葉志祥，唐喜，任雁銘，朱江，黃昕，陰孟濤

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司保山供電局，云南 保山 678000； 2.北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司，北京 100085)

0 引 言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力設(shè)備故障次數(shù)有所提高，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在各類電力設(shè)備故障中絕緣故障占比較高，局放監(jiān)測(cè)是絕緣故障監(jiān)測(cè)的有效手段之一。局放監(jiān)測(cè)又分為在線監(jiān)測(cè)、帶電檢測(cè)兩類，二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可有效反映電力設(shè)備絕緣故障現(xiàn)象并精確定位故障位置，目前我國(guó)各大電力公司已經(jīng)在工程中有所應(yīng)用[1-2]。

局放在線監(jiān)測(cè)通常用于重要樞紐設(shè)備的絕緣監(jiān)測(cè)場(chǎng)合，在變電站內(nèi)配置UHF傳感器、局放監(jiān)測(cè)設(shè)備、局放分析后臺(tái)[3]，伴隨電力設(shè)備連續(xù)帶電運(yùn)行，局放分析后臺(tái)如果判斷局放發(fā)展趨勢(shì)明顯，會(huì)發(fā)出相應(yīng)的告警提醒運(yùn)行人員注意[4]?？紤]到UHF傳感器布置數(shù)量及位置有限，局放在線監(jiān)測(cè)只能判斷局放發(fā)生的大致位置，如果要精確定位局放位置，需要狀態(tài)監(jiān)測(cè)或運(yùn)維人員攜帶便攜式局放帶電檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行精確定位[5]。然而，這種情況通常會(huì)遇到以下問(wèn)題：

(1)供電公司庫(kù)房存放多種帶電檢測(cè)設(shè)備，不同廠商的設(shè)備數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，給數(shù)據(jù)存檔、分析、交互帶來(lái)很大的困擾，造成運(yùn)維人員使用時(shí)，手動(dòng)錄入簡(jiǎn)單的檢測(cè)結(jié)果，詳細(xì)的譜圖信息無(wú)法錄入PMS系統(tǒng)，不便于后續(xù)事件追溯、趨勢(shì)分析;

(2)局放在線監(jiān)測(cè)后臺(tái)軟件與帶電檢測(cè)分析軟件不兼容，二者的局放譜圖數(shù)據(jù)無(wú)法共享;

(3)帶電檢測(cè)分析結(jié)果不能作為一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)融入局放在線監(jiān)測(cè)后臺(tái)，影響局放發(fā)展趨勢(shì)判斷時(shí)間。通常運(yùn)維人員需要將每次的帶電檢測(cè)結(jié)果手動(dòng)錄入到狀態(tài)監(jiān)測(cè)主站，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

盡管國(guó)家電網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 616 《基于DL/T 860標(biāo)準(zhǔn)的變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用規(guī)范》對(duì)局放譜圖數(shù)據(jù)有了定義，但對(duì)于具體實(shí)施細(xì)節(jié)描述不夠規(guī)范，而且也未規(guī)定對(duì)局放帶電檢測(cè)譜圖的適用性，因此造成實(shí)際操作有難度。

基于上述問(wèn)題，提出局放在線監(jiān)測(cè)與帶電檢測(cè)信息融合的標(biāo)準(zhǔn)化方案，目的是讓局放分析數(shù)據(jù)與展示畫(huà)面分離，通過(guò)信息的標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)到不同監(jiān)測(cè)廠商和帶電檢測(cè)廠商的互操作，便于局放發(fā)展趨勢(shì)精確分析。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 兼容性

要實(shí)現(xiàn)局放在線監(jiān)測(cè)后臺(tái)與帶電檢測(cè)的互操作，局放譜圖數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化是主要解決的問(wèn)題，考慮到不同分析軟件運(yùn)行平臺(tái)、編程語(yǔ)言的差異性，采用了目前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域流行的XML技術(shù)。XML作為一種可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言，它可以用來(lái)標(biāo)記數(shù)據(jù)、定義數(shù)據(jù)類型，提供統(tǒng)一的方法來(lái)描述和交換獨(dú)立于應(yīng)用程序或供應(yīng)商的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，它設(shè)計(jì)的宗旨是傳輸數(shù)據(jù)，而不是顯示數(shù)據(jù)，具有很好的可靠性和互操作性。本文提到的局放標(biāo)準(zhǔn)化信息主要分為三類：描述信息、配置信息、數(shù)據(jù)信息。其中前兩者采用XML設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)信息采用通用文本文件設(shè)計(jì)。關(guān)于局放標(biāo)準(zhǔn)化信息的傳輸，采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的文件傳輸服務(wù)[6-7]，這樣，對(duì)于局放在線監(jiān)測(cè)場(chǎng)合，符合全站均采用IEC 61850的要求，對(duì)于局放帶電檢測(cè)場(chǎng)合，采用PC機(jī)運(yùn)行FTP服務(wù)即可以獲取到局放標(biāo)準(zhǔn)化信息，二者可以完全兼容。通過(guò)上述描述，有效解決信息定義、信息傳輸?shù)膯?wèn)題，從而達(dá)到局放在線監(jiān)測(cè)與帶電檢測(cè)信息融合的目的。

