變電站智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案

　　變電設(shè)備智能狀態(tài)監(jiān)測是實現(xiàn)變電站的信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化的必要條件，并可以根據(jù)實際需要來支持電網(wǎng)實時自動控制、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能，實現(xiàn)與相鄰變電站、電網(wǎng)調(diào)度等互動。電力設(shè)備智能狀態(tài)監(jiān)測不僅可以掌握電力設(shè)備的當(dāng)前運行情況，還可以根據(jù)其專家系統(tǒng)利用其運行狀態(tài)數(shù)據(jù)庫對電力設(shè)備進(jìn)行綜合診斷，電力設(shè)備智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是實現(xiàn)智能變電站的基礎(chǔ)。本文針對目前變電站設(shè)備的監(jiān)測技術(shù)，結(jié)合近年來該領(lǐng)域的現(xiàn)狀和智能電網(wǎng)的發(fā)展方向，對變電站智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行綜述。

　　變電站作為智能電網(wǎng)的核心組成部分，其建設(shè)獲得了越來越多的關(guān)注。根據(jù)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)，變電站一次設(shè)備智能狀態(tài)監(jiān)測是指采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的傳感系統(tǒng)，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能，實現(xiàn)與相鄰變電站、電網(wǎng)調(diào)度等互動的變電站。電力設(shè)備智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是保證電力設(shè)備正常工作，有效開展?fàn)顟B(tài)檢修，并預(yù)估設(shè)備的損耗以建立全壽命周期管理體系，電力設(shè)備智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是實現(xiàn)智能變電站的基礎(chǔ)。因此以設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的狀態(tài)檢修成為實現(xiàn)智能變電站并最終建立智能電網(wǎng)的核心技術(shù)之一，該技術(shù)近年來獲得越來越多的重視。電力設(shè)備智能狀態(tài)監(jiān)測不僅是設(shè)備狀態(tài)檢修模式的基礎(chǔ)，也是智能變電站綜合自動化正在實施的電氣運行模式的需要。無論是智能變電站還是無人值守變電站在其監(jiān)控系統(tǒng)中都需要增加一個在線監(jiān)測及故障診斷專家系統(tǒng)，用以作為輔助決策手段，進(jìn)而提高監(jiān)控能力。要想實現(xiàn)真正的無人值守，必須加入電氣設(shè)備在線監(jiān)測和故障診斷的內(nèi)容，這樣變電站綜合自動化才更加完善和更有效。所以在測量、控制、保護(hù)和遠(yuǎn)動等綜合自動化的基礎(chǔ)上，融合電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)必將推動變電站綜合自動化向前發(fā)展。

　　電力設(shè)備智能狀態(tài)監(jiān)測不僅可以掌握電力設(shè)備當(dāng)前的運行情況，還可以根據(jù)其專家系統(tǒng)利用其運行狀態(tài)數(shù)據(jù)庫對電力設(shè)備進(jìn)行綜合診斷，為設(shè)備檢修提供輔助決策。為了解決電力設(shè)備故障診斷中所遇到的主要技術(shù)難題，需要突破常規(guī)方法進(jìn)行故障診斷的局限，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、灰色軌跡理論、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、模糊理論模型等各種算法，對電力設(shè)備實行故障診斷。利用各種數(shù)學(xué)模型從實現(xiàn)原理上進(jìn)行比較分析，研究出多種改進(jìn)的學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)變電站內(nèi)電力設(shè)備故障診斷絡(luò)模型。

　　1 電力設(shè)備智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)組成

　　電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測是指通過傳感器、計算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，及時獲取設(shè)備的各種特征參量并結(jié)合一定算法的專家系統(tǒng)軟件進(jìn)行分析處理，對設(shè)備的可靠性做出判斷，對設(shè)備的剩余壽命作出預(yù)測，從而及早發(fā)現(xiàn)潛在的故障，提高供電可靠性。電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測大大降低維修周期內(nèi)的設(shè)備故障率，為設(shè)備狀態(tài)檢修提供技術(shù)依據(jù)，并及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷和異常征兆，確保設(shè)備安全運行，從而提高供電可靠性。由于變電站內(nèi)電力設(shè)備種類繁多、結(jié)構(gòu)各異，狀態(tài)監(jiān)測的類型也千差萬別，但是，不論什么類型的監(jiān)測系統(tǒng)，都需要經(jīng)過3個步驟：采集設(shè)備數(shù)據(jù)信號；對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸；分析處理數(shù)據(jù)及診斷。

　　變電站內(nèi)電磁環(huán)境復(fù)雜，所采集到的模擬信號在傳輸?shù)倪^程中不免受到外界的各種干擾而產(chǎn)生信號失真，為了解決模擬信號在長距離傳輸后所導(dǎo)致的失真問題，現(xiàn)在傾向于將微弱的模擬信號就地模擬轉(zhuǎn)換，采用現(xiàn)場總線技術(shù)，由主機(jī)進(jìn)行循環(huán)檢測及處理。依據(jù)IEC61850關(guān)于變電站功能、變電站通信網(wǎng)絡(luò)以及整體系統(tǒng)建模的分層設(shè)定，智能變電站分為三層結(jié)構(gòu)：過程層、間隔層、站控層。如圖1所示。分層（級）分布式的結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計和現(xiàn)場總線控制技術(shù)。它由安裝在變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)和安裝在主控室內(nèi)的數(shù)據(jù)分析和診斷系統(tǒng)，再通過網(wǎng)絡(luò)，把若干個變電站的監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集到相關(guān)管理部門的數(shù)據(jù)管理診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)對多個變電站的電氣設(shè)備狀態(tài)的實時狀態(tài)監(jiān)測。

