都 晨,趙 巍,黃 祥,陶 歡,楊 陽
(1.江蘇方天電力技術有限公司,江蘇 南京210000;2.南瑞集團有限公司/國網(wǎng)電力科學研究院,江蘇 南京210000;3.國網(wǎng)浙江嘉興供電公司,浙江 嘉興314000)
隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大,電網(wǎng)接入設備隨之增多,各類告警信息數(shù)量也越來越龐大,如何在龐雜的信息流中及時發(fā)現(xiàn)重要異常信息,是保障電網(wǎng)安全運行的重要手段。文獻[1-5]對監(jiān)控系統(tǒng)信息分類和監(jiān)控畫面展示進行了優(yōu)化,有效減少監(jiān)控信息數(shù)量,提升了監(jiān)控工作效率。
本文結合監(jiān)控運行工作實際需求,根據(jù)測控裝置死機后電網(wǎng)監(jiān)控數(shù)據(jù)的特點,研究電力線路測控裝置死機的判別方法,并通過實際案例對該方法有效性進行驗證。
目前,只有當測控裝置硬件故障,操作電源斷開,交、直流空開跳閘后,調度自動化系統(tǒng)監(jiān)控后臺才會發(fā)“裝置報警”或“裝置故障”的信號;而測控裝置死機后,若通信通道沒有中斷,則監(jiān)控后臺不會提示告警信息,只顯示遙測、遙信數(shù)據(jù)不刷新(顏色變化提示)。因此,測控裝置死機不易及時發(fā)現(xiàn)。
測控裝置死機將造成重要監(jiān)控信息誤漏報,導致電網(wǎng)監(jiān)控人員不能實時掌握電網(wǎng)和設備運行狀態(tài)。隨著開關遠方操作的常態(tài)化,測控裝置死機將造成開關遙控操作不成功,事故處理等緊急情況時,將嚴重影響應急處置[12-18]效率;另外,電力線路故障情況下測控裝置死機將導致開關拒動,擴大事故范圍,給電網(wǎng)安全運行帶來重大隱患。
調度自動化系統(tǒng)具有電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)存儲功能[19-23],利用存儲的歷史數(shù)據(jù),挖掘測控裝置死機后各類數(shù)據(jù)的特征,根據(jù)數(shù)據(jù)特征進行自動甄別;歷史數(shù)據(jù)種類繁雜,選取何種數(shù)據(jù)作為測控裝置死機判別的源數(shù)據(jù)至關重要。
遙測和遙信數(shù)據(jù)是需要實時監(jiān)控的重要信息,遙測數(shù)據(jù)主要包括監(jiān)控設備的電壓、電流、有功、無功等,遙信數(shù)據(jù)主要包括開關、刀閘、二次設備軟壓板等位置信息。由于電壓等級恒定、有功和無功通過電壓及電流的相角關系得出,因此,線路電流遙測值可作為判別測控裝置死機的數(shù)據(jù)源。
電網(wǎng)穩(wěn)定運行時,在短時間內線路潮流尤其是發(fā)電機功率有相對不變性[24-25]。這種情況就不能簡單地依據(jù)在一定時間內遙測數(shù)據(jù)不刷新來判定測控裝置死機。因此,對于不刷新時間“t”大小的選取則成為解決問題的關鍵。若t 選擇過長,當電網(wǎng)發(fā)生故障或異常時,相關設備測控裝置發(fā)生死機,則監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控不到現(xiàn)場實時信息,影響事故處理分析;若t選擇偏短,有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)是正常不變化,而誤判為測控裝置死機,增加變電站運維值班人員的工作量。根據(jù)現(xiàn)場運行經(jīng)驗和實際需求,由于設備或者通信原因,導致遙測數(shù)據(jù)刷新間隔時間可達8~10 min。因此,遙測數(shù)據(jù)不刷新時間可設定為10 min,即超過10 min 則判斷為測控裝置死機。
單純從遙測數(shù)據(jù)不刷新對測控裝置死機進行判別,信息誤報可能性很大,下面將從電流判別閥值、線路兩端電流遙測值相對變化率和開關位置信息3個方面,給出測控裝置死機輔助判據(jù)。
