態(tài)量來(lái)源，從每個(gè)角度細(xì)分扣分項(xiàng)，例如，原始資料的出廠(chǎng)試驗(yàn)報(bào)告不完備的基礎(chǔ)扣分值為2分，權(quán)重系數(shù)為2，則該部分應(yīng)扣分值為4分；閥塔內(nèi)電氣連接線(xiàn)有松動(dòng)、脫落現(xiàn)象的基礎(chǔ)扣分值為8分，權(quán)重系數(shù)為3，應(yīng)扣分值為24分。

直流融冰裝置部件的評(píng)價(jià)應(yīng)同時(shí)考慮單項(xiàng)狀態(tài)量的扣分和部件合計(jì)扣分情況，例如閥組的單項(xiàng)扣分大于等于30時(shí)視為嚴(yán)重狀態(tài)，評(píng)估出部件狀態(tài)隸屬于正常、注意、異常、嚴(yán)重狀態(tài)的哪一種。

2.3 主成分分析

融冰裝置的狀態(tài)量種類(lèi)較多，如何選取合適的狀態(tài)量用作裝置評(píng)估是必須解決的問(wèn)題。為避免專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)的主觀(guān)性，本文引入主成分分析法對(duì)各個(gè)狀態(tài)量對(duì)裝置的影響作客觀(guān)評(píng)價(jià)。

主成分分析法是一種多元分析法，通過(guò)考慮多指標(biāo)之間的相互關(guān)系，采取降維方法將多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少量綜合指標(biāo)，達(dá)到有效過(guò)濾冗余信息的目的。其本質(zhì)是通過(guò)正交變換，將n維特征變量的坐標(biāo)系按方差最大原則作翻轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)、平移變換等操作，映射到m維特征變量(n>m)，達(dá)到降低維度的目的，重新構(gòu)造出的m維變量也被稱(chēng)為主成分。

設(shè)融冰裝置評(píng)價(jià)待選數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理后記為x1,x2……xn，經(jīng)過(guò)降維后的主成分變量記為y1,y2……ym，則有：

(1)

式中：系數(shù)p11,p12……pmn構(gòu)成系數(shù)矩陣。

主成分分析法的主要步驟如下：

步驟1：原始數(shù)據(jù)預(yù)處理和正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)化，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣X；

步驟2：計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣R，

(2)

式中：rij(i,j=1,2……q)為原始指標(biāo)變量xi和xj的相關(guān)系數(shù)，即：

(3)

式中：cov(xi,xj)為變量xi和xj的協(xié)方差，Var(xj)為變量xj的樣本方差；

步驟3：計(jì)算特征值和特征向量；

步驟4：計(jì)算主成分貢獻(xiàn)率ai和累計(jì)貢獻(xiàn)率b，即：

(4)

(5)

式中：γi和γj為方差特征值。通常累計(jì)貢獻(xiàn)率在70%以上的特征值可視為主成分，可根據(jù)具體場(chǎng)景做一定程度的降低；

步驟5：計(jì)算主成分總得分c，即：

c=a1y1+a1y1+……+amym

(6)

式中：y1,y2……ym為各主成分的得分。

2.4 實(shí)時(shí)庫(kù)一體化建模

直流融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)需要接入升壓站、融冰裝置等多種類(lèi)型的數(shù)據(jù)，各升壓站設(shè)備和融冰裝置均來(lái)自不同廠(chǎng)家，各廠(chǎng)家的點(diǎn)表、模型均有不同。直流融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)，建模時(shí)對(duì)不同設(shè)備和裝置做了抽象和封裝。

直流融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)遵循IEC61970公共信息模型(CIM)，并采用面向?qū)ο蟮乃枷虢⒘藢?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，生成升壓站模型和融冰裝置模型。其中，CIM模型提供描述電力系統(tǒng)主要對(duì)象和電網(wǎng)一次設(shè)備及拓?fù)潢P(guān)系的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。升壓站模型主要包括電壓等級(jí)、間隔、一次設(shè)備等層級(jí)，融冰裝置主要包括測(cè)點(diǎn)組、測(cè)點(diǎn)等層級(jí)，層級(jí)之間通過(guò)唯一標(biāo)識(shí)符建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供對(duì)持久數(shù)據(jù)的面向?qū)ο蟠嫒》绞?，基于?duì)象標(biāo)識(shí)OID的索引機(jī)制，使訪(fǎng)問(wèn)速度達(dá)到指針級(jí)，有效保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。在本地緊耦合方式下，訪(fǎng)問(wèn)速度可達(dá)每秒上千萬(wàn)次；客戶(hù)/服務(wù)器方式下，速度也達(dá)到每秒幾百萬(wàn)次。