根據(jù)局放分析功能劃分，主要將局放實(shí)時(shí)譜圖信息、局放趨勢(shì)譜圖信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。通過(guò)提取二者的共性，將二類信息通過(guò)三個(gè)文件來(lái)描述：局放簡(jiǎn)報(bào)信息(.HDR)文件、局放配置信息(.CFG)文件、局放數(shù)據(jù)信息(.DAT)文件，為了表示三個(gè)文件的關(guān)聯(lián)性，采用文件基本名一致、文件擴(kuò)展名不一致的作法。其中，文件的標(biāo)準(zhǔn)名采用“監(jiān)測(cè)設(shè)備名+時(shí)間信息+錄波號(hào)+通道號(hào)”描述。文件擴(kuò)展名定義如下：HDR表示局放簡(jiǎn)報(bào)信息文件擴(kuò)展名；CFG表示局放配置信息文件擴(kuò)展名；DAT表示局放數(shù)據(jù)文件擴(kuò)展名。完整的一次局放信息樣例如下：

XX設(shè)備_RCD_年月日時(shí)分秒毫秒_數(shù)據(jù)號(hào)_XX通道.HDR

XX設(shè)備_RCD_年月日時(shí)分秒毫秒_數(shù)據(jù)號(hào)_XX通道.CFG

XX設(shè)備_RCD_年月日時(shí)分秒毫秒_數(shù)據(jù)號(hào)_XX通道.DAT

上述文件命名盡量保持與IEC 61850錄波文件命名一致，同時(shí)又進(jìn)行了擴(kuò)展?！癤X設(shè)備”：對(duì)于局放在線監(jiān)測(cè)，表示IEDName，對(duì)于帶電檢測(cè)，表示帶電檢測(cè)設(shè)備名即可；“RCD”固定，目的是與IEC 61850錄波文件名保持一致，“年月日時(shí)分秒毫秒”表示具體的局放發(fā)生時(shí)間，“數(shù)據(jù)號(hào)”對(duì)應(yīng)錄波序號(hào)，范圍為1～65535，每次加1，逐次遞增；“XX通道”為擴(kuò)展項(xiàng)，表示同一個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)不同的物理通道號(hào)，如果只有一個(gè)通道，則固定填1。

1.2 擴(kuò)展性

局放發(fā)生時(shí)，根據(jù)聲、光、電等不同現(xiàn)象的表現(xiàn)形式，局放監(jiān)測(cè)主要分為特高頻、超聲、高頻、地電波幾種實(shí)現(xiàn)原理，并派生出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備。為此，標(biāo)準(zhǔn)信息定義即要適應(yīng)變電站中的特高頻局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，又要適應(yīng)不同原理的手持式或便攜式帶電檢測(cè)設(shè)備。要實(shí)現(xiàn)這些信息擴(kuò)展，采用了XML語(yǔ)言中的通用節(jié)點(diǎn)對(duì)象，如特高頻局放采用< UHFInfo >節(jié)點(diǎn)信息表述，超聲局放采用節(jié)點(diǎn)信息表述、高頻局放采用< HFCTInfo >信息表述、地電波采用節(jié)點(diǎn)信息表述。對(duì)于不同的監(jiān)測(cè)設(shè)備有不同的監(jiān)測(cè)通道，為做到通道可擴(kuò)展，采用節(jié)點(diǎn)信息表述，為做到同一通道內(nèi)不同的PRPD/PRPS的二維/三維表現(xiàn)形式，采用表述,在節(jié)點(diǎn)內(nèi)通過(guò)不同屬性表述不同的曲線表述形式。這樣，局放分析軟件通過(guò)檢索XML節(jié)點(diǎn)并提取其中的屬性信息，即可以識(shí)別出當(dāng)前局放文件具體類型和相關(guān)屬性，從而達(dá)到多種帶電檢測(cè)設(shè)備不同譜圖文件數(shù)據(jù)共享的目的。

