变电站监控系统告警方式存在的问题及其对策

刘 超，张 旗，王家同，石 磊

（国家电网辽宁电力有限公司营口供电公司，辽宁 营口 115000）

1 告警信息数量大、信息反馈不直观

1.1 原因分析

1.1.1 告警信息数量大

在监控系统画面上，厂家调试人员利用光字牌图形与遥信信息相关联，使告警状态实时准确地反映出来；运维人员通过查询设备间隔内的所有光字牌状态，便可以判断出设备的运行情况，这是变电站常用的告警排查方式。但变电站需要查询的光字牌数量很多，而且分布在不同的间隔内，手动逐个翻看一遍耗时较长，严重影响告警排查的效率[1]。表1和表2分别列举了66 kV柳树变电站和220 kV蟠龙变电站光字牌数量，其中66 kV柳树变电站总计210个光字牌，220 kV蟠龙变电站总计611个光字牌。

结合现状可知，营口地区现有101座66 kV变电站以及17座220 kV变电站，想要将所有信息完全检查一遍，告警信息的数量会非常大。

表1 66 kV柳树变电站光字牌统计表

表2 220 kV蟠龙变电站光字牌统计表

1.1.2 信息反馈不直观

另一种常见的告警排查方式是需要人员一直守在显示器旁，持续监视实时信息的变化情况。实时信息主要包括6个部分，分别是事故信息、设备异常信息、遥测及越限信息、变位信息、告知信息及控制信息[2]。其中反映设备、回路及通道运行情况等重要信息的是设备异常信息，它直接威胁电网、设备的安全运行，需实时监控、及时处理。正因为设备异常信息的重要性，也决定了它是告警排查的主要内容。

但这种告警排查方式的难点在于，一方面查看实时信息时，6类告警信息是混在一起的，排查起来不直观、不方便；另一方面，告警信息的变化过程往往是在动作—复归中循环，想要确定变化的结果如何，还要进一步查看信号的最终状态，这无形中加重了告警排查的工作量。

1.1.3 分析与总结

通过对这两种告警排查方式的对比分析，可得出如下结论。

（1）使用光字牌排查法时，告警信息的结果会直观显示出来，但因为确定不了排查范围，所以所有的光字牌信号都需要排查一遍，数量较多。

（2）使用实时信息排查法时，因为有变化的信息会自动刷新（即变位上送），告警信息数量相对少，可以满足对信息动作顺序的记录，但告警信息类型多，不方便排查，而且对于结果的显示也不够直观。

1.2 应对措施

1.2.1 用分层式状态告警减少信息排查数量

1.2.1.1 确立研究方向

为了完整全面地采集和反馈变电站运行状态信息，满足对变电站无人值守的数据要求，就需要采集更多、更详细的告警信息，信息数量大的问题客观存在。不能单纯的对这些信息做删减和取舍，否则会影响站内信息的及时反馈，也违背了使用变电站监控系统的初衷。

既然信息不能删减，那么在进行全面的告警排查时，就会耗时很长。想要缩短时长，就得缩小排查范围；想要缩小范围，就需要在全站信号基础上，尽可能隔离出非告警的部分，只保留告警部分，以方便排查。

为了更加清楚地解释和表达观点，使之便于分析理解，在尊重客观事实的基础上，做如下假设。

假设一个变电站一共有1 000个告警信号，此时有1个信号告警动作，为查找到此信号，需最多排查1 000个告警信号，这是常规排查方法。

（1）如果将1 000个告警信号等分为10个集合，每个集合包含100个信号，在确定告警信息只存在于其中1个集合之后，其余9个集合可以排除，即告警排查范围缩小到100个信号以内。

（2）如果再将这100个告警信号等分为10个集合，每个集合包含10个信号，在确定告警信息存在于其中1个集合之后，其余9个集合可以排除，即告警排查范围缩小到10个信号以内。

（3）通过排查这10个信号，外加前两轮排查中需要的2个集合的告警信号，共计12个告警信号，便可实现告警信息的准确定位。在工作量上，新方法对比常规排查方式为12/1 000，效率可提高近100倍。

这是分层式状态告警的逻辑雏形，因为每个现场实际情况各有差异，做假设的目的只是为了便于理解和说明，不代表客观数据。

1.2.1.2 实验内容和步骤

考虑到目前变电站测控设备多采用分布式结构，即每台设备可独立传输信息、互不干扰，所以在划分集合时，宜以间隔为单位，用合成遥信的方式，生成间隔状态告警信号。

间隔状态告警将间隔内5～10个告警信号用或逻辑（∨）合成一个间隔状态告警信号，满足当其中任意一个信号动作告警时，状态告警信号都动作，信息为1；当其中所有信号都处于复归位置时，状态告警也在复归位置，信息为0[3]。为了进一步减少状态告警的数量，还可以在所有的间隔状态告警基础上，合成为一个全站的状态告警信号，以构成变电站分层式状态告警。

