狀態(tài)監(jiān)測是運(yùn)用*的技術(shù)手段對輸變電設(shè)備進(jìn)行自動化監(jiān)測和科學(xué)管理的總稱，是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)之一。本文設(shè)計并實現(xiàn)了符合智能電網(wǎng)需求的設(shè)備綜合狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，通過在智能變電站內(nèi)安裝基于*傳感技術(shù)的監(jiān)測裝置，以標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議實現(xiàn)主要輸變電設(shè)備狀態(tài)信息的接入、處理、集中展示，并綜合應(yīng)用趨勢圖分析、模糊判斷、趨勢預(yù)測等分析診斷方法，輔助管理人員對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析決策，為生產(chǎn)管理、監(jiān)測設(shè)備選型、智能電網(wǎng)決策分析支持技術(shù)提供決策所需要的數(shù)據(jù)。文中詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計和設(shè)備綜合診斷算法等。
　　1 引言
　　輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的總體目標(biāo)是要建立符合堅強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)要求的統(tǒng)一輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)開放的信息技術(shù)框架，安裝基于*傳感技術(shù)的監(jiān)測裝置，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化傳輸、設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測、預(yù)警、分析、診斷、評估和預(yù)測，實現(xiàn)設(shè)備的智能化、信息化，達(dá)到設(shè)備狀態(tài)自我感知、故障自我診斷的目的，為生產(chǎn)管理、監(jiān)測設(shè)備選型、智能電網(wǎng)決策分析支持技術(shù)提供決策所需要的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的建立一方面提高了在線監(jiān)測手段的集成化程度，依據(jù)綜合狀態(tài)診斷策略，節(jié)約設(shè)備維修保養(yǎng)工作所產(chǎn)生的費用，只在必要的情況下及按照的次數(shù)進(jìn)行設(shè)備檢修，并減少或延遲定期維修及更換設(shè)備及其組件，從而減少停電時間及節(jié)省維修開支;另一方面，狀態(tài)監(jiān)測與評估能夠提高防止災(zāi)難性故障的能力，從而取得策略性效益，電能質(zhì)量分析儀 ，包括提升系統(tǒng)整體安全，防止操作人員以及公眾在災(zāi)難性故障中受到的損失與傷害，避免因系統(tǒng)不穩(wěn)定、損失負(fù)荷及環(huán)境污染而導(dǎo)致的潛在重大影響。
　　2 系統(tǒng)層次架構(gòu)設(shè)計
　　整個系統(tǒng)分為過程層、間隔層、站控層、主站層共四層[1-4]。  
　　                                              圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
　　(1) 過程層
　　過程層裝置全部實現(xiàn)IEC61850，系統(tǒng)在某智能變電站內(nèi)試點應(yīng)用，主要實現(xiàn)以下狀態(tài)監(jiān)測量的監(jiān)測。　　　
　　(2) 間隔層
　　實現(xiàn)被監(jiān)測設(shè)備相關(guān)監(jiān)測裝置的監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)加工處理、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)通訊代理、閾值比較、監(jiān)測預(yù)警等功能。
　　間隔層的監(jiān)測裝置均符合DL/T 860(IEC 61850)通信標(biāo)準(zhǔn)，直接與站端監(jiān)測單元通信，省去了綜合監(jiān)測單元。
　　(3) 站控層
　　站控層包括站端監(jiān)測單元(CAC)。實現(xiàn)整個在線監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行控制，以及站內(nèi)所有變電設(shè)備的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯集、綜合分析、監(jiān)測預(yù)警、存儲和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能。
　　(4) 主站層
