變電站智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設計方案

　　變電設備智能狀態(tài)監(jiān)測是實現變電站的信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化的必要條件，并可以根據實際需要來支持電網實時自動控制、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能，實現與相鄰變電站、電網調度等互動。電力設備智能狀態(tài)監(jiān)測不僅可以掌握電力設備的當前運行情況，還可以根據其專家系統(tǒng)利用其運行狀態(tài)數據庫對電力設備進行綜合診斷，電力設備智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是實現智能變電站的基礎。本文針對目前變電站設備的監(jiān)測技術，結合近年來該領域的現狀和智能電網的發(fā)展方向，對變電站智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進行綜述。

　　變電站作為智能電網的核心組成部分，其建設獲得了越來越多的關注。根據現行的標準，變電站一次設備智能狀態(tài)監(jiān)測是指采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的傳感系統(tǒng)，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能，實現與相鄰變電站、電網調度等互動的變電站。電力設備智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是保證電力設備正常工作，有效開展狀態(tài)檢修，并預估設備的損耗以建立全壽命周期管理體系，電力設備智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是實現智能變電站的基礎。因此以設備的狀態(tài)監(jiān)測為基礎的狀態(tài)檢修成為實現智能變電站并最終建立智能電網的核心技術之一，該技術近年來獲得越來越多的重視。電力設備智能狀態(tài)監(jiān)測不僅是設備狀態(tài)檢修模式的基礎，也是智能變電站綜合自動化正在實施的電氣運行模式的需要。無論是智能變電站還是無人值守變電站在其監(jiān)控系統(tǒng)中都需要增加一個在線監(jiān)測及故障診斷專家系統(tǒng)，用以作為輔助決策手段，進而提高監(jiān)控能力。要想實現真正的無人值守，必須加入電氣設備在線監(jiān)測和故障診斷的內容，這樣變電站綜合自動化才更加完善和更有效。所以在測量、控制、保護和遠動等綜合自動化的基礎上，融合電力設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)必將推動變電站綜合自動化向前發(fā)展。

　　電力設備智能狀態(tài)監(jiān)測不僅可以掌握電力設備當前的運行情況，還可以根據其專家系統(tǒng)利用其運行狀態(tài)數據庫對電力設備進行綜合診斷，為設備檢修提供輔助決策。為了解決電力設備故障診斷中所遇到的主要技術難題，需要突破常規(guī)方法進行故障診斷的局限，結合神經網絡理論、灰色軌跡理論、數據庫技術、模糊理論模型等各種算法，對電力設備實行故障診斷。利用各種數學模型從實現原理上進行比較分析，研究出多種改進的學習算法，實現變電站內電力設備故障診斷絡模型。

　　1 電力設備智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)組成

　　電力設備的狀態(tài)監(jiān)測是指通過傳感器、計算機、通信網絡等技術，及時獲取設備的各種特征參量并結合一定算法的專家系統(tǒng)軟件進行分析處理，對設備的可靠性做出判斷，對設備的剩余壽命作出預測，從而及早發(fā)現潛在的故障，提高供電可靠性。電力設備狀態(tài)監(jiān)測大大降低維修周期內的設備故障率，為設備狀態(tài)檢修提供技術依據，并及時發(fā)現設備缺陷和異常征兆，確保設備安全運行，從而提高供電可靠性。由于變電站內電力設備種類繁多、結構各異，狀態(tài)監(jiān)測的類型也千差萬別，但是，不論什么類型的監(jiān)測系統(tǒng)，都需要經過3個步驟：采集設備數據信號；對數據進行傳輸；分析處理數據及診斷。

　　變電站內電磁環(huán)境復雜，所采集到的模擬信號在傳輸的過程中不免受到外界的各種干擾而產生信號失真，為了解決模擬信號在長距離傳輸后所導致的失真問題，現在傾向于將微弱的模擬信號就地模擬轉換，采用現場總線技術，由主機進行循環(huán)檢測及處理。依據IEC61850關于變電站功能、變電站通信網絡以及整體系統(tǒng)建模的分層設定，智能變電站分為三層結構：過程層、間隔層、站控層。如圖1所示。分層（級）分布式的結構采用模塊化設計和現場總線控制技術。它由安裝在變電站內的數據采集及處理系統(tǒng)和安裝在主控室內的數據分析和診斷系統(tǒng)，再通過網絡，把若干個變電站的監(jiān)測數據匯集到相關管理部門的數據管理診斷系統(tǒng)，實現對多個變電站的電氣設備狀態(tài)的實時狀態(tài)監(jiān)測。