直流融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)采用擴(kuò)展能力強(qiáng)的面向?qū)ο竽Ｐ?。為降低系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，系統(tǒng)中主要選取先進(jìn)的連接池技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行復(fù)用；為保持系統(tǒng)的高速訪(fǎng)問(wèn)能力，系統(tǒng)采取分發(fā)策略連接到負(fù)載較小的服務(wù)器。同時(shí)系統(tǒng)獨(dú)特的在線(xiàn)裝庫(kù)機(jī)制，使經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的電網(wǎng)模型在載入實(shí)時(shí)庫(kù)的過(guò)程中，不終止原先運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)進(jìn)程和應(yīng)用進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)了裝庫(kù)過(guò)程的無(wú)縫切換。

3 融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

直流融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)結(jié)合分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、跨平臺(tái)可視化技術(shù)與面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在架構(gòu)上采用分布式、可異構(gòu)與可擴(kuò)展的方案，進(jìn)而使得整個(gè)監(jiān)控評(píng)估系統(tǒng)具備靈活、可擴(kuò)展特性。整個(gè)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)流程圖如圖3所示。

圖3 融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Functional structure diagram of centralized monitoring and evaluation system for ice melting device

首先，融冰子站根據(jù)信號(hào)點(diǎn)表篩選情況，將相關(guān)遙測(cè)、遙信通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)、安全裝置、電力調(diào)度專(zhuān)線(xiàn)或運(yùn)營(yíng)商專(zhuān)線(xiàn)上送至融冰集控中心，由融冰集控中心服務(wù)器的前置模塊接收數(shù)據(jù)，并基于分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)存入實(shí)時(shí)庫(kù)。實(shí)時(shí)庫(kù)具備實(shí)時(shí)性和一致性，基于對(duì)象標(biāo)識(shí)的索引機(jī)制，能夠有效保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。其次，系統(tǒng)在實(shí)時(shí)庫(kù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行人機(jī)界面監(jiān)控，界面采用組件技術(shù)，具備較為靈活的人機(jī)交互能力，可以將接線(xiàn)圖、儀表參數(shù)，列表、曲線(xiàn)等進(jìn)行集成顯示。最后，系統(tǒng)依據(jù)接入的遙測(cè)遙信數(shù)據(jù)和融冰裝置評(píng)價(jià)導(dǎo)則，對(duì)融冰裝置狀態(tài)量進(jìn)行主成分分析，提取主成分，依據(jù)主成分進(jìn)行融冰裝置評(píng)估，實(shí)時(shí)分析當(dāng)前融冰裝置的工況狀態(tài)，展示在人機(jī)界面中。

4 實(shí)例分析

4.1 信號(hào)上送、傳輸與接收

本文以某直流融冰集中監(jiān)視中心在2022年1月的運(yùn)維數(shù)據(jù)作為實(shí)例，驗(yàn)證本文方法的有效性。在融冰子站側(cè)，由站內(nèi)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)對(duì)下通過(guò)網(wǎng)絡(luò)MODBUS、IEC104等規(guī)約接入升壓站SCADA系統(tǒng)、融冰裝置等信號(hào)，對(duì)上通過(guò)IEC104規(guī)約經(jīng)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機(jī)、縱向加密裝置、路由器送至調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)或運(yùn)營(yíng)商專(zhuān)線(xiàn)，傳輸至融冰集控中心。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸采用高效的數(shù)據(jù)塊傳輸機(jī)制，數(shù)據(jù)塊作為通訊的最小單元，可由用戶(hù)自定義采集頻率。在融冰集控中心側(cè)，收到的信號(hào)經(jīng)縱向加密裝置、入侵防御系統(tǒng)、防火墻送達(dá)主干網(wǎng)II區(qū)交換機(jī)，并傳輸至融冰主站服務(wù)器，在前置模塊進(jìn)行接收并解析。

4.2 信號(hào)入實(shí)時(shí)庫(kù)

