基于调度自动化系统的电力线路测控装置死机智能判别方法

都 晨，赵 巍，黄 祥，陶 欢，杨 阳

（1.江苏方天电力技术有限公司，江苏 南京210000；2.南瑞集团有限公司/国网电力科学研究院，江苏 南京210000；3.国网浙江嘉兴供电公司，浙江 嘉兴314000）

0 引言

随着电网规模不断扩大，电网接入设备随之增多，各类告警信息数量也越来越庞大，如何在庞杂的信息流中及时发现重要异常信息，是保障电网安全运行的重要手段。文献［1-5］对监控系统信息分类和监控画面展示进行了优化，有效减少监控信息数量，提升了监控工作效率。

本文结合监控运行工作实际需求，根据测控装置死机后电网监控数据的特点，研究电力线路测控装置死机的判别方法，并通过实际案例对该方法有效性进行验证。

1 测控装置死机的特点和危害

1.1 测控装置死机的特点

目前，只有当测控装置硬件故障，操作电源断开，交、直流空开跳闸后，调度自动化系统监控后台才会发“装置报警”或“装置故障”的信号；而测控装置死机后，若通信通道没有中断，则监控后台不会提示告警信息，只显示遥测、遥信数据不刷新（颜色变化提示）。因此，测控装置死机不易及时发现。

1.2 测控装置死机的危害

测控装置死机将造成重要监控信息误漏报，导致电网监控人员不能实时掌握电网和设备运行状态。随着开关远方操作的常态化，测控装置死机将造成开关遥控操作不成功，事故处理等紧急情况时，将严重影响应急处置［12-18］效率；另外，电力线路故障情况下测控装置死机将导致开关拒动，扩大事故范围，给电网安全运行带来重大隐患。

2 测控装置死机智能判别方法

2.1 测控装置死机数据源的选取

调度自动化系统具有电网运行数据存储功能［19-23］，利用存储的历史数据，挖掘测控装置死机后各类数据的特征，根据数据特征进行自动甄别；历史数据种类繁杂，选取何种数据作为测控装置死机判别的源数据至关重要。

遥测和遥信数据是需要实时监控的重要信息，遥测数据主要包括监控设备的电压、电流、有功、无功等，遥信数据主要包括开关、刀闸、二次设备软压板等位置信息。由于电压等级恒定、有功和无功通过电压及电流的相角关系得出，因此，线路电流遥测值可作为判别测控装置死机的数据源。

2.2 遥测数据不刷新时间的设定

电网稳定运行时，在短时间内线路潮流尤其是发电机功率有相对不变性［24-25］。这种情况就不能简单地依据在一定时间内遥测数据不刷新来判定测控装置死机。因此，对于不刷新时间“t”大小的选取则成为解决问题的关键。若t 选择过长，当电网发生故障或异常时，相关设备测控装置发生死机，则监控系统监控不到现场实时信息，影响事故处理分析；若t选择偏短，有可能出现数据是正常不变化，而误判为测控装置死机，增加变电站运维值班人员的工作量。根据现场运行经验和实际需求，由于设备或者通信原因，导致遥测数据刷新间隔时间可达8～10 min。因此，遥测数据不刷新时间可设定为10 min，即超过10 min 则判断为测控装置死机。

2.3 测控装置死机辅助判据

单纯从遥测数据不刷新对测控装置死机进行判别，信息误报可能性很大，下面将从电流判别阀值、线路两端电流遥测值相对变化率和开关位置信息3个方面，给出测控装置死机辅助判据。

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1）电流判别阈值

在110 kV及以下电压等级配电网中，部分线路长期处于空充状态，空充线路存在充电电流或零漂现象。经统计，某地区电网空充线路最大充电电流为7.22 A，最小充电电流为0.78 A，充电电流实测值分布情况如图1所示。

图1 某地区电网空充线路电流实测值分布图Fig.1 Distribution of measured current value of no load line in a certain area power grid

空充线路的电流遥测数据一般不刷新或刷新时间间隔较长，将导致误发或频发测控装置死机告警信息。为了减少信息误报，提高监控工作效率，基于该地区空充线路电流实测值，将线路电流阈值设置为10 A（可根据电网实际调整电流阈值）。即线路电流是否大于10 A，作为测控装置死机的辅助判据。

2）遥测电流值变化率

一般线路两侧测控装置分属两个不同厂站，为了快速鉴别测控装置死机的厂站，提高运维人员异常处置效率，本文提出本侧电流相对变化率和两侧电流相对变化率的指标，即：

式（1）、式（2）中，δI-local表示本侧电流相对变化率，δI-both表示两侧电流相对变化率，Ilocal-cur表示当前采样周期本侧电流遥测值，Ilocal-pre表示前一采样周期本侧电流遥测值，Ioffside-cur表示当前采样周期对侧电流遥测值。

若线路本侧电流和两侧电流相对变化率均超出规定阈值，可迅速判别发生测控装置死机的线路间隔所属厂站。综合考虑信息采样延时，采样误差等因素，对该地区电网运行线路的两侧电流相对变化率误差进行统计分析，发现电流小的线路相对变化率较大，电流大的线路相对变化率较小，但最大误差不超过13%。因此，本文线路本侧电流和两侧电流遥测值相对变化率的告警阈值均设为15%。

