余紹峰，孫 翔，劉 巖，姚 峰，章立軍

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

1 電力設(shè)備在線監(jiān)測現(xiàn)狀

目前，狀態(tài)檢修已在電力企業(yè)深入人心，經(jīng)過多年的努力，也取得了明顯的技術(shù)進(jìn)步和顯著的執(zhí)行效益，但在設(shè)備在線監(jiān)測方面還存在不小的爭議。由于在線監(jiān)測裝置的可靠性和有效性還存在不足，過去十幾年內(nèi)安裝的在線監(jiān)測裝置的效果差異較大，使得此項(xiàng)工作的推廣存在較多困難。雖然目前已經(jīng)有相應(yīng)的管理規(guī)范出臺(tái)[1]，但實(shí)際效果離滿足企業(yè)生產(chǎn)要求還存在一定的距離。

1.1 現(xiàn)有在線監(jiān)測裝置存在的問題

（1）管理混亂。由于安裝這些在線監(jiān)測裝置多采用科研項(xiàng)目的形式，項(xiàng)目結(jié)束后，一旦無明顯的實(shí)際效果，容易導(dǎo)致無人或者少人管理的結(jié)果，很多裝置處于停運(yùn)狀態(tài)。

（2）通信方式混亂。由于是各電力生產(chǎn)企業(yè)自行試點(diǎn)開展工作，監(jiān)測裝置的生產(chǎn)廠家?guī)缀醵及醋约旱睦斫鈦韺?shí)現(xiàn)在線監(jiān)測裝置與服務(wù)器的通信，通信的軟、硬件設(shè)計(jì)差異極大。

（3）數(shù)據(jù)積累困難。由于管理混亂，導(dǎo)致在線數(shù)據(jù)無明確的流向。很多生產(chǎn)廠家直接將在線信息接入廠家內(nèi)部的服務(wù)器，電力企業(yè)反而難以獲得這些數(shù)據(jù)。

（4）在線裝置壽命較短。由于前期較多采用科研項(xiàng)目的形式，產(chǎn)品研發(fā)過于匆忙，很多在線裝置并未經(jīng)過長時(shí)間的現(xiàn)場考驗(yàn)，很可能運(yùn)行一段時(shí)間后就出現(xiàn)故障，甚至無法正常工作。

（5）有效性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。由于匆忙上馬，不少產(chǎn)品只是技術(shù)可行，并不能證明該產(chǎn)品監(jiān)測的狀態(tài)量可以正確反映設(shè)備的狀態(tài)。國家電網(wǎng)公司曾經(jīng)做過大規(guī)模的調(diào)研工作，表明國內(nèi)在線監(jiān)測裝置監(jiān)測到的設(shè)備缺陷數(shù)量較少，難以證明其有效性。

因此，為提升公司資產(chǎn)管理水平，進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)備管理，有必要建立統(tǒng)一的平臺(tái)對在線監(jiān)測裝置進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化管理。

1.2 在線監(jiān)測裝置專業(yè)化管理的成功案例

（1）福建省電力公司擁有國家電網(wǎng)公司內(nèi)部數(shù)量最多的在線監(jiān)測裝置，已經(jīng)建立了一套較為完整的在線監(jiān)測管理系統(tǒng)。系統(tǒng)主要采用表格形式，將福建省內(nèi)變電、輸電等幾個(gè)大類的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)納入統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行管理，并有初步的分析診斷功能。

（2）云南電網(wǎng)公司建立了技術(shù)監(jiān)督數(shù)據(jù)分析中心[2]，將技術(shù)監(jiān)督、狀態(tài)檢修、抗災(zāi)預(yù)警等功能結(jié)合在一起，并疏通了電力企業(yè)相關(guān)業(yè)務(wù)部門之間的業(yè)務(wù)流程，建立了與氣象部門的聯(lián)系，可通過三維地圖及表格靈活地表現(xiàn)當(dāng)前設(shè)備檢測到的狀態(tài)。

浙江省電力公司已在公司系統(tǒng)推廣了功能強(qiáng)大的PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，從而為推行電力設(shè)備在線監(jiān)測工作創(chuàng)造了有利條件。本文通過理論結(jié)合實(shí)踐的方式，給出了這一問題的解決方案。

