大数据平台设备故障预警系统实现

张力影，闫永君

（鲁迅美术学院 辽宁 沈阳 110004）

0 引言

随着信息技术和互联网技术的飞速发展，对于电力行业产生了很大的影响，促进了国家电网建设、电力生产行业、电力企业相关管理逐步向着智能化、信息化、数字化的方向发展。大数据平台在线监测系统、电网设备状态监控系统和无线通信技术逐渐应用于国家电力企业管理中，提高了电网运行的效率，使电能生产工作逐步趋于安全和稳定。利用大数据平台进行二次设备故障监控，能保证二次设备的运行安全。二次设备作为电网设备安全运行的基础，其运行状态会影响到整个电网的安全工作情况。利用大数据平台对电力企业电网设备的工作状态等相关信息进行收集和监控，构建电网设备故障诊断及预警系统，建立二次设备运行信息数据库，利用相关算法对故障信息进行分析，并和数据库中保存的历史故障信息进行比对分析，从而找出故障原因和故障位置，快速处理故障点，最终输出二次设备运行状况评价表。因此，大数据平台设备故障实时监测及时预警系统是电网得以安全平稳运行的重要保障，对于电力企业的未来发展存在着重要的意义。

1 大数据平台设备故障诊断技术评价

电网二次设备的主要功能是维护发电装置、变压器、电源等高压设备的工作安全。电网二次设备作为一个辅助性的控制装置，并不会主动介入到整个电网的正常运行，而只是会提高设备工作的稳定性和安全性。因此在电力系统日常的运行工作中，当电网设备或其他装置出现故障而不能正常运行时，电网二次设备中的继电保护设备就可以选择性、高效的隔断故障装置和整个电网的联系，进而防止了整个设备发生瘫痪的情况。随着中国供电设施的进一步完善，电力设备的种类数量也会日益增多，对于电力网络的稳定性要求也越来越高。因此，大数据平台二次设备故障检测技术，逐渐成了国家电网工作者关注的重点[1]。

电力网络二次设备结构较为复杂，易于受到各种环境因素的影响。常见的二次设备系统故障出现的原因有二次设备电线绝缘老化、二次设备仪器精度下降、指示灯出现故障、二次设备电力线路断触、二次设备发热故障，以及人为因素出现的二次设备损坏等，这些因素均可能对二次设备运行安全产生影响。在出现二次故障时，电网继电保护装置可能无法正常工作，进而引发更为严重的事故。在二次设备使用过程中可受到各种因素的制约，从而导致二次设备出现不同程度的影响。传感器工作环境易于受到工作环境的影响，且和多种电气设备相互连接，在传感器工作出现问题时，会产生一系列的连锁故障，在出现传感器故障时应进行及时的诊断和处理。旧有二次设备故障检修工作往往需要故障检修专家前往现场进行检查，对二次设备开关进行调试，在维修过程中传感器可能出现更严重的事故。人工检修二次设备故障往往在电网故障发生后才能进行，只能对故障进行维修，不能进行故障预警。因此，帮助电力企业进行电力故障的预防，可在很大程度上影响电网故障的维修效率[2]。

在二次设备出现运行故障进行故障诊断时，需精准找出故障发生的缘由。一般来说，故障出现均因一些隐藏的故障因素进行诱发，这些隐藏故障原因没有明显的外在表现，具有较强的不确定性和不稳定性，如对隐藏故障原因不能进行有效预防，在后期的运行中可能会诱发更加严重的事故。因此，应对电网二次设备故障进行数据采集和设备模拟运行，利用大数据平台进行实现设备故障预警工作，得到较为真实、科学且有效的模拟设备运行信息，从而及时排除隐藏故障因素，保证二次设备的运营安全，进而确保电力网络的运行安全。

2 设备故障因素分析

电网设备故障因素主要分为连续、分类和非结构化这3种，从设备负载率、设备投运年限对电网设备故障因素对不同的设备故障进行分析。

2.1 设备负载率相关分析

电网设备故障的运行影响因素，主要提取了“月平均负载率”作为特征变量，进行计算能够得出相关系数为0.932，因此电网设备故障率和负载率存在正相关关系。电网设备故障月平均负载率和故障率散点如图1所示[3]。

图1 电网设备故障月平均负载率和故障率散点

2.2 设备投运年限相关分析

对电网设备故障率和投运年限之间的关系进行分析，得到相关系数为0.748，因此设备故障率和投运年限存在正相关关系。设备投运年限与设备故障率之间相关性如图2所示[4]。

图2 设备投运年限与设备故障率之间相关性

3 大数据平台设备故障在线检测及时预警平台设计

大数据平台设备故障在线监测及时报警系统是利用现代通信技术、大数据技术、互联网技术、人工智能技术和传感器技术等新型技术，达成二次设备运行状态的在线监控，对二次设备故障进行及时预警，收集二次设备的运行状态参数，构建二次设备运行模型模拟日常操作过程，排除二次设备运行中的安全隐患，对二次设备的故障进行及时修正，制定更加科学合理的二次设备故障防护措施。利用大数据平台二次设备故障在线监测及时报警系统达成对电力设备的智能化监管，提高电力网络管理效率，及时排除电力生产过程中出现的安全隐患。不仅如此，大数据平台二次设备故障在线监测及时报警系统满足了国家电网要求的“全方位提高站内二次系统运维检修”的智能化发展目标，能够进一步提高国家电网的安全性与稳定性，保证国家电网的顺利运行，确保人民的用电安全[5]。

大数据平台设备故障在线监测及时报警系统采用分层式设计，涵盖了站控层、间隔层和过程层3层网络结构。大数据设备故障在线监测及时报警系统的站控层包含二次设备故障监控设备，以此达成对二次设备监控、管理、故障警报及信息交互，进一步对设备数据进行采集和监管。间隔层包含变压器综合监控部分和断路器监控单元，过程层包含变压器、断路器、隔离开关、电压感受器等设备及智能组件。大数据平台设备故障在线监测系统运行框架如图3所示。