2 局放實(shí)時(shí)信息

對(duì)于GIS、主變/電抗器的局放在線監(jiān)測(cè)通常采用特高頻原理，在主設(shè)備上安裝內(nèi)/外置特高頻局放傳感器，傳感器通過(guò)高頻電纜連接局放監(jiān)測(cè)IED，局放監(jiān)測(cè)IED通過(guò)以太網(wǎng)連接在線監(jiān)測(cè)后臺(tái)。相應(yīng)的這類主設(shè)備的離線帶電檢測(cè)手段更加豐富，通常采用特高頻、超聲、高頻CT幾種原理進(jìn)行精確的故障定位。

對(duì)于開(kāi)關(guān)柜的局放監(jiān)測(cè)，出于工程實(shí)施成本考慮，一般不加裝局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，只有重要的樞紐設(shè)備或疑似缺陷設(shè)備，會(huì)加裝地電波原理局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)磁吸方式在開(kāi)關(guān)柜表面貼上地電波在線監(jiān)測(cè)裝置，然后通過(guò)485總線/以太網(wǎng)進(jìn)行組網(wǎng)，并連接至在線監(jiān)測(cè)后臺(tái)。相應(yīng)的這類主設(shè)備的離線帶電檢測(cè)通常采用手持式超聲、地電波設(shè)備、離線特高頻檢測(cè)儀進(jìn)行精確的故障定位。

綜合上述變電站內(nèi)幾類主設(shè)備的局放監(jiān)測(cè)考慮，需要對(duì)特高頻、超聲、高頻CT、地電波幾種原理的在線或離線局放信息進(jìn)行規(guī)范化定義，以便在連續(xù)時(shí)間域、離線時(shí)間域內(nèi)的局放信息不遺漏，真正發(fā)揮局放監(jiān)測(cè)的意義。

規(guī)范后的局放實(shí)時(shí)信息主要通過(guò)三個(gè)文件進(jìn)行表述：一個(gè)是局放簡(jiǎn)報(bào)，將局放主要信息以簡(jiǎn)報(bào)的形式體現(xiàn)；另一個(gè)是局放配置，用于數(shù)據(jù)定義表述；再一個(gè)是局放數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)內(nèi)容表述。

2.1 局放簡(jiǎn)報(bào)

局放簡(jiǎn)報(bào)信息一方面描述設(shè)備概要信息，如變電站名稱、傳感器位置、投運(yùn)時(shí)間等；另一方面是存儲(chǔ)每次局放發(fā)生時(shí)對(duì)應(yīng)的特高頻局放信息(放電次數(shù)、最大值、最小值、平均值、放電相位等)、超聲局放信息(有效值、最大值、50 Hz相關(guān)性、100 Hz相關(guān)性等)、地電波信息(最大值、每秒鐘放電次數(shù)等)、高頻(放電次數(shù)、放電量、放電相位等)信息，做到與譜圖波形數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，方便用戶查看。文件樣例如圖1所示。

圖1 局放簡(jiǎn)報(bào)文件樣例Fig.1 File model of PD report

2.2 局放配置

局放配置主要是對(duì)后續(xù)局放譜圖數(shù)據(jù)文件內(nèi)容做解釋，描述每個(gè)通道、每條局放曲線的屬性，譬如，每個(gè)通道上送的數(shù)據(jù)容量、采樣點(diǎn)數(shù)、數(shù)據(jù)類型、二維曲線還是三維曲線等，局放分析軟件讀取到配置信息，就可以知道后續(xù)要上送的數(shù)據(jù)文件如何解釋，從而得知后續(xù)數(shù)據(jù)如何繪制出用戶希望看的局放譜圖。表示通道節(jié)點(diǎn)，如果是多個(gè)通道，可以通過(guò)多個(gè)表示，表示曲線信息，如果有多條曲線可以用多個(gè)表示。每個(gè)可以含有多個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)又包括描述曲線的基本配置信息，如數(shù)值信息采用、、表示，節(jié)點(diǎn)內(nèi)包括數(shù)據(jù)類型、采樣率、采樣點(diǎn)數(shù)、描述名稱、單位等。每條曲線是二維、還是三維，或者是直線圖、餅狀圖、柱狀圖等，均可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的不同屬性表示。相應(yīng)的文件樣例如圖2所示。