2 數(shù)據(jù)分析中心的系統(tǒng)框架

浙江省電力公司在成功推廣PI數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，建立了數(shù)據(jù)分析中心，涉及的業(yè)務(wù)范圍如圖1所示，主要是影響設(shè)備狀態(tài)的內(nèi)因和外因，為了后續(xù)高級(jí)應(yīng)用的需要，還包括了一些歷史靜態(tài)信息。數(shù)據(jù)分析中心是一個(gè)宏觀的概念，以PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為主，也包括了安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PSMS）和狀態(tài)檢修系統(tǒng)（CBM）的數(shù)據(jù)，以及單獨(dú)設(shè)立的一些關(guān)系數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫之間的通道打通后可視業(yè)務(wù)需要進(jìn)行靈活的數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)集成后能用于高級(jí)分析，與現(xiàn)有的狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)不同，這些高級(jí)分析更注重靜態(tài)數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)、準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的結(jié)合。數(shù)據(jù)分析中心在各信息化項(xiàng)目中的定位如圖2所示。

圖1 數(shù)據(jù)分析中心涉及的業(yè)務(wù)范圍

圖2 數(shù)據(jù)分析中心在全省信息化項(xiàng)目中的定位

從浙江省電力公司對數(shù)據(jù)分析中心的定位來看，直觀的設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)信息監(jiān)測尚不能滿足公司的業(yè)務(wù)需求，還需要更深入挖掘?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的信息，并提供相應(yīng)的輔助策略建議，以指導(dǎo)現(xiàn)場實(shí)踐。

數(shù)據(jù)分析中心底層的通信模式為：在變電站級(jí)，由在線裝置廠家提供PI接口或安裝接口轉(zhuǎn)發(fā)程序，對現(xiàn)有裝置服務(wù)器進(jìn)行改造，將在線監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到地區(qū)電力局PI數(shù)據(jù)庫；地區(qū)電力局PI數(shù)據(jù)庫通過標(biāo)準(zhǔn)的PI-to-PI接口接入省電力公司PI數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享；在省電力公司數(shù)據(jù)分析中心，利用PI提供的PISDK工具，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提取到網(wǎng)頁進(jìn)行展示和分析。

3 數(shù)據(jù)分析中心平臺(tái)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)分析中心采用狀態(tài)分級(jí)的方法來評(píng)價(jià)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)在的風(fēng)險(xiǎn)，分成正常、一般、嚴(yán)重和危急4級(jí)（也可以根據(jù)需要另外分級(jí)）。應(yīng)用時(shí)可直接從圖層操作的專業(yè)列表進(jìn)入管理界面，也可以從地圖直接找到相應(yīng)的變電站進(jìn)行操作，如圖3、圖4所示。

圖3 變電站圖層操作方法

圖4 專業(yè)列表操作方法

選擇相應(yīng)的監(jiān)測內(nèi)容和變電站后，將彈出專業(yè)監(jiān)測頁面，專業(yè)人員可方便地監(jiān)測在線信息和執(zhí)行高級(jí)分析功能。中心還提供了報(bào)警提示界面、報(bào)警信息匯總、專業(yè)報(bào)表生成、與其他專業(yè)系統(tǒng)的鏈接等輔助功能。

以局放監(jiān)測為例，在線局放數(shù)據(jù)接入PI數(shù)據(jù)庫后，將統(tǒng)一接入浙江電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析中心進(jìn)行統(tǒng)一管理。中心采用專業(yè)列表和GIS地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，在Web上進(jìn)行綜合展示和管理。一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)超標(biāo)現(xiàn)象，報(bào)警列表和圖層中的變電站圖標(biāo)均將變色報(bào)警。

中心目前已經(jīng)完成的專業(yè)模塊基本囊括了省內(nèi)較為典型和實(shí)際效果較好的在線監(jiān)測內(nèi)容，包括：變壓器在線油色譜監(jiān)測、變壓器在線局部放電監(jiān)測、避雷器計(jì)數(shù)器動(dòng)作次數(shù)監(jiān)測、雷電定位監(jiān)測、雷電預(yù)警監(jiān)測、線路覆冰監(jiān)測、線路外絕緣耐污性能評(píng)估和電能質(zhì)量監(jiān)測。

4 應(yīng)用實(shí)例

以變壓器油色譜在線監(jiān)測為例，數(shù)據(jù)分析中心的分析功能構(gòu)成介紹如下。通過圖層操作或列表操作選擇專業(yè)和變電站后，進(jìn)入如圖5、圖6所示的在線數(shù)據(jù)瀏覽界面。

圖5 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查看界面

圖6 歷史數(shù)據(jù)查看界面

專業(yè)界面由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)、CBM評(píng)價(jià)結(jié)果、在線數(shù)據(jù)與離線試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比、監(jiān)測設(shè)備臺(tái)帳六部分組成。其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)來自PI數(shù)據(jù)庫；設(shè)備參數(shù)、監(jiān)測設(shè)備臺(tái)帳來自PSMS；CBM評(píng)價(jià)結(jié)果、在線數(shù)據(jù)與離線試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比來自CBM系統(tǒng)。