　　主站層除了包括數(shù)據(jù)處理、監(jiān)測預(yù)警、數(shù)據(jù)顯示等基本功能外，更在高級應(yīng)用功能方面進(jìn)行深入研究，包括故障診斷、趨勢預(yù)測等。主站層架構(gòu)采用開放式架構(gòu)的狀態(tài)評估平臺，有利于實現(xiàn)多系統(tǒng)與裝置的數(shù)據(jù)共享，推動狀態(tài)檢修的發(fā)展,進(jìn)而實現(xiàn)狀態(tài)評估與輔助決策平臺與SG186中相關(guān)系統(tǒng)中的橫向貫通。
　　(5) 基于CBM的主站層架構(gòu)[5-7]
　　CBM開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(OSA—CBM，Open System Architecture for Condition Based Maintenance)是美國MIMOSA國際組織為規(guī)范系統(tǒng)集成各個廠家實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化接口提出的，該結(jié)構(gòu)將CBM系統(tǒng)分成具有不同功能的七個層次，包含了建立一個CBM系統(tǒng)所需的各個功能模塊，分別為：數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、狀態(tài)監(jiān)視模塊、健康評價模塊、預(yù)測模塊、決策支持模塊、數(shù)據(jù)展示模塊。它從狀態(tài)監(jiān)測的硬件要求到設(shè)備故障的診斷、預(yù)測及維修決策方案的人機(jī)交互界面都提供了一個規(guī)范。
　　3 綜合狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)功能
　　系統(tǒng)的主要功能可實現(xiàn)對電力設(shè)備狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測、傳輸、處理分析，實時反映設(shè)備的健康狀況，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的異常征兆，發(fā)出越限報警，提示設(shè)備可能有的潛在缺陷，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)診斷分析設(shè)備可能存在的故障。
　　1) 通訊控制功能
　　a) 在線監(jiān)測裝置參數(shù)配置。包括采樣周期、所監(jiān)測設(shè)備的標(biāo)識、相關(guān)通信參數(shù)等。
　　b) 在線監(jiān)測裝置的激活與關(guān)閉。只有激活的監(jiān)測裝置才能采集其監(jiān)測數(shù)據(jù)。
　  c) 在線監(jiān)測裝置的手工測試?，F(xiàn)場的在線監(jiān)測裝置立即啟動一次采集并將數(shù)據(jù)傳送給主站。
　　d) 校時。向在線監(jiān)測裝置發(fā)出對時命令，保證在線監(jiān)測裝置的時間與主站服務(wù)器時間同步。
　　2) 基本信息管理模塊
　　包括智能變電站基本信息、設(shè)備基本信息、監(jiān)測裝置基本信息、算法管理、監(jiān)測類型代碼管理、監(jiān)測裝置報警管理。
　　3) 系統(tǒng)管理模塊
　　包括對用戶、權(quán)限、系統(tǒng)日志的管理功能。
　　4) 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)采集和處理
　　采用圖表方式直觀展示，并將不同監(jiān)測量區(qū)分多圖顯示，根據(jù)不同監(jiān)測參量設(shè)置對應(yīng)的的數(shù)據(jù)采集周期。
　　在線監(jiān)測過程中，由于突發(fā)設(shè)備啟動、線路抖動和雷電沖擊等偶然影響，將會產(chǎn)生偶發(fā)的異常監(jiān)測點。這些異常值的存在將歪曲分析結(jié)果?？赏ㄟ^目視檢查或?qū)⒋笥?s的數(shù)據(jù)剔除，或利用53H算法進(jìn)行平滑估計降低異常數(shù)據(jù)的影響。通常對于運(yùn)行中的同類型設(shè)備，由于受到外部因素的影響也基本相同，因此當(dāng)在線監(jiān)測時，也可測取同一參數(shù)的相對比較值及其隨時間的變化趨勢，這往往有利于排除干擾而及時發(fā)現(xiàn)缺陷，可采用相間差值法消除電網(wǎng)異常工況或共性干擾的影響。
　　5) 歷史數(shù)據(jù)分析
　　歷史數(shù)據(jù)查詢、最大值、最小值、平均值計算，歷史趨勢圖繪制。
　　6) 狀態(tài)可視化
　　a) 智能變電站一次主接線圖方式。
　　b) 智能變電站三維總覽。
　　c) 設(shè)備狀態(tài)可視化，包括變壓器、GIS、避雷器的三維可視化、電力電纜實際路徑圖及區(qū)段溫度分布圖。
　　7) 報警功能
　　a) 系統(tǒng)報警功能包括：特征參數(shù)越限告警、重要狀態(tài)升級變位告警、根據(jù)變化速率報警的功能。
　　b) 系統(tǒng)采用主動報警方式：界面彈窗報警、短信報警、聲音報警。
　　8) 綜合診斷算法
　　a) 變壓器油色譜診斷分析方法有：越限值、趨勢預(yù)測、三比值法、大衛(wèi)三角形法、TD圖法、特征氣體法、伴生增長、油中溶解氣體增長率注意值、對一氧化碳和二氧化碳的判斷(固體絕緣判斷)。
　　b) GIS局放診斷分析算法有：越限值、趨勢預(yù)測、Φ-q-n圖、放電類型模式識別法。
