徐培嘉

（國能徐州發(fā)電有限公司）

0 引言

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)于電廠設(shè)備健康狀況的評(píng)估與預(yù)測(cè)已經(jīng)成為了一項(xiàng)至關(guān)重要的工作。特別是對(duì)于繼電保護(hù)裝置，其運(yùn)行狀況直接影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。然而，傳統(tǒng)的健康評(píng)估方法往往依賴定期的巡檢和維修，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)和預(yù)防性維護(hù)。近年來，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，這一問題得到了有效的解決。

大數(shù)據(jù)技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)處理大量的數(shù)據(jù)，包括繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)以及其他相關(guān)數(shù)據(jù)。［1］通過對(duì)于這些數(shù)據(jù)的深度分析和挖掘，可以獲取到關(guān)于繼電保護(hù)裝置健康狀況的豐富信息，同時(shí)通過大數(shù)據(jù)的匯總分析功能，結(jié)合智能移動(dòng)終端，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)裝置健康狀況和可能故障的有效預(yù)測(cè)，從而有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠繼電保護(hù)裝置健康運(yùn)行的維護(hù)，通過相應(yīng)預(yù)案實(shí)現(xiàn)對(duì)可能故障的有效阻斷和快速排除。

1 傳統(tǒng)電廠繼電保護(hù)裝置健康狀況檢測(cè)的不足

傳統(tǒng)電廠繼電保護(hù)裝置是由各種硬件設(shè)備和軟件算法組成的復(fù)雜系統(tǒng)，用于快速切除故障設(shè)備，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。健康監(jiān)測(cè)則是保障這些裝置可靠性的重要手段。然而，受限于數(shù)據(jù)共享和傳遞方式、傳遞效率的不足，在實(shí)際操作中，依然存在著一些問題，導(dǎo)致對(duì)繼電保護(hù)裝置的健康評(píng)估存在漏洞，對(duì)其可能的故障常有遺漏，反應(yīng)滯后，給電廠的平穩(wěn)運(yùn)營帶來一定的隱患。

1.1 健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能不完善

健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不完善是其中一個(gè)主要問題。由于技術(shù)限制和設(shè)備老化，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可能無法全面、準(zhǔn)確地反映繼電保護(hù)裝置的狀態(tài)。這可能導(dǎo)致故障的漏報(bào)或誤報(bào)，影響電力生產(chǎn)的安全性。

繼電保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能不完善的第一個(gè)表現(xiàn)是數(shù)據(jù)傳輸延遲。［2］在系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸對(duì)于故障的準(zhǔn)確診斷和及時(shí)處理至關(guān)重要。如果數(shù)據(jù)傳輸速度緩慢，很可能導(dǎo)致故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，從而擴(kuò)大故障范圍，甚至可能引發(fā)更大的電力事故。通信故障是繼電保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能不完善的第二個(gè)表現(xiàn)。在電力系統(tǒng)中，各設(shè)備之間的通信至關(guān)重要。如果通信出現(xiàn)問題，不僅會(huì)影響數(shù)據(jù)的正常傳輸，還會(huì)導(dǎo)致控制指令無法及時(shí)下達(dá)，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行。此外，告警不及時(shí)和輔助決策功能缺失也是繼電保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能不完善的突出表現(xiàn)。在發(fā)生故障時(shí)，如果系統(tǒng)無法及時(shí)發(fā)出告警，很可能會(huì)錯(cuò)過最佳的處理時(shí)機(jī)，導(dǎo)致故障擴(kuò)大。同時(shí)，如果系統(tǒng)缺乏輔助決策功能，將無法為運(yùn)行人員提供準(zhǔn)確的故障分析和處理建議，影響故障處理的效率和質(zhì)量。

1.2 健康監(jiān)測(cè)的信息處理不及時(shí)