3）开关位置信息

若只判断电流遥测值是否刷新，非运行状态的间隔都将判断为测控装置死机，为避免误发告警信号，干扰运行人员的正常监控，本文选择开关位置遥信数据作为测控装置死机判别的辅助判据之一。

2.4 基于调度自动化系统的智能判别程序设计

本文提出的基于调度自动化系统的智能判别程序包括了信息提取、信息存储与比对以及辅助判据判别3个部分。

1）信息提取

智能判别程序从调度自动化系统主站数据库［27］中依次读取每一个厂站各间隔信息，主要包括厂站ID、间隔ID、间隔遥测电流值、开关位置信息、采样时间等，如表1所示。

表1 智能判别程序间隔信息表Table 1 Line information table of intelligent discriminator

2）信息存储与比对

将各厂站信息存放在指定的存储区内，按照间隔ID 提取前一时刻和当前时刻电流采样值，并进行比对。若前后采样时刻数据不一致，则更新存储器中相应间隔遥测电流值，作为下一次采样值比对的初值；若前后采样时刻数据一致，则更新存储器中时间计数器，信息存储与比对过程示意图如图2所示。

图2 信息存储与比对过程示意图Fig.2 Information storage and comparison process

3）辅助判据判别

当时间计数器达到规定阈值，则进入辅助判据环节。本文从开关位置信息、电流判别阈值和遥测电流值变化率3 个方面进行辅助判别，当且仅当满足所有辅助判据后，确认间隔测控装置已死机，并触发告警。

图3 辅助判据判别示意图Fig.3 Diagram of auxiliary criterion discrimination

4）智能判别程序设计

判别测控装置死机的程序框图如图4所示。程序循环周期Tx设定为可调，对于Tx值的选择，需要根据电网运行特点、运行经验及实际需要来确定。在第一个Tx时间内，程序完成对主站数据库内全部厂站的电流数据的收取，并分清厂站和间隔存放在指定的存储区内作为初值；在第二个Tx时间内，程序完成第二次电流数据的收取，并与第一次收取的数据对应位相比较；相继进行第三次、第四次……数据的收取并进行比较。在其中任意两次的取数和比较时，若出现某一数据不变的结果，而且此数据不变化累计时间大于或等于规定阈值，则进入辅助判据判别流程；当同时满足所有辅助判据条件后，将判定该数据所属间隔的测控装置死机。

图4 智能判别程序流程图Fig.4 Flow chart of intelligent discrimination program

3 智能判别方法的验证

以某地区实际电网为例，验证本文提出的测控装置死机智能判别程序有效性。该地区调度管辖范围内共有35 座220 kV 变电站、150 座110 kV 变电站、50 座35 kV变电站，线路间隔上千个，若由监控人员手动进行全面巡视，不仅耗费大量时间，还容易出现遗漏。

将本文提出的测控装置死机智能判别程序嵌入调度自动化系统中，便于智能判别程序快速调用调度自动化系统主站数据；为了提高监控人员识别测控装置故障信息的时效性，不仅在监控画面相应间隔增加了“间隔测控装置测量故障”光字牌（如图3 所示），还在监控报文中添加了相应的告警信息。

程序循环周期Tx的选取比较关键，根据该地区电网运行特点和实际运行经验，主站通过前置机采集全部厂站的遥测数据时间周期是4 s，所以程序循环周期Tx应大于4 s。为保证1个周期内能够采集全部间隔信息，本案例中程序循环周期取20 s。

1）测控装置死机场景模拟

通过人工置数的方式修改前置机遥测电流值，将某变电站正阳-秀水线A 相电流遥测值由230 A 修改为180 A，并保持15 min 不变，如图5 所示。智能判别程序按照图4流程进行循环采样和判别。

图5 新增光字牌信息Fig.5 New monitoring information of notice board

2）测试结果

当间隔遥测电流值不刷新时间累积达到10 min，且满足所有辅助判据后，监控后台弹出“正阳-秀水线路测控装置测量故障”动作的告警报文（如图6所示），同时线路间隔中相应光字牌动作，监控人员可根据告警报文和光字牌信息迅速定位测控装置死机的间隔。

图6 监控报文新增告警信息Fig.6 New alarm information of monitoring message

4 结语

本文结合电网监控工作实际，研究了测控装置死机的智能判别方法，该方法已成功应用于实际监控工作，极大地节省了测控装置死机的排查时间，提高了监控工作效率，提升了异常缺陷发现的及时率，可有效预防因遗漏重要信息而造成电网事故。本文仅基于电力调度自动化系统，研究通过电流遥测数据不刷新判别线路间隔测控装置死机，后续将基于实际应用效果对本文提出的智能判别方法进行优化，充分挖掘调度自动化系统［28-30］各项功能，对主变、母线等其它设备间隔测控装置死机判别开展方法适应性研究，提高电网的智能化水平。