　　分層（級）分布式系統(tǒng)采用總線式結(jié)構(gòu)，增加或減少監(jiān)測設(shè)備和監(jiān)測項目均不需要改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要在通信總線上掛接以不同類型及數(shù)量的智能組件，就可實現(xiàn)不同高壓電氣設(shè)備、不同項目的連續(xù)狀態(tài)監(jiān)測，因而系統(tǒng)的開放性較好。所有的數(shù)據(jù)處理在就地完成，主控計算機(jī)僅完成通信控制和故障診斷，減輕了主機(jī)的負(fù)擔(dān)。所有的智能組件均應(yīng)具備嚴(yán)格的自檢功能，測量數(shù)據(jù)全部采用光纖通信方式傳輸，克服長距離傳輸模擬信號所導(dǎo)致的波形失真問題，并且可及時反映出就地模塊自身的工作狀況，提高監(jiān)測結(jié)果的可信度。而且，即使某個節(jié)點出現(xiàn)故障，也不影響整個系統(tǒng)的正常運行。即使通信光纜故障或主機(jī)故障，還可使用便攜式設(shè)備就地進(jìn)行檢測。以國內(nèi)首座220kV智能變電站無錫西涇變?yōu)槔渲悄軤顟B(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　2 電力設(shè)備智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

　　由于狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是一個跨部門、跨系統(tǒng)的大型綜合管理信息系統(tǒng)，如無錫供電公司西涇智能變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)涉及到的部門有生產(chǎn)技術(shù)部、調(diào)控中心、安監(jiān)部、監(jiān)控中心等各主要生產(chǎn)部門；涉及到的系統(tǒng)有PMIS，SCADA，EMS等；涉及到的裝置有變壓器綜合管理平臺、GIS局放監(jiān)測裝置、斷路器監(jiān)測裝置、避雷器檢測裝置等。所以在設(shè)計狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的功能模塊時，除考慮自身的相對獨立性和開放性以外，還得重點考慮與其他已有系統(tǒng)模塊的集成。

　　一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示，該功能框圖涵蓋了常見一次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測項目。

　　3 電力設(shè)備智能狀態(tài)監(jiān)測專家系統(tǒng)

　　專家系統(tǒng)（ExpertSystems）是人工智能中的一個重要分支，是關(guān)于問題求解的一種智能軟件。它是一種在相關(guān)領(lǐng)域中具有專家水平能力的智能程序系統(tǒng)。它能利用領(lǐng)域內(nèi)專家多年積累的經(jīng)驗與知識，模擬人類專家的思維過程，求解需要專家才能解決的困難問題。專家系統(tǒng)通過知識進(jìn)行推理，在問題所在的領(lǐng)域內(nèi)推導(dǎo)出滿意的答案，即“專家系統(tǒng)=知識+推理”，這區(qū)別于常規(guī)計算機(jī)程序“程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法”的一般模式，以達(dá)到“智能監(jiān)測、智能判斷、智能管理、智能驗證”的目的。變電站故障診斷專家系統(tǒng)主要是根據(jù)電氣設(shè)備如斷路器、變壓器、避雷器和容性互感器等一次設(shè)備進(jìn)行開發(fā)和研究。專家系統(tǒng)主要包括：數(shù)學(xué)模型和專家評估模型兩大塊。

　　數(shù)學(xué)模型是指利用改進(jìn)的數(shù)學(xué)模型，把歷史數(shù)據(jù)庫中的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行推理分析，診斷出運行電力設(shè)備的健康狀況。專家評估模型是指利用知識庫和推理機(jī)診斷運行電力設(shè)備的故障情況，也可以采用人機(jī)交互診斷混合推理策略，對運行電力設(shè)備提出維護(hù)方案。

　　變電設(shè)備專家診斷系統(tǒng)作為狀態(tài)監(jiān)測的核心技術(shù)和最終目標(biāo)，需要依托監(jiān)測技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，目前仍處于研究發(fā)展階段。

　　4 智能變電站綜合告警系統(tǒng)

　　智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)按照站內(nèi)信息高度集成共享的原則，一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測平臺的信息量，除了常規(guī)的四遙信息外，還融入了大量設(shè)備的狀態(tài)信息、動態(tài)PMU信息等。信息的高度融合與共享，對現(xiàn)有的變電站監(jiān)測系統(tǒng)，如果按照傳統(tǒng)的報警信息分類和組織模式，當(dāng)變電站發(fā)生事故時，監(jiān)控報警信息窗中將充斥著成百上千的提示、預(yù)告信息及事故信息，出現(xiàn)滾屏刷屏現(xiàn)象，監(jiān)控值班員眼花繚亂，無所適從，很難抓住重點，很容易遺漏重要告警信號，延誤處理使變電站運行值班人員無法在短時間內(nèi)準(zhǔn)確判斷事故原因，不利于事故的及時處理。智能變電站實現(xiàn)了基于IEC61850技術(shù)實現(xiàn)了變電站全景數(shù)據(jù)的高度整合，但如何實現(xiàn)基于變電站告警信息的綜合分析和

　　變電站運行異常處理專家系統(tǒng)，為變電站值班人員進(jìn)行事故處理提供輔助決策，是提高變電站運行和管理水平以及智能化程度的重要標(biāo)志之一。

　　智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)融合了報警信