傳統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)信息的收集和處理不夠及時(shí)準(zhǔn)確也是一大障礙。在處理海量數(shù)據(jù)的過程中，由于數(shù)據(jù)處理速度和算法精度的限制，健康監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性受到影響。這可能延誤故障的發(fā)現(xiàn)和處理，造成潛在的安全隱患。

主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一，在電力系統(tǒng)中，信息的傳輸速度要求極高，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)可能瞬間變化。如果信息處理系統(tǒng)無法在短時(shí)間內(nèi)將各種數(shù)據(jù)和信號(hào)傳輸?shù)较鄳?yīng)的設(shè)備上，就可能導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置無法及時(shí)響應(yīng)，從而影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。信息傳輸延遲是影響繼電保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)性的重要因素。其二，在電力系統(tǒng)中，需要處理的數(shù)據(jù)量大而且復(fù)雜，如果數(shù)據(jù)處理能力不足，不能在短時(shí)間內(nèi)完成分析、處理和存儲(chǔ)，就可能導(dǎo)致信息處理的延遲。數(shù)據(jù)處理速度緩慢也是影響信息處理及時(shí)性的一個(gè)因素。

1.3 健康監(jiān)測(cè)的故障預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確

健康監(jiān)測(cè)設(shè)備的故障或損壞導(dǎo)致監(jiān)測(cè)效果降低。由于部分設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣或維護(hù)不當(dāng)，可能出現(xiàn)設(shè)備故障或損壞，從而影響健康監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。

主要表現(xiàn)為以下三點(diǎn)：其一，數(shù)據(jù)采集誤差過大：繼電保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要通過數(shù)據(jù)采集來掌握電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，數(shù)據(jù)采集可能會(huì)受到多種因素的影響，如設(shè)備老化、傳感器精度不高、數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤等，導(dǎo)致采集到的數(shù)據(jù)與實(shí)際狀況存在較大的偏差。其二，模型適用性不足：繼電保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常采用先進(jìn)的算法和模型來分析采集到的數(shù)據(jù)，從而預(yù)測(cè)故障的發(fā)生。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，這些模型和算法可能存在適用性問題，如對(duì)特定設(shè)備的適用性不強(qiáng)、對(duì)數(shù)據(jù)變化的敏感性不足等，導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際故障發(fā)生時(shí)間存在偏差。其三，缺乏有效的故障分類與識(shí)別：繼電保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在預(yù)測(cè)故障時(shí)，需要對(duì)不同的故障類型進(jìn)行分類和識(shí)別。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)可能存在故障分類與識(shí)別能力不足的問題，無法準(zhǔn)確地將故障類型區(qū)分開來，影響預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

2 基于大數(shù)據(jù)的繼電保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其優(yōu)勢(shì)

2.1 大數(shù)據(jù)繼電保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠繼電保護(hù)裝置的持續(xù)監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，需要構(gòu)建一個(gè)完整的健康評(píng)估與預(yù)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、模型訓(xùn)練和應(yīng)用等模塊。［4］其中，數(shù)據(jù)采集是關(guān)鍵，需要收集到繼電保護(hù)裝置的所有相關(guān)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊需要對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、整理和標(biāo)準(zhǔn)化；數(shù)據(jù)分析模塊則需要運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析和挖掘；模型訓(xùn)練和應(yīng)用模塊則需要根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行健康評(píng)估和預(yù)測(cè)，并將結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

其中，該系統(tǒng)包括兩個(gè)大類的主要功能：

其一，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行健康評(píng)估。通過對(duì)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和深度分析，可以提取出裝置的關(guān)鍵性能指標(biāo)，比如動(dòng)作頻率、響應(yīng)時(shí)間等，從而評(píng)估其健康狀況。同時(shí)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行模式識(shí)別，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)潛在的故障模式和趨勢(shì)。

