大数据环境下变电站智能监控方案研究

曹中来

[摘 要]随着社会的发展，我国500 kV及以下电压的变电站的监控，逐渐由有人看守转变为无人看守，无人看守由各级调控中心进行监控。但由于采用无人看守的变电站越来越多，越来越多的信息和数据，使变电站调控中心的监控压力越来越大。因此，大数据理论被引入了变电站智能监控领域。鉴于此，本文主要分析变电站智能监控系统的结构组成和当前存在的问题，并基于大数据进行方案的探讨。

[关键词]大数据；变电站；智能监控

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.22.029

[中图分类号]TM63；TM76 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2017）22-00-02

目前，随着科技和社会的发展，我国各地区500 kV以下的变电站已逐渐实现了无人看守的监控管理模式，其监控主要由各级调控中心实行集中监控，而目前，随着实行集中监控的变电站的数量越来越多，调控中心需要处理的信息和数据也成倍增加，给调控中心带来了巨大的监控压力。因此，在目前已有的监控系统下，基于大数据进行一定的优化，势必可以减轻调控中心工作人员的负担，实现对各变电站的智能监控，及时发现异常。

1 变电站监控系统的结构组成

变电站的监控系统是一套采用分层结构的自动化监控系统，其主要由数据层、分析层和应用层3部分组成，本文对这3个部分的作用和该系统的网络架构进行探讨。

1.1 数据层

数据层作为整个变电站监控系统的基础，其工作原理是基于已建立的数据库进行操作，监控变电站的各类保护装置、自动化装置、监控装置和传感器的参数，如实时电压电流、开关所处状态、装置的动作情况、故障录波器的数据以及电力设备的运行参数等，获取相关仪器的数据，剔除无用内容，并对有用的仪器数据和信息进行分析，从而获知相关仪器运行情况的关键参数，并对已获取的有用的信息数据进行分类储存，用于以后的记录查询。

1.2 分析層

分析层作为整个系统的核心，其作用原理是在如ORACLE、SQL-SERVER等远端数据库上，对数据层获取的数据和信息进行系统、综合的分析，对相关设备的运作情况和故障问题进行科学判断。在监控中，分析层根据当前设备的工作参数进行分析和判断，预估设备状态的变化趋势，从而确定是否需要对设备进行检修工作。对设备的检测方法常因设备而异，但大多数是通用的，如绝缘恢复电压法、油中气体分析法、振动分析法等。

1.3 应用层

应用层具有人机的界面和通讯接口的功能，其主要用于对故障实现警报、分析结果的查询与统计和远程数据信息的读取。当变电站的运行出现故障时，数据层会及时进行数据的收集，而分析层会迅速对所获得的数据进行综合分析，并将分析结果呈递给应用层，而应用层则会根据分析结果决定是否发出警报，以通知工作人员。

1.4 网络架构

变电站的智能监控系统的网络架构可以分为：站控层、网络层和间隔层3部分。其中，网络层在高速以太网的基础上，通过对站控层和间隔层设备的连接，实现系统的自动化监控和数据通讯，其通讯标准需要符合IEC 61850标准。站控层内的监控主站则借助网络层，对站内的所有设备进行监控，并在智能监控系统的辅助下进行工作。间隔层作为变电站智能化监控的运算部件，其用于逻辑运算，通过分析得知设备的运行状态。

2 变电站监控中存在的问题

变电站监控的主要工作是对变电站进行巡检和信号的监视，但目前变电站的数量随着社会的进步不断增加，导致工作人员对变电站进行巡检和信号监视的工作压力越来越大，同时也容易埋下隐患。本文对变电站监控中存在的问题进行分析。第一，巡检工作不到位。目前，过大的巡检压力使监控人员疲于应对，易造成监控人员在对变电站进行巡检时，工作态度不够积极、认真，导致漏巡、误巡，从而忽略了本该可以发现的安全隐患，造成一定的损失。第二，警报信息过于简洁。当前所使用的智能监控系统在发现问题后所发出的警报，在内容上过于简洁，未能将如警报的含义、出现的原因、可能造成的后果等警报的具体内容呈现出来，影响了监控人员对警报的应急能力。第三，警报信息的统计和记录功能有所欠缺。变电站的智能监控系统每天都会接收到很多警报信号，但警报信息的统计和记录功能的缺失，造成同一警报的上报次数、处置方法和时间的统计和记录缺失，信息的冗余，导致工作人员工作压力增大，无法及时针对警报信号制定相应的措施。

