局放在线监测和带电检测信息融合标准化方案

叶志祥，唐喜，任雁铭，朱江，黄昕，阴孟涛

(1.云南电网有限责任公司保山供电局，云南 保山 678000； 2.北京四方继保自动化股份有限公司，北京 100085)

0 引 言

随着电网规模的不断扩大，电力设备故障次数有所提高，统计数据表明，在各类电力设备故障中绝缘故障占比较高，局放监测是绝缘故障监测的有效手段之一。局放监测又分为在线监测、带电检测两类，二者优势互补，可有效反映电力设备绝缘故障现象并精确定位故障位置，目前我国各大电力公司已经在工程中有所应用[1-2]。

局放在线监测通常用于重要枢纽设备的绝缘监测场合，在变电站内配置UHF传感器、局放监测设备、局放分析后台[3]，伴随电力设备连续带电运行，局放分析后台如果判断局放发展趋势明显，会发出相应的告警提醒运行人员注意[4]。考虑到UHF传感器布置数量及位置有限，局放在线监测只能判断局放发生的大致位置，如果要精确定位局放位置，需要状态监测或运维人员携带便携式局放带电检测设备进行精确定位[5]。然而，这种情况通常会遇到以下问题：

(1)供电公司库房存放多种带电检测设备，不同厂商的设备数据格式不统一，给数据存档、分析、交互带来很大的困扰，造成运维人员使用时，手动录入简单的检测结果，详细的谱图信息无法录入PMS系统，不便于后续事件追溯、趋势分析;

(2)局放在线监测后台软件与带电检测分析软件不兼容，二者的局放谱图数据无法共享;

(3)带电检测分析结果不能作为一个时间节点数据融入局放在线监测后台，影响局放发展趋势判断时间。通常运维人员需要将每次的带电检测结果手动录入到状态监测主站，费时费力。

尽管国家电网企业标准Q/GDW 616 《基于DL/T 860标准的变电设备在线监测装置应用规范》对局放谱图数据有了定义，但对于具体实施细节描述不够规范，而且也未规定对局放带电检测谱图的适用性，因此造成实际操作有难度。

基于上述问题，提出局放在线监测与带电检测信息融合的标准化方案，目的是让局放分析数据与展示画面分离，通过信息的标准化达到不同监测厂商和带电检测厂商的互操作，便于局放发展趋势精确分析。

1 设计思路

1.1 兼容性

要实现局放在线监测后台与带电检测的互操作，局放谱图数据标准化是主要解决的问题，考虑到不同分析软件运行平台、编程语言的差异性，采用了目前计算机领域流行的XML技术。XML作为一种可扩展标记语言，它可以用来标记数据、定义数据类型，提供统一的方法来描述和交换独立于应用程序或供应商的结构化数据，它设计的宗旨是传输数据，而不是显示数据，具有很好的可靠性和互操作性。本文提到的局放标准化信息主要分为三类：描述信息、配置信息、数据信息。其中前两者采用XML设计，数据信息采用通用文本文件设计。关于局放标准化信息的传输，采用IEC 61850标准的文件传输服务[6-7]，这样，对于局放在线监测场合，符合全站均采用IEC 61850的要求，对于局放带电检测场合，采用PC机运行FTP服务即可以获取到局放标准化信息，二者可以完全兼容。通过上述描述，有效解决信息定义、信息传输的问题，从而达到局放在线监测与带电检测信息融合的目的。

根据局放分析功能划分，主要将局放实时谱图信息、局放趋势谱图信息进行标准化。通过提取二者的共性，将二类信息通过三个文件来描述：局放简报信息(.HDR)文件、局放配置信息(.CFG)文件、局放数据信息(.DAT)文件，为了表示三个文件的关联性，采用文件基本名一致、文件扩展名不一致的作法。其中，文件的标准名采用“监测设备名+时间信息+录波号+通道号”描述。文件扩展名定义如下：HDR表示局放简报信息文件扩展名；CFG表示局放配置信息文件扩展名；DAT表示局放数据文件扩展名。完整的一次局放信息样例如下：

XX设备_RCD_年月日时分秒毫秒_数据号_XX通道.HDR

XX设备_RCD_年月日时分秒毫秒_数据号_XX通道.CFG

XX设备_RCD_年月日时分秒毫秒_数据号_XX通道.DAT

上述文件命名尽量保持与IEC 61850录波文件命名一致，同时又进行了扩展。“XX设备”：对于局放在线监测，表示IEDName，对于带电检测，表示带电检测设备名即可；“RCD”固定，目的是与IEC 61850录波文件名保持一致，“年月日时分秒毫秒”表示具体的局放发生时间，“数据号”对应录波序号，范围为1～65535，每次加1，逐次递增；“XX通道”为扩展项，表示同一个监测设备内不同的物理通道号，如果只有一个通道，则固定填1。