其二，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以對(duì)繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)性分析，預(yù)測(cè)其可能出現(xiàn)的故障和性能下降。例如，通過對(duì)于歷史數(shù)據(jù)的聚類分析，可以預(yù)測(cè)出裝置即將出現(xiàn)的問題，從而實(shí)現(xiàn)提前維護(hù)和預(yù)防性維修，避免裝置在運(yùn)行過程中出現(xiàn)停機(jī)或者故障。

其中基于大數(shù)據(jù)的電廠繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電廠大數(shù)據(jù)繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 大數(shù)據(jù)繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)

基于大數(shù)據(jù)的繼電保護(hù)裝置主要解決傳統(tǒng)電廠繼電保護(hù)裝置對(duì)健康數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)不能滿足現(xiàn)實(shí)需求問題。實(shí)際上形成了以優(yōu)化后的算法和模型，助力于提高繼電保護(hù)裝置健康數(shù)據(jù)的采集精度，并通過建立實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫，為故障預(yù)測(cè)提供支持，從而增強(qiáng)故障識(shí)別及預(yù)測(cè)能力。

基于大數(shù)據(jù)的電廠繼電保護(hù)裝置的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為以下三點(diǎn)：其一，提高了數(shù)據(jù)采集精度。通過采用高精度的傳感器和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。此外，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和檢修，降低設(shè)備老化的風(fēng)險(xiǎn)。其二，其優(yōu)化算法和模型更高效精準(zhǔn)。針對(duì)現(xiàn)有算法和模型的適用性問題，可以采取優(yōu)化措施，如調(diào)整模型參數(shù)、引入新的算法等。［5］此外，針對(duì)不同設(shè)備的特性，開發(fā)適用于特定設(shè)備的監(jiān)測(cè)模型，提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。其三，強(qiáng)化了故障分類與識(shí)別能力。通過深入研究故障類型及其特征，提高系統(tǒng)對(duì)故障的分類和識(shí)別能力。例如，可以利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，讓系統(tǒng)在不斷學(xué)習(xí)的過程中逐漸提高故障分類與識(shí)別的準(zhǔn)確性。

3 基于大數(shù)據(jù)的繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)的應(yīng)用路徑

3.1 繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)SCD文件管控

SCD 文件作為繼電保護(hù)裝置二次回路描述的標(biāo)準(zhǔn)化格式，詳細(xì)記錄了變電站配置、信號(hào)報(bào)警等信息，［6］為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要保障?；诖髷?shù)據(jù)的電廠繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)是以自動(dòng)管控為主，手動(dòng)管控為輔的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)SCD 文件的管控。手動(dòng)管控主要通過專人管理、分類存檔等方式進(jìn)行文件管控，自動(dòng)管控則是通過開發(fā)專門的系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)SCD 文件的自動(dòng)收集、分類、存檔；定時(shí)管控則是在設(shè)定時(shí)間周期內(nèi)，定期對(duì)SCD 文件進(jìn)行收集、分類、存檔。

在管控流程方面，通常包括SCD 文件的申請(qǐng)、審批、備案等環(huán)節(jié)。申請(qǐng)環(huán)節(jié)需要填寫文件申請(qǐng)表，包括文件名稱、申請(qǐng)人、申請(qǐng)部門等信息；審批環(huán)節(jié)需經(jīng)相關(guān)部門審批，確保文件內(nèi)容準(zhǔn)確、符合標(biāo)準(zhǔn)；備案環(huán)節(jié)則是對(duì)已審批的SCD 文件進(jìn)行存檔備案，以備后續(xù)查詢使用。

管控要點(diǎn)則包括如下幾項(xiàng)：第一，權(quán)限控制：對(duì)SCD 文件的訪問應(yīng)設(shè)置不同級(jí)別的權(quán)限，確保文件的安全性和保密性；第二，實(shí)時(shí)監(jiān)控：對(duì)SCD 文件的修改、刪除等操作應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保文件的一致性和完整性；第三，文件歸檔：對(duì)各類SCD 文件進(jìn)行分類歸檔，方便后續(xù)查詢和使用。