图3 大数据平台设备故障在线监测系统运行框架

3.1 结构设计

大数据平台设备故障在线监测及时预警系统需要保证全数字电力系统仿真器（advanced digital power system simulator，ADPSS）核心模块的实时监测和独立特性，应独立运行于专业监控模块的实时操作系统之中。大数据平台二次设备故障在线监测及时预警系统需具备实时性的接口模块，利用配置专用硬件的方式构建系统的“硬件层”，利用技术核心功能构建系统的“功能层”，以各项监控软件和数据处理软件构成“应用层”。将“硬件层”“功能层”“应用层”进行综合，从而构成一体化的大数据智能应用平台[6]。

大数据平台设备故障在线监测及时预警系统利用分层模块化设计，对设备运行数据进行实时数据监测和历史数据挖掘，利用大数据技术对设备故障进行分析，同时对设备运行状态进行进一步推断，对继电器、交换机、电网运营数据进行监测，并将上述数据上传至数据库中，且将电网运行中可能发生的故障进行上报，从而帮助电网安检人员能够随时调阅设备故障信息，从而对维护变电站设备的方案进行规划，在遇到设备故障时能够提前进行应对。

3.2 通信功能设计

利用大数据技术和信息化技术，对电力网络运营数据进行收录，将运营数据中的历史安全数据进行整理，对电网设备出现故障的频率和继电保护设备工作场景进行分析，编制电网运行安全检测措施，进一步建设电网设备运行安全数据库。大数据平台设备故障在线检测及时预警系统立足于IEC 61850通信协议，能够满足多种方式的数据传输和远程控制监控方式，对数据中心中的数据进行调用。具有功能齐全的数据库，能够构建设备运行故障档案，利用大数据平台能够将电力网络设备数据进行实时共享。不仅如此，还可利用该系统对继电器工作状态进行调整，从而利用远程控制的方法对继电器进行故障维修。该系统的运行状态需要通信网络进行实时连接，电力设备要在维修前先切换为停运状态，进行通讯隔离从而保证其他电力设备不出现误动现象。该系统的切换方式多样，最主要的切换方法可通过操作软压板的方式从而将装置有效隔离，对其运行状态进行改变，从而实现自动化安全隔离电力设备的功能，对维修过程进行控制和可视化监控，具有较强的推广价值和实用价值[7]。

3.3 模块化结构设计

大数据平台设备故障在线检测及时预警系统具有较为强力的数据处理性能，能够对变电站设备运行状态进行监管，进而让变电站的故障检修工作做到自动化管理。且具有独特的模块化设计和较为广阔的应用环境，结构相对简单，性能较为稳定，开发成本易控制，在部分模块出现了技术突破后可以仅升级部分模块，即可让大数据平台设备故障在线检测及时预警系统进行更新。不仅利用模块化设计，还能让大数据平台设备故障在线检测及时预警系统做到实时在线故障检测和故障预警，进一步控制产品的研发和更新周期，提高产品质量，进而应对国家电网发展较快的现象。该系统在变电站中的广泛应用可以进一步提高变电站自动化、智能化、数字化运行管理水平，保证国家电网的运行安全，控制电力输出的安全，让人民群众享受到持续稳定的电力服务。

大数据平台设备故障在线检测及时预警系统能实时有效地对电网设备的隐藏故障进行监测，采用电网设备故障预警规则库进行故障排查，定期定时进行电网设备巡回检查。该系统还具有可视化功能，利用可视化软件能够对电网设备的运行状况进行三维模型构建，让维修管理人员直观地检查各电网设备的运行状况。可视化技术基于大数据技术，将电网设备运行状况和大数据信息进行对照进行三维模型建模。利用可视化技术能够在一定程度上将变电站维修工作进行简化，尽可能避免电网检修出现误操作的现象，从而提高供电可靠性。

因此，大数据平台设备故障在线检测及时预警系统的核心是利用大数据技术对电力设备进行运行状态对比，从而实现电网工作的监控和对电力设备的运行状态进行实时监测，再利用可视化技术对设备故障进行精确定位。利用大数据技术对实时数据进行高效处理，并构建设备安全数据库，对设备运行的状态进行模拟，通过对大数据进行分析找出电力设备运行的异常情况。变电站大数据平台设备故障在线检测及时预警系统能够高效收集电网设备运行的状态，方便维修人员对电网设备进行故障检修。

4 结论

综上所述，在国家电力网络智能化发展的大背景下，电网设备的运行工作呈现出相互连接的特征，在部分设备出现故障时往往会导致连锁反应，最终造成较为严重的事故。因此，应对电网设备的工作状态进行及时的监控，以此来确保电网运行的安全与稳定，保证人民的用电安全。利用大数据平台设备故障在线检测及时预警系统能够对电网设备的运行状态进行实时检测，预防电网设备出现故障。在出现故障后能及时发出警报，使相关安全维修人员快速定位故障点，及时处理相关故障。在电网设备正常工作时，利用大数据技术对设备运行状态进行分析，进而构建电网设备的安全档案，以便对其工作数据进行监测，从而对故障问题做出预警与解决。在供电系统故障诊断与报警技术中，通过大数据分析系统提取有效的设备行为参数信息，对采集到的设备运行信息与阈值进行深入分析，进而完善系统事故报警功能。不仅如此，电网部门的供电系统工作人员需要对事故诊断技术开展深入的探索，通过先进的信息技术充分发挥大数据系统的事故实时监测与应急预警系统的功能，保证整个供电系统得以安全平稳的运转。