2.3 局放數(shù)據(jù)

局放數(shù)據(jù)文件主要是根據(jù)配置文件中定義的具體格式對(duì)字節(jié)流進(jìn)行編碼，按逐個(gè)通道、逐條曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)存放，為提高可讀性，文中提出數(shù)據(jù)文件采用通用文本文件存儲(chǔ)方法。文件樣例如圖3所示。

圖2 實(shí)時(shí)譜圖配置文件格式Fig.2 Configuration file format of real-time spectrum diagram

圖3 實(shí)時(shí)譜圖數(shù)據(jù)文件格式Fig.3 Data file format of real-time spectrum diagram

3 局放趨勢(shì)信息

局放趨勢(shì)信息對(duì)于運(yùn)維人員的局放直觀判斷非常有意義，運(yùn)維人員人手少、維護(hù)設(shè)備多、查看時(shí)間短，對(duì)于局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)出的異常告警信息，運(yùn)維人員通常只需要查看在線監(jiān)測(cè)后臺(tái)或生產(chǎn)管理系統(tǒng)的局放發(fā)展趨勢(shì)，即可以快速確認(rèn)這類局放報(bào)警是虛警信號(hào)還是實(shí)警信號(hào)，因此將在線監(jiān)測(cè)、帶電檢測(cè)兩類監(jiān)測(cè)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行規(guī)范化定義是非常有意義的。規(guī)范后的局放趨勢(shì)信息主要通過(guò)兩個(gè)文件進(jìn)行表述：一個(gè)是配置信息，用于數(shù)據(jù)定義表述；另一個(gè)是數(shù)據(jù)信息，用于數(shù)據(jù)內(nèi)容表述。

3.1 局放配置

局放趨勢(shì)配置信息與局放實(shí)時(shí)配置信息格式基本相同，主要是通過(guò)節(jié)點(diǎn)描述多條趨勢(shì)曲線屬性，便于后續(xù)解析局放趨勢(shì)數(shù)據(jù)信息，從而完成局放類型統(tǒng)計(jì)圖、趨勢(shì)分析圖的繪制。文件樣例如圖4所示。

圖4 趨勢(shì)譜圖配置文件格式Fig.4 Configuration file format of trend spectrum diagram

3.2 局放數(shù)據(jù)

局放趨勢(shì)數(shù)據(jù)文件主要是根據(jù)配置文件中定義的具體格式對(duì)字節(jié)流進(jìn)行編碼，按逐條曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)存放，為提高可讀性，提出數(shù)據(jù)文件采用通用文本文件存儲(chǔ)方法。文件樣例如圖5所示。

圖5 趨勢(shì)譜圖數(shù)據(jù)文件格式Fig.5 Data file format of trend spectrum diagram

4 離線文件傳輸

對(duì)于帶電檢測(cè)設(shè)備，有了局放標(biāo)準(zhǔn)信息定義還不夠，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)過(guò)程中，通過(guò)帶電檢測(cè)設(shè)備生成檢測(cè)結(jié)果后，需要友好的融入在線監(jiān)測(cè)后臺(tái)或生產(chǎn)管理系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)這一功能，通常有兩種作法：一種是在帶電檢測(cè)設(shè)備分析軟件上添加IEC 61850文件服務(wù)功能，將分析結(jié)果按對(duì)應(yīng)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備IEDName同名的方式，采用虛擬設(shè)備觸發(fā)錄波的方式，形成新錄波文件請(qǐng)求，然后通過(guò)FTP傳入后端系統(tǒng)；另一種是采用第三方IEC 61850文件服務(wù)[8-9]模塊軟件，同樣采用上述虛擬方式進(jìn)行信息融合?？紤]到IEC 61850文件服務(wù)是純軟件，采用的是通用FTP服務(wù)，且實(shí)施簡(jiǎn)單，幾乎不增加額外的工程實(shí)施成本。