變壓器油色譜在線監(jiān)測實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可用柱狀圖來展示，但由于各氣體成分?jǐn)?shù)量差異較大，僅用柱狀圖反映數(shù)據(jù)是否超標(biāo)還不夠直觀。因此，在歷史數(shù)據(jù)曲線圖中采用了分級(jí)方法，用不同顏色標(biāo)明數(shù)據(jù)是否超標(biāo)以及超標(biāo)的程度。對不同的氣體標(biāo)注超限數(shù)值進(jìn)行區(qū)分，使得數(shù)量級(jí)差異較大的不同氣體均可直觀判斷。以圖6為例，從中可清楚看到該時(shí)間段內(nèi)氫氣存在程度較高的超標(biāo)現(xiàn)象，但其數(shù)值相對總烴數(shù)值仍然較小。

通過在線數(shù)據(jù)與離線試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，可以直觀掌握在線油色譜監(jiān)測的精度，進(jìn)而評(píng)估在線裝置的有效性。設(shè)備臺(tái)帳和監(jiān)測設(shè)備臺(tái)帳信息齊全，將有利于生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表，方便管理。

如果氣體成分?jǐn)?shù)據(jù)存在超標(biāo)現(xiàn)象，則可進(jìn)入分析診斷界面，如圖7、圖8所示，選擇實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析診斷。

分析診斷采用了綜合判斷、改良三比值法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、援例法、大衛(wèi)三角法和立方體圖示法等多種診斷方法。改良三比值法、大衛(wèi)三角法和立方體圖示法等屬于常規(guī)分析診斷方法，沒有將變壓器其他相關(guān)信息結(jié)合起來，有一定的局限性，因此分析結(jié)果不一定能夠完全反映設(shè)備狀態(tài)。為提高分析的正確性，通過利用歷史數(shù)據(jù)在相應(yīng)模型上進(jìn)行軌跡移動(dòng)，從而可以更加清楚直觀地看到整個(gè)設(shè)備油色譜狀態(tài)的變化過程。如圖7所示。

圖7 大衛(wèi)三角法界面軌跡圖

在建設(shè)數(shù)據(jù)分析中心時(shí)就十分強(qiáng)調(diào)歷史案例的借鑒作用，廣泛收集各種公開發(fā)表的變壓器故障案例和專家經(jīng)驗(yàn)，初步建立了歷史案例庫，綜合PI數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、PSMS中以往的檢修記錄、CBM狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果和系統(tǒng)運(yùn)行工況等信息，與歷史案例庫中的信息進(jìn)行對比，將相似的結(jié)果調(diào)出，以輔助當(dāng)前的分析診斷。由于分析方法多樣，分析結(jié)果未必一致，為此還制定了分析結(jié)果優(yōu)先篩選機(jī)制，明確分析結(jié)論。

為了能夠更好地指導(dǎo)現(xiàn)場工作，在分析得到可能導(dǎo)致在線監(jiān)測數(shù)據(jù)超標(biāo)的原因后，先判斷缺陷原因和大致部位，再進(jìn)一步提出詳細(xì)的帶電測試項(xiàng)目和停電試驗(yàn)方法。目前已經(jīng)編制完成了油色譜數(shù)據(jù)超標(biāo)后的各種對策，如圖8所示。

圖8 綜合分析判斷界面

5 結(jié)語

浙江電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析中心建設(shè)方案基于PI數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)分析和輔助決策功能，并建立了實(shí)際軟件平臺(tái)，融合多種理論分析手段，提高了設(shè)備故障診斷的正判率，使中心建設(shè)與現(xiàn)場需求緊密結(jié)合，實(shí)用性較強(qiáng)，進(jìn)一步提高了公司系統(tǒng)對設(shè)備的管理分析水平。實(shí)踐證明，利用PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析中心來加強(qiáng)在線監(jiān)測裝置的管理，進(jìn)而加強(qiáng)對在運(yùn)設(shè)備的管理，是行之有效的手段。

[1]輸變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)管理規(guī)范(試行)[S].國家電網(wǎng)公司，2008.

[2]云南電網(wǎng)技術(shù)監(jiān)督數(shù)據(jù)分析中心項(xiàng)目介紹[C].中國南方電網(wǎng)公司狀態(tài)監(jiān)測與狀態(tài)檢修技術(shù)研討會(huì).廣州，2010.