在疾病架構中,若不進行手術,疾病無法痊愈,對應于若不進行實質性的改革,經(jīng)濟不會有太大起色,同理,在旅程架構中,若不真正的改變路線和方向,旅途仍會一路坎坷,對應于經(jīng)濟狀況不會有太大改善。這些觀點源于2008年金融危機后,許多外媒將中國視為世界經(jīng)濟的救命稻草,對中國的經(jīng)濟寄予厚望,而近兩年中國經(jīng)濟走勢放緩,媒體在報道中則開始“唱衰”。
1)電流判別閾值
在110 kV及以下電壓等級配電網(wǎng)中,部分線路長期處于空充狀態(tài),空充線路存在充電電流或零漂現(xiàn)象。經(jīng)統(tǒng)計,某地區(qū)電網(wǎng)空充線路最大充電電流為7.22 A,最小充電電流為0.78 A,充電電流實測值分布情況如圖1所示。
圖1 某地區(qū)電網(wǎng)空充線路電流實測值分布圖Fig.1 Distribution of measured current value of no load line in a certain area power grid
空充線路的電流遙測數(shù)據(jù)一般不刷新或刷新時間間隔較長,將導致誤發(fā)或頻發(fā)測控裝置死機告警信息。為了減少信息誤報,提高監(jiān)控工作效率,基于該地區(qū)空充線路電流實測值,將線路電流閾值設置為10 A(可根據(jù)電網(wǎng)實際調整電流閾值)。即線路電流是否大于10 A,作為測控裝置死機的輔助判據(jù)。
2)遙測電流值變化率
一般線路兩側測控裝置分屬兩個不同廠站,為了快速鑒別測控裝置死機的廠站,提高運維人員異常處置效率,本文提出本側電流相對變化率和兩側電流相對變化率的指標,即:
式(1)、式(2)中,δI-local表示本側電流相對變化率,δI-both表示兩側電流相對變化率,Ilocal-cur表示當前采樣周期本側電流遙測值,Ilocal-pre表示前一采樣周期本側電流遙測值,Ioffside-cur表示當前采樣周期對側電流遙測值。
若線路本側電流和兩側電流相對變化率均超出規(guī)定閾值,可迅速判別發(fā)生測控裝置死機的線路間隔所屬廠站。綜合考慮信息采樣延時,采樣誤差等因素,對該地區(qū)電網(wǎng)運行線路的兩側電流相對變化率誤差進行統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)電流小的線路相對變化率較大,電流大的線路相對變化率較小,但最大誤差不超過13%。因此,本文線路本側電流和兩側電流遙測值相對變化率的告警閾值均設為15%。
3)開關位置信息
若只判斷電流遙測值是否刷新,非運行狀態(tài)的間隔都將判斷為測控裝置死機,為避免誤發(fā)告警信號,干擾運行人員的正常監(jiān)控,本文選擇開關位置遙信數(shù)據(jù)作為測控裝置死機判別的輔助判據(jù)之一。
本文提出的基于調度自動化系統(tǒng)的智能判別程序包括了信息提取、信息存儲與比對以及輔助判據(jù)判別3個部分。
1)信息提取
智能判別程序從調度自動化系統(tǒng)主站數(shù)據(jù)庫[27]中依次讀取每一個廠站各間隔信息,主要包括廠站ID、間隔ID、間隔遙測電流值、開關位置信息、采樣時間等,如表1所示。
表1 智能判別程序間隔信息表Table 1 Line information table of intelligent discriminator
2)信息存儲與比對
將各廠站信息存放在指定的存儲區(qū)內,按照間隔ID 提取前一時刻和當前時刻電流采樣值,并進行比對。若前后采樣時刻數(shù)據(jù)不一致,則更新存儲器中相應間隔遙測電流值,作為下一次采樣值比對的初值;若前后采樣時刻數(shù)據(jù)一致,則更新存儲器中時間計數(shù)器,信息存儲與比對過程示意圖如圖2所示。
圖2 信息存儲與比對過程示意圖Fig.2 Information storage and comparison process
3)輔助判據(jù)判別
當時間計數(shù)器達到規(guī)定閾值,則進入輔助判據(jù)環(huán)節(jié)。本文從開關位置信息、電流判別閾值和遙測電流值變化率3 個方面進行輔助判別,當且僅當滿足所有輔助判據(jù)后,確認間隔測控裝置已死機,并觸發(fā)告警。