1.2 扩展性

局放发生时，根据声、光、电等不同现象的表现形式，局放监测主要分为特高频、超声、高频、地电波几种实现原理，并派生出相应的监测设备。为此，标准信息定义即要适应变电站中的特高频局放在线监测系统，又要适应不同原理的手持式或便携式带电检测设备。要实现这些信息扩展，采用了XML语言中的通用节点对象，如特高频局放采用< UHFInfo >节点信息表述，超声局放采用节点信息表述、高频局放采用< HFCTInfo >信息表述、地电波采用节点信息表述。对于不同的监测设备有不同的监测通道，为做到通道可扩展，采用节点信息表述，为做到同一通道内不同的PRPD/PRPS的二维/三维表现形式，采用表述,在节点内通过不同属性表述不同的曲线表述形式。这样，局放分析软件通过检索XML节点并提取其中的属性信息，即可以识别出当前局放文件具体类型和相关属性，从而达到多种带电检测设备不同谱图文件数据共享的目的。

2 局放实时信息

对于GIS、主变/电抗器的局放在线监测通常采用特高频原理，在主设备上安装内/外置特高频局放传感器，传感器通过高频电缆连接局放监测IED，局放监测IED通过以太网连接在线监测后台。相应的这类主设备的离线带电检测手段更加丰富，通常采用特高频、超声、高频CT几种原理进行精确的故障定位。

对于开关柜的局放监测，出于工程实施成本考虑，一般不加装局放在线监测系统，只有重要的枢纽设备或疑似缺陷设备，会加装地电波原理局放在线监测系统，通过磁吸方式在开关柜表面贴上地电波在线监测装置，然后通过485总线/以太网进行组网，并连接至在线监测后台。相应的这类主设备的离线带电检测通常采用手持式超声、地电波设备、离线特高频检测仪进行精确的故障定位。

综合上述变电站内几类主设备的局放监测考虑，需要对特高频、超声、高频CT、地电波几种原理的在线或离线局放信息进行规范化定义，以便在连续时间域、离线时间域内的局放信息不遗漏，真正发挥局放监测的意义。

规范后的局放实时信息主要通过三个文件进行表述：一个是局放简报，将局放主要信息以简报的形式体现；另一个是局放配置，用于数据定义表述；再一个是局放数据，用于数据内容表述。

2.1 局放简报

局放简报信息一方面描述设备概要信息，如变电站名称、传感器位置、投运时间等；另一方面是存储每次局放发生时对应的特高频局放信息(放电次数、最大值、最小值、平均值、放电相位等)、超声局放信息(有效值、最大值、50 Hz相关性、100 Hz相关性等)、地电波信息(最大值、每秒钟放电次数等)、高频(放电次数、放电量、放电相位等)信息，做到与谱图波形数据进行关联，方便用户查看。文件样例如图1所示。

图1 局放简报文件样例Fig.1 File model of PD report

2.2 局放配置

局放配置主要是对后续局放谱图数据文件内容做解释，描述每个通道、每条局放曲线的属性，譬如，每个通道上送的数据容量、采样点数、数据类型、二维曲线还是三维曲线等，局放分析软件读取到配置信息，就可以知道后续要上送的数据文件如何解释，从而得知后续数据如何绘制出用户希望看的局放谱图。表示通道节点，如果是多个通道，可以通过多个表示，表示曲线信息，如果有多条曲线可以用多个表示。每个可以含有多个节点，每个节点内又包括描述曲线的基本配置信息，如数值信息采用、、表示，节点内包括数据类型、采样率、采样点数、描述名称、单位等。每条曲线是二维、还是三维，或者是直线图、饼状图、柱状图等，均可以通过节点内的不同属性表示。相应的文件样例如图2所示。

2.3 局放数据

局放数据文件主要是根据配置文件中定义的具体格式对字节流进行编码，按逐个通道、逐条曲线进行数据存放，为提高可读性，文中提出数据文件采用通用文本文件存储方法。文件样例如图3所示。

图2 实时谱图配置文件格式Fig.2 Configuration file format of real-time spectrum diagram

图3 实时谱图数据文件格式Fig.3 Data file format of real-time spectrum diagram

3 局放趋势信息

局放趋势信息对于运维人员的局放直观判断非常有意义，运维人员人手少、维护设备多、查看时间短，对于局放在线监测系统报出的异常告警信息，运维人员通常只需要查看在线监测后台或生产管理系统的局放发展趋势，即可以快速确认这类局放报警是虚警信号还是实警信号，因此将在线监测、带电检测两类监测设备产生的数据格式进行规范化定义是非常有意义的。规范后的局放趋势信息主要通过两个文件进行表述：一个是配置信息，用于数据定义表述；另一个是数据信息，用于数据内容表述。