3 基于大数据的方案研究

面对变电站日益增多的信息量，本文基于大数据理论，提出变电站智能自动化巡检方案，以应对变电站调度中心的工作需要，减轻工作人员的工作负担，并提高工作的效率和质量。

3.1 智能巡检方案

引入智能巡检系统，监控人员通过该系统对变电站进行智能自动巡检，并将此次智能巡检的结果呈报各工作人员，以利于工作人员对巡检结果进行分析，这不仅可以提高巡检的工作效率，还可以及时发现变电站的潜在隐患，从而防患于未然。智能巡检分为以下3个环节。

（1）原始数据提取与存储。从调度系统中提取相关变电站的原始巡检数据，并将所得的原始数据储存起来。

（2）数据处理并储存。智能巡检系统对存储的数据进行系统分析，然后将分析结果进行储存并将其展示给工作人员，具体方法如下。①对设备的开关参数进行判断，当某三相开关的电流参数满足：三相中仅有一相电流为零、三相中有两相电流为零、三相中三相电流均为零的三者中的一项时，系统会将设备的位置、名称、编号和电流参数等相关信息记录在系统中，以备查看。②三相电流偏差，即根据已获得的电流参数，由式（σMAX为最大偏差比，IMAX为最大电流，IMIN为最小电流，IM为三相平均电流），当σMAX超过设备开关的50%时，系统会将异常数据进行记录并储存。③巡视母线的电压，通过对所获得的母线电压参数与其电压运行曲线的上下极值对比，系统将异常数据通过公式：endprint

（α%为超出比，U0测得电压，Ulim为曲线极值）计算出超出比α%，并将其进行记录储存。④线路负荷的巡视，获取实时的变电站工作负荷数据，计算出其负荷率和负载率，记录并储存负荷负载率达到90%的数据。

（3）巡视结果显示。在对变电站进行智能自动化巡视后，系统将巡视数据进行分析处理，然后将结果以简洁、明了的图表公布于大屏幕，方便工作人员根据实际的巡视情况，采取应对措施。

3.2 信号智能监视方案

变电站的监控所面对的数据和信息量都是巨大的，这也是智能化监控的特点，因此，为了满足大数据的需求，建立预警数据库是十分必要的，其是变电站信号智能监控实现的重要基础。

告警数据库主要由告警信号释义库、告警原因及后果库、设备信息库和历史数据库4部分组成，本文对各个数据库的作用进行简单分析。①告警信号释义库，即此数据库包含所有系统可能出现的告警信号及信号本身的含义解释，以此可以尽快地让工作人员了解系统所出现的告警及其含义，迅速做出相应的反应。②告警原因及后果库，此数据库包含各类告警信号产生的原因和此告警可能带来的后果，作用是在告警信号发出后，及时分析出告警信号出现的原因，以供工作人员参考，并及时采取应对措施，避免不良后果。③设备信息库，该数据库包含所有受监控设备的信息，如设备的型号、类型、数目、运行参数等，作用是将自动化智能监控系统，对监控所获得的各个受监控设备的运行参数，与正常参数进行对比，判断设备的工作情况。此外，还可以为设备零部件的更换和检修提供依据。④设备历史数据庫，此数据库包含所有受监控设备的以往监控记录，如设备告警时间和类型、告警处置方法、告警发生的原因和告警的处置结果等的详细内容，以供日后翻查。

信号智能监控方案主要运用4个数据库，通过告警信号与数据库进行比对，从而获取应对方案的制订依据，其主要工作过程为：当系统发现受监控变电站出现异常时，发出告警信号，若告警信号未能在30秒内复归，则将所得的告警信号与上述4个数据库之间进行比对，发现出现异常的设备和发生异常的可能原因，并根据反馈的内容制订应对方案，然后由人工进行应对，以此消除异常情况，保障设备的正常运作，提高监控的效率。此外，在将本次的告警信号处置完毕后，相关人员需要将本次告警的全部内容上传至数据库，以此更新当前的数据库。

4 结 语

随着城市化的进程不断推进，我国的变电站数量不断增加，给变电站调度中心带来的数据信息量也越来越多，这导致变电站监控中心的工作人员疲于应对庞大的数据和监控工作压力。因此，为了确保变电站的正常工作，以保障居民的用电，变电站的监控中心需要在大数据的背景下，加强对变电站智能监控方案的研究。

主要参考文献

[1]梁伟，王楠，李振斌.变电站智能监控系统研究[J/0L].城市建设理论研究：电子版，2012（2）.

[2]王晓东.关于智能变电站监控系统的研究[J].科技创新与应用，2016（7）.

[3]张飞飞，樊锐轶，孙广辉，等.大数据环境下变电站智能监控方案研究[J].陕西电力，2016（6）.endprint