圖3 輔助判據(jù)判別示意圖Fig.3 Diagram of auxiliary criterion discrimination
4)智能判別程序設計
判別測控裝置死機的程序框圖如圖4所示。程序循環(huán)周期Tx設定為可調,對于Tx值的選擇,需要根據(jù)電網(wǎng)運行特點、運行經(jīng)驗及實際需要來確定。在第一個Tx時間內,程序完成對主站數(shù)據(jù)庫內全部廠站的電流數(shù)據(jù)的收取,并分清廠站和間隔存放在指定的存儲區(qū)內作為初值;在第二個Tx時間內,程序完成第二次電流數(shù)據(jù)的收取,并與第一次收取的數(shù)據(jù)對應位相比較;相繼進行第三次、第四次……數(shù)據(jù)的收取并進行比較。在其中任意兩次的取數(shù)和比較時,若出現(xiàn)某一數(shù)據(jù)不變的結果,而且此數(shù)據(jù)不變化累計時間大于或等于規(guī)定閾值,則進入輔助判據(jù)判別流程;當同時滿足所有輔助判據(jù)條件后,將判定該數(shù)據(jù)所屬間隔的測控裝置死機。
圖4 智能判別程序流程圖Fig.4 Flow chart of intelligent discrimination program
以某地區(qū)實際電網(wǎng)為例,驗證本文提出的測控裝置死機智能判別程序有效性。該地區(qū)調度管轄范圍內共有35 座220 kV 變電站、150 座110 kV 變電站、50 座35 kV變電站,線路間隔上千個,若由監(jiān)控人員手動進行全面巡視,不僅耗費大量時間,還容易出現(xiàn)遺漏。
將本文提出的測控裝置死機智能判別程序嵌入調度自動化系統(tǒng)中,便于智能判別程序快速調用調度自動化系統(tǒng)主站數(shù)據(jù);為了提高監(jiān)控人員識別測控裝置故障信息的時效性,不僅在監(jiān)控畫面相應間隔增加了“間隔測控裝置測量故障”光字牌(如圖3 所示),還在監(jiān)控報文中添加了相應的告警信息。
程序循環(huán)周期Tx的選取比較關鍵,根據(jù)該地區(qū)電網(wǎng)運行特點和實際運行經(jīng)驗,主站通過前置機采集全部廠站的遙測數(shù)據(jù)時間周期是4 s,所以程序循環(huán)周期Tx應大于4 s。為保證1個周期內能夠采集全部間隔信息,本案例中程序循環(huán)周期取20 s。
1)測控裝置死機場景模擬
通過人工置數(shù)的方式修改前置機遙測電流值,將某變電站正陽-秀水線A 相電流遙測值由230 A 修改為180 A,并保持15 min 不變,如圖5 所示。智能判別程序按照圖4流程進行循環(huán)采樣和判別。
圖5 新增光字牌信息Fig.5 New monitoring information of notice board
2)測試結果
當間隔遙測電流值不刷新時間累積達到10 min,且滿足所有輔助判據(jù)后,監(jiān)控后臺彈出“正陽-秀水線路測控裝置測量故障”動作的告警報文(如圖6所示),同時線路間隔中相應光字牌動作,監(jiān)控人員可根據(jù)告警報文和光字牌信息迅速定位測控裝置死機的間隔。
圖6 監(jiān)控報文新增告警信息Fig.6 New alarm information of monitoring message
本文結合電網(wǎng)監(jiān)控工作實際,研究了測控裝置死機的智能判別方法,該方法已成功應用于實際監(jiān)控工作,極大地節(jié)省了測控裝置死機的排查時間,提高了監(jiān)控工作效率,提升了異常缺陷發(fā)現(xiàn)的及時率,可有效預防因遺漏重要信息而造成電網(wǎng)事故。本文僅基于電力調度自動化系統(tǒng),研究通過電流遙測數(shù)據(jù)不刷新判別線路間隔測控裝置死機,后續(xù)將基于實際應用效果對本文提出的智能判別方法進行優(yōu)化,充分挖掘調度自動化系統(tǒng)[28-30]各項功能,對主變、母線等其它設備間隔測控裝置死機判別開展方法適應性研究,提高電網(wǎng)的智能化水平。