3.1 局放配置

局放趋势配置信息与局放实时配置信息格式基本相同，主要是通过节点描述多条趋势曲线属性，便于后续解析局放趋势数据信息，从而完成局放类型统计图、趋势分析图的绘制。文件样例如图4所示。

图4 趋势谱图配置文件格式Fig.4 Configuration file format of trend spectrum diagram

3.2 局放数据

局放趋势数据文件主要是根据配置文件中定义的具体格式对字节流进行编码，按逐条曲线进行数据存放，为提高可读性，提出数据文件采用通用文本文件存储方法。文件样例如图5所示。

图5 趋势谱图数据文件格式Fig.5 Data file format of trend spectrum diagram

4 离线文件传输

对于带电检测设备，有了局放标准信息定义还不够，在现场实测过程中，通过带电检测设备生成检测结果后，需要友好的融入在线监测后台或生产管理系统。要实现这一功能，通常有两种作法：一种是在带电检测设备分析软件上添加IEC 61850文件服务功能，将分析结果按对应在线监测设备IEDName同名的方式，采用虚拟设备触发录波的方式，形成新录波文件请求，然后通过FTP传入后端系统；另一种是采用第三方IEC 61850文件服务[8-9]模块软件，同样采用上述虚拟方式进行信息融合。考虑到IEC 61850文件服务是纯软件，采用的是通用FTP服务，且实施简单，几乎不增加额外的工程实施成本。

5 工程案例

按照国家电网一体化监控的想法同时开发局放在线监测系统和带电检测系统，局放在线监测系统主要是定性分析、谱图展示、趋势分析，带电检测系统用于局放定位。为实现不同专业、不同部门开发人员开发局放分析系统的一致性，公司采用了文中所述信息融合标准化方案，开发出两类局放分析系统，并应用于江西阳明东220 kV变电站实际工程，该变电站在送电期间发现2#主变间隔C相断路器气室断路器合闸时，C相断路器气室的传感器可接收到非常高的信号，PRPS/PRPD谱图具有非常明显的相位特性(如图6所示)，且站内在线监测装置判断局放类型为空隙放电。为证明局放在线监测系统是否为正确报警，现场工程人员拿来便携式局放带电检测系统进行验证，通过带电检测主机接入外置式特高频局放传感器，在PC软件分析系统上的确看到了与在线监测系统一致的局放谱图(如图7所示)，但通过超声局放进行定位，并未发现明显局放信号，最后厂家与用户仔细沟通，建议继续观察，并将局放带电检测结果融入局放在线监测系统，作为一个时间断面数据，供后续分析参考。后来经过连续三天的监测实时，局放在线监测系统不再有局放报警信号，通过局放带电检测系统实测，也没有收到局放信号，经过用户、厂家的专业分析，确定为干扰信号，建议后续继续跟踪。同时，将此次带电检测相关文件通过在线监测IED模拟系统传入状态监测后台，通过设置在线监测IED名称与虚拟IED名称一致，本次记录通过FTP完整的传入状态监测分析后台，使得本次带电检测作为一个时间断面数据永久留在GIS整个生命周期，将带电检测文件融入在线监测后台系统后的趋势分析画面如图8、图9所示。

尽管这次实测结果为干扰信号，但至少证明了所提出的信息标准化方案实际可行性，局放专业分析人员、用户运维人员对于这种作法非常认可，通过上述实测，工程师在现场可以将精力主要用于问题分析上，不会再对数据一致性、软件兼容性分散过多的时间和精力，而且局放带电检测结果可以电子化融入局放在线监测系统，丰富了一次设备状态的数据库，对设备状态评估有非常大的参考意义。

图6 局放在线监测系统谱图Fig.6 Spectrum diagram of PD on-line monitoring system

图7 局放带电检测系统谱图Fig.7 Spectrum diagram of PD off-line monitoring system

图8 局放类型统计Fig.8 Pie and Bar chart of PD type statistic

图9 局放总体趋势Fig.9 Overall trend of PD

6 结束语

根据近几年局放在线监测和现场带电检测的实施经验，对遇到的问题进行总结，提出了局放在线监测与带电检测信息有效融合标准化方案，将目前流行的XML技术、IEC 61850技术引入到监测领域，通过对相关文件样例的编写及测试，达到了局放在线监测与带电检测信息互操作的目的，可有效缓解现有运维人员手动录入带电检测结果的工作量，降低人为误操作概率，可对一次设备状态评估提供有效的技术支撑，也是对现有局放监测标准进行有效补充，有很高的工程推广价值。