系統(tǒng)實(shí)時(shí)庫(kù)接受前置模塊解析的數(shù)據(jù)流，基于面向?qū)ο蟮纳龎赫竞腿诒b置模型存儲(chǔ)和刷新數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在系統(tǒng)的任意節(jié)點(diǎn)可配置。系統(tǒng)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)按應(yīng)用的需要分布于各臺(tái)終端機(jī)器，即某一節(jié)點(diǎn)保存該節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的應(yīng)用所有數(shù)據(jù)庫(kù)，完善的一致性策略保證主副本之間的同步更新。數(shù)據(jù)庫(kù)的多副本不僅均衡了系統(tǒng)的負(fù)荷，而且避免了單點(diǎn)故障影響應(yīng)用的運(yùn)行，從而提升了系統(tǒng)的可靠性。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)可在融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)的任意結(jié)點(diǎn)可配置。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)按監(jiān)控的需要分布于各變電站終端。

4.3 人機(jī)界面監(jiān)控

融冰集控中心配置配備兩臺(tái)工作站作為融冰裝置集控中心運(yùn)行監(jiān)控子系統(tǒng)的主要人機(jī)界面。在系統(tǒng)上，提供了圖形化、報(bào)表、事件記錄及狀態(tài)顯示和查詢(xún)等多種形式的監(jiān)控方案。同時(shí)，系統(tǒng)具備提供定制化的數(shù)據(jù)展現(xiàn)功能，對(duì)于融冰裝置在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各類(lèi)故障可以一聲光等形式進(jìn)行報(bào)警并在前端進(jìn)行顯示。

系統(tǒng)支持人機(jī)界面定制化，可以監(jiān)控融冰子站的主接線(xiàn)圖、順控狀態(tài)、故障監(jiān)視、晶閘管監(jiān)視、水冷信號(hào)、信號(hào)狀態(tài)、測(cè)控分圖、交流保護(hù)分圖、合并單元分圖等，并可以根據(jù)運(yùn)維人員的需求離線(xiàn)配置人機(jī)界面。圖4為貴州直流融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)某站故障監(jiān)視人機(jī)界面圖。

圖4 故障監(jiān)視人機(jī)界面圖Fig.4 Fault monitoring man-machine interface diagram

4.4 融冰裝置評(píng)估

對(duì)融冰裝置狀態(tài)量進(jìn)行主成分分析，提取主成分，其特征值分布如表1所示。

表1 提取的5個(gè)主成分的特征值分布Tab.1 The eigenvalue distribution of the extracted 5 principal components

由表1可知，一共提取了5個(gè)主成分，累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到67.39%，因此可以用這5個(gè)主成分代表原有的指標(biāo)。

依據(jù)這5個(gè)指標(biāo)對(duì)融冰裝置進(jìn)行評(píng)估，模擬裝置正常狀態(tài)、注意狀態(tài)、異常狀態(tài)、嚴(yán)重狀態(tài)各100次，統(tǒng)計(jì)融冰裝置評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確率，如表2所示。

表2 融冰裝置狀態(tài)評(píng)估準(zhǔn)確率Tab.2 Accuracy of state assessment of ice melting devices

由表2可知，本文提出的融冰裝置評(píng)估方法在4種狀態(tài)下的準(zhǔn)確率均為100%，沒(méi)有發(fā)生誤報(bào)、漏報(bào)的現(xiàn)象，驗(yàn)證了本文模型的有效性和準(zhǔn)確性。

5 結(jié)論

本文針對(duì)直流融冰裝置運(yùn)行維護(hù)困難等現(xiàn)狀，提出了直流融冰裝置集中監(jiān)控方案并基于運(yùn)行檢修等狀態(tài)量提出了融冰裝置狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了基于直流融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)全省融冰裝置和融冰子站的統(tǒng)一監(jiān)視，以及對(duì)全省融冰裝置運(yùn)行工況的評(píng)估，為全省融冰裝置的運(yùn)維和檢修提供技術(shù)支撐。直流融冰裝置集中監(jiān)控與評(píng)估系統(tǒng)有助于防冰減災(zāi)形成區(qū)域化、集約化的精益生產(chǎn)管理模式，以極小的運(yùn)維成本產(chǎn)生較好的融冰管理效率，為統(tǒng)籌防冰減災(zāi)工程提供一種新的解決方案。