　　c) GIS設(shè)備SF6密度微水診斷分析算法有：越限值、趨勢預(yù)測。
　　d) 避雷器泄漏電流診斷分析算法有：越限值、趨勢預(yù)測、模糊判斷、相間關(guān)聯(lián)分析、參數(shù)關(guān)聯(lián)比較。
　　e) 電纜光纖測溫診斷分析算法有：越限值、導(dǎo)體溫度、電流關(guān)聯(lián)分析，參數(shù)關(guān)聯(lián)比較。
　　f) 主變室溫濕度診斷分析算法有：越限值。
　　9) 報表打印
　　系統(tǒng)提供功能*的報表管理子系統(tǒng)，可以按調(diào)度需要的時間間隔記錄實時信息并按報表格式顯示和打印。報表可以根據(jù)需要的格式靈活制作，日報表顯示全天運(yùn)行的實時數(shù)據(jù)及其統(tǒng)計值;月報表可以顯示全月運(yùn)行的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在月末形成。根據(jù)現(xiàn)場情況不同，操作員可以隨時查詢、打印系統(tǒng)至少一年內(nèi)的日報表、月報表。為了滿足不同的需要，提供了定時打印和召喚打印兩種打印方式。
　　10) 指數(shù)平滑法趨勢預(yù)測
　　在線監(jiān)測不僅數(shù)據(jù)量大，而且易受到現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境的影響，在傳輸過程中也可能出現(xiàn)干擾失真情況，因此在進(jìn)行診斷分析時應(yīng)對干擾因素進(jìn)行剔出，獲得設(shè)備狀態(tài)的實際變化趨勢。
　　在線監(jiān)測為實現(xiàn)缺陷的連續(xù)追蹤，提供了良好的技術(shù)保證。通常一旦根據(jù)監(jiān)測信號上升梯度所作的預(yù)測值持續(xù)偏離正常值，就可以認(rèn)為設(shè)備處于“故障前兆期”。
　　根據(jù)設(shè)備狀態(tài)量實時監(jiān)測結(jié)果及其發(fā)展趨勢以及經(jīng)歷的不良工況信息，對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行量化分級，及時預(yù)測設(shè)備可能存在的故障風(fēng)險，避免突發(fā)性事故的發(fā)生。監(jiān)測量不僅具有增長趨勢，同時可能還有由溫度、濕度等季節(jié)因素引起的周期性的變化趨勢。
　　11) 統(tǒng)計計算
　　對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、分析、計算，通過計算產(chǎn)生變壓器油色譜在線分析、局放的大小和位置、日/月/年最大值、最小值、數(shù)字輸入狀態(tài)量邏輯運(yùn)算值等，設(shè)備正常/異常變位次數(shù)等，并提供一些標(biāo)準(zhǔn)計算函數(shù)，用來產(chǎn)生用戶可定義的虛擬測點。具體算法可根據(jù)用戶提出的要求制定。
　　12)系統(tǒng)接口
　　按《輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測主站系統(tǒng)接口通信規(guī)范》中接口規(guī)范要求，將變電站設(shè)備的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至PMS生產(chǎn)管理系統(tǒng)的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)模塊。針對系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互，接口采用WebService技術(shù)實現(xiàn)，由系統(tǒng)按照I2接口格式要求組織監(jiān)測數(shù)據(jù)并調(diào)用PMS發(fā)布的服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，服務(wù)方法包括心跳檢測、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)召喚、數(shù)據(jù)重傳、讀配置、寫配置、遠(yuǎn)程更新，通過服務(wù)方法的相互調(diào)用，完成設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、控制指令等相關(guān)信息的傳輸。
　　4 結(jié)語
　　該項目成果有助于全面提升變電站一次設(shè)備的智能化水平，有助于提升企業(yè)管理水平，有助于促進(jìn)狀態(tài)監(jiān)測、傳感、通信、診斷技術(shù)等新興產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，為一次設(shè)備智能化、選型積累經(jīng)驗，提高供電可靠性，節(jié)省檢修費用，有助于建設(shè)高素質(zhì)的員工隊伍和培養(yǎng)高水平的專業(yè)人才。該項目具有良好適用性，對提高智能電網(wǎng)輸變電設(shè)備的運(yùn)行可靠性，支撐智能電網(wǎng)設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行和資產(chǎn)全壽命管理的決策分析具有重要意義，為生產(chǎn)管理、設(shè)備選型提供了指導(dǎo)意義，具有良好的推廣和應(yīng)用前景。