3.2 繼電保護(hù)裝置二次運(yùn)行工況全景監(jiān)測(cè)

繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的二次運(yùn)行全景監(jiān)測(cè)是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中各功能模塊信號(hào)信息的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)和分析。其檢測(cè)的主要步驟包括如下幾項(xiàng)：

首先，明確繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的對(duì)象。該系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)中各種繼電保護(hù)裝置的工作狀態(tài)，包括電流、電壓、頻率、功率等參數(shù)，以及裝置內(nèi)部的溫度、濕度、氣壓等環(huán)境狀態(tài)。

其次，界定繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的內(nèi)容。除了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上述各類參數(shù)和狀態(tài)外，該系統(tǒng)還需要評(píng)估裝置的穩(wěn)定性、可靠性和精度。例如，系統(tǒng)需要判斷繼電保護(hù)裝置是否在規(guī)定范圍內(nèi)工作，同時(shí)對(duì)其反應(yīng)速度和準(zhǔn)確性進(jìn)行檢測(cè)。

再次，厘清繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的狀態(tài)指標(biāo)，包括電壓電流互感器、溫度傳感器、油色譜等。這些指標(biāo)不僅可以幫助我們了解設(shè)備的工作狀態(tài)，還能預(yù)測(cè)潛在的問題和及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。

最后，記錄繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果。通過對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析，可以總結(jié)出監(jiān)測(cè)對(duì)象的狀態(tài)，對(duì)可能的故障擬定相應(yīng)的預(yù)案并發(fā)出預(yù)警。例如，如果發(fā)現(xiàn)某臺(tái)設(shè)備的溫度過高，可以通過增加散熱裝置或改善設(shè)備內(nèi)部散熱結(jié)構(gòu)來降低溫度。這些優(yōu)化改進(jìn)措施可以為繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展提供理論依據(jù)。

3.3 繼電保護(hù)裝置健康狀態(tài)可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

繼電保護(hù)裝置健康狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是對(duì)二次運(yùn)營全景監(jiān)測(cè)的補(bǔ)充和輔助，也是建立繼電保護(hù)裝置故障及應(yīng)對(duì)方案數(shù)據(jù)庫建設(shè)的重要依據(jù)。繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過程包括如下三項(xiàng)：

首先，繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過安裝各類傳感器，實(shí)時(shí)采集繼電保護(hù)裝置的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、功率因數(shù)等。這些數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通信模塊傳輸至后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心，進(jìn)行深入分析和處理。

其次，數(shù)據(jù)處理中心采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析算法，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理。通過對(duì)比歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以判斷出繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。同時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)的需要，數(shù)據(jù)處理中心將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，以供后續(xù)查詢和展示。

最后，運(yùn)行狀態(tài)可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過程需要借助強(qiáng)大的前端展示平臺(tái)。該平臺(tái)可以實(shí)時(shí)展示繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息、歷史數(shù)據(jù)等信息。同時(shí)，用戶可以通過該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作，極大地提高了管理效率。

4 結(jié)束語

基于大數(shù)據(jù)的繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用。通過引入大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠優(yōu)化繼電保護(hù)裝置健康狀態(tài)的檢測(cè)和評(píng)估數(shù)據(jù)算法，以更為可靠的數(shù)據(jù)傳輸和分析能力實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，以便于管理人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題，防止事故的發(fā)生。然而，目前該領(lǐng)域還存在許多挑戰(zhàn)和不足之處，需要我們繼續(xù)深入研究和完善相關(guān)技術(shù)。例如，如何提高監(jiān)測(cè)的精度和效率、如何處理大量數(shù)據(jù)以及如何實(shí)現(xiàn)智能預(yù)警等問題。未來，我們可以通過引進(jìn)人工智能等更為的先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步提高繼電保護(hù)裝置健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能化水平，為電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。