5 工程案例

按照國(guó)家電網(wǎng)一體化監(jiān)控的想法同時(shí)開(kāi)發(fā)局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和帶電檢測(cè)系統(tǒng)，局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是定性分析、譜圖展示、趨勢(shì)分析，帶電檢測(cè)系統(tǒng)用于局放定位。為實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)、不同部門(mén)開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)局放分析系統(tǒng)的一致性，公司采用了文中所述信息融合標(biāo)準(zhǔn)化方案，開(kāi)發(fā)出兩類局放分析系統(tǒng)，并應(yīng)用于江西陽(yáng)明東220 kV變電站實(shí)際工程，該變電站在送電期間發(fā)現(xiàn)2#主變間隔C相斷路器氣室斷路器合閘時(shí)，C相斷路器氣室的傳感器可接收到非常高的信號(hào)，PRPS/PRPD譜圖具有非常明顯的相位特性(如圖6所示)，且站內(nèi)在線監(jiān)測(cè)裝置判斷局放類型為空隙放電。為證明局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否為正確報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)工程人員拿來(lái)便攜式局放帶電檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)帶電檢測(cè)主機(jī)接入外置式特高頻局放傳感器，在PC軟件分析系統(tǒng)上的確看到了與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一致的局放譜圖(如圖7所示)，但通過(guò)超聲局放進(jìn)行定位，并未發(fā)現(xiàn)明顯局放信號(hào)，最后廠家與用戶仔細(xì)溝通，建議繼續(xù)觀察，并將局放帶電檢測(cè)結(jié)果融入局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，作為一個(gè)時(shí)間斷面數(shù)據(jù)，供后續(xù)分析參考。后來(lái)經(jīng)過(guò)連續(xù)三天的監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)，局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不再有局放報(bào)警信號(hào)，通過(guò)局放帶電檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)測(cè)，也沒(méi)有收到局放信號(hào)，經(jīng)過(guò)用戶、廠家的專業(yè)分析，確定為干擾信號(hào)，建議后續(xù)繼續(xù)跟蹤。同時(shí)，將此次帶電檢測(cè)相關(guān)文件通過(guò)在線監(jiān)測(cè)IED模擬系統(tǒng)傳入狀態(tài)監(jiān)測(cè)后臺(tái)，通過(guò)設(shè)置在線監(jiān)測(cè)IED名稱與虛擬IED名稱一致，本次記錄通過(guò)FTP完整的傳入狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析后臺(tái)，使得本次帶電檢測(cè)作為一個(gè)時(shí)間斷面數(shù)據(jù)永久留在GIS整個(gè)生命周期，將帶電檢測(cè)文件融入在線監(jiān)測(cè)后臺(tái)系統(tǒng)后的趨勢(shì)分析畫(huà)面如圖8、圖9所示。

盡管這次實(shí)測(cè)結(jié)果為干擾信號(hào)，但至少證明了所提出的信息標(biāo)準(zhǔn)化方案實(shí)際可行性，局放專業(yè)分析人員、用戶運(yùn)維人員對(duì)于這種作法非常認(rèn)可，通過(guò)上述實(shí)測(cè)，工程師在現(xiàn)場(chǎng)可以將精力主要用于問(wèn)題分析上，不會(huì)再對(duì)數(shù)據(jù)一致性、軟件兼容性分散過(guò)多的時(shí)間和精力，而且局放帶電檢測(cè)結(jié)果可以電子化融入局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，豐富了一次設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)設(shè)備狀態(tài)評(píng)估有非常大的參考意義。

圖6 局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)譜圖Fig.6 Spectrum diagram of PD on-line monitoring system

圖7 局放帶電檢測(cè)系統(tǒng)譜圖Fig.7 Spectrum diagram of PD off-line monitoring system

圖8 局放類型統(tǒng)計(jì)Fig.8 Pie and Bar chart of PD type statistic

圖9 局放總體趨勢(shì)Fig.9 Overall trend of PD

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)近幾年局放在線監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，對(duì)遇到的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，提出了局放在線監(jiān)測(cè)與帶電檢測(cè)信息有效融合標(biāo)準(zhǔn)化方案，將目前流行的XML技術(shù)、IEC 61850技術(shù)引入到監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)相關(guān)文件樣例的編寫(xiě)及測(cè)試，達(dá)到了局放在線監(jiān)測(cè)與帶電檢測(cè)信息互操作的目的，可有效緩解現(xiàn)有運(yùn)維人員手動(dòng)錄入帶電檢測(cè)結(jié)果的工作量，降低人為誤操作概率，可對(duì)一次設(shè)備狀態(tài)評(píng)估提供有效的技術(shù)支撐，也是對(duì)現(xiàn)有局放監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效補(bǔ)充，有很高的工程推廣價(jià)值。