　　分層（級）分布式系統(tǒng)采用總線式結構，增加或減少監(jiān)測設備和監(jiān)測項目均不需要改變系統(tǒng)結構，可根據需要在通信總線上掛接以不同類型及數量的智能組件，就可實現不同高壓電氣設備、不同項目的連續(xù)狀態(tài)監(jiān)測，因而系統(tǒng)的開放性較好。所有的數據處理在就地完成，主控計算機僅完成通信控制和故障診斷，減輕了主機的負擔。所有的智能組件均應具備嚴格的自檢功能，測量數據全部采用光纖通信方式傳輸，克服長距離傳輸模擬信號所導致的波形失真問題，并且可及時反映出就地模塊自身的工作狀況，提高監(jiān)測結果的可信度。而且，即使某個節(jié)點出現故障，也不影響整個系統(tǒng)的正常運行。即使通信光纜故障或主機故障，還可使用便攜式設備就地進行檢測。以國內首座220kV智能變電站無錫西涇變?yōu)槔?，其智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結構如圖2所示。

　　2 電力設備智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計

　　由于狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是一個跨部門、跨系統(tǒng)的大型綜合管理信息系統(tǒng)，如無錫供電公司西涇智能變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)涉及到的部門有生產技術部、調控中心、安監(jiān)部、監(jiān)控中心等各主要生產部門；涉及到的系統(tǒng)有PMIS，SCADA，EMS等；涉及到的裝置有變壓器綜合管理平臺、GIS局放監(jiān)測裝置、斷路器監(jiān)測裝置、避雷器檢測裝置等。所以在設計狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的功能模塊時，除考慮自身的相對獨立性和開放性以外，還得重點考慮與其他已有系統(tǒng)模塊的集成。

　　一次設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能模塊結構如圖3所示，該功能框圖涵蓋了常見一次設備的狀態(tài)監(jiān)測項目。

　　3 電力設備智能狀態(tài)監(jiān)測專家系統(tǒng)

　　專家系統(tǒng)（ExpertSystems）是人工智能中的一個重要分支，是關于問題求解的一種智能軟件。它是一種在相關領域中具有專家水平能力的智能程序系統(tǒng)。它能利用領域內專家多年積累的經驗與知識，模擬人類專家的思維過程，求解需要專家才能解決的困難問題。專家系統(tǒng)通過知識進行推理，在問題所在的領域內推導出滿意的答案，即“專家系統(tǒng)=知識+推理”，這區(qū)別于常規(guī)計算機程序“程序=數據結構+算法”的一般模式，以達到“智能監(jiān)測、智能判斷、智能管理、智能驗證”的目的。變電站故障診斷專家系統(tǒng)主要是根據電氣設備如斷路器、變壓器、避雷器和容性互感器等一次設備進行開發(fā)和研究。專家系統(tǒng)主要包括：數學模型和專家評估模型兩大塊。

　　數學模型是指利用改進的數學模型，把歷史數據庫中的監(jiān)測數據進行推理分析，診斷出運行電力設備的健康狀況。專家評估模型是指利用知識庫和推理機診斷運行電力設備的故障情況，也可以采用人機交互診斷混合推理策略，對運行電力設備提出維護方案。

　　變電設備專家診斷系統(tǒng)作為狀態(tài)監(jiān)測的核心技術和最終目標，需要依托監(jiān)測技術和計算機技術，目前仍處于研究發(fā)展階段。

　　4 智能變電站綜合告警系統(tǒng)

　　智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)按照站內信息高度集成共享的原則，一次設備狀態(tài)監(jiān)測平臺的信息量，除了常規(guī)的四遙信息外，還融入了大量設備的狀態(tài)信息、動態(tài)PMU信息等。信息的高度融合與共享，對現有的變電站監(jiān)測系統(tǒng)，如果按照傳統(tǒng)的報警信息分類和組織模式，當變電站發(fā)生事故時，監(jiān)控報警信息窗中將充斥著成百上千的提示、預告信息及事故信息，出現滾屏刷屏現象，監(jiān)控值班員眼花繚亂，無所適從，很難抓住重點，很容易遺漏重要告警信號，延誤處理使變電站運行值班人員無法在短時間內準確判斷事故原因，不利于事故的及時處理。智能變電站實現了基于IEC61850技術實現了變電站全景數據的高度整合，但如何實現基于變電站告警信息的綜合分析和

　　變電站運行異常處理專家系統(tǒng)，為變電站值班人員進行事故處理提供輔助決策，是提高變電站運行和管理水平以及智能化程度的重要標志之一。

　　智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)融合了報警信