1.2.2 用图形画面表述状态信息

为了使合成后状态告警等信号，以更加直观的方式表现出来，需要使用光字牌关联信号的办法。首先在主画面上做一个状态总告警的光字牌和间隔状态告警的分画面链接（光敏点），分画面上显示各个间隔状态告警的光字牌并关联相应的间隔状态告警信号，如图1所示。

图1 状态告警结构示意图

当某一间隔内出现告警信息时，站内状态总告警灯亮起，打开分画面查看告警信息来自哪个间隔设备，确定间隔后打开间隔设备详细信息，找到告警源；在正常运行状态时，站内站内状态总告警灯则显示熄灭。

1.3 实验过程、目的及结果

以66 kV柳树变为例，后台机采用南瑞科技公司的NS2000系统，使用Oracle数据库，实验步骤如下。

（1）将10 kV间隔内的重要告警信号用或逻辑合成为间隔状态告警信号，内容包括装置失电告警、控制回路断线告警、把手远方/就地位置、通信中断信号及弹簧未储能信号。其中，把手远方/就地位置在远方位置时，为正常的运行模式，信号为1；在就地位置为检修模式时，信号为0。为了确保合成后的状态信号逻辑正确，需要将把手远方/就地位置信号先取反，再和其他信号做合成。目的是当任意告警信号动作时，状态告警都能正确反映。主变和公共间隔原理类似。

（2）将合成后的间隔状态告警信号，再次通过或逻辑合成为全站的状态总告警信号，目的是使告警信号源具备逻辑索引定位的功能。

（3）在主画面上用光敏点链接一个新的分画面，用光字牌图形关联间隔状态告警信号，以便实时呈现各个间隔的告警状态；同时在主画面上将状态总告警信号关联告警灯或者光字牌，实时反映全站的告警状态，如图2、图3所示。

图2 变电站监控主画面

图3 状态告警分画面

模拟把手远方/就地位置信号，就地位置时，状态总告警动作→对应间隔状态告警动作→间隔内把手远方/就地位置动作，实现了告警源的快速索引和定位；远方位置时，状态总告警复归→对应间隔状态告警复归→间隔内把手远方/就地位置复归，实现了状态告警简化告警数量、判别设备异常的功能。

为适用变电站无人值守和信息远方集中监控的要求，状态告警信号还可在通信网关机的转发表中进行合成，实现信号的远方监控，在结构上类似于全站事故总信号。

1.4 对照试验

过去，部分变电站通过采用全站告警集合的方式来减少告警数量，即将全站合成一个总的告警信号。在调度集控层面上，确实缩小了区域内变电站的排查范围，但是在进一步排查站内告警信息时，工作量依旧不小。而采取分层式结构，不但满足缩小了区域内变电站的排查范围的要求，还可以实现告警信息在站内的逐层定位[3]。

为排查出站内存在的一个异常告警信号，分层式状态告警与全站式告警集合的分析对比结果，以66 kV柳树变为例，如表3所示。

在确定变电站内存在异常告警信息后，下一步需要查找信号由哪个间隔发出；通过间隔状态告警的指示，可以找到产生告警信息的间隔，进而确定告警源；而全站式告警集合，只能通过人工的方式，逐个间隔画面的翻看和查找告警源。通过对比可知，在告警排查的效能上，分层式状态告警比全站式告警集合提高了6倍。

表3 66 kV柳树变告警排查效能对照表

2 对开关、刀闸、电流及功率等分析工作依赖人工

2.1 原因分析

在变电站告警信息中，有些能够直接表示异常状态，如装置失电、控制回路断线等；还有一些信号，只表示当前状态，至于是否存在异常，需要综合其他因素来判断，如开关、刀闸、电流及功率等。

对这些信息的分析工作，目前都是靠人工的方式去完成，而每个变电站都有十几甚至数十个这样的间隔，累计下来工作强度很大。

2.1.1 开关、隔离刀闸和接地刀闸位置异常

开关、隔离刀闸和接地刀闸之间有闭锁功能，即开关在合位时，隔离刀闸不能分开；隔离刀闸在合位时，接地刀闸不能合上。在实际工作中经常遇到，用于信号传输的转换接点出现故障，导致监控系统位置显示不对。因为位置的分合本身只表示状态，不产生告警，所以运维人员难以发现异常状态，也拖延了处理的时间。

2.1.2 测量用CT断线告警

在正常运行状态下，如果监控系统显示，设备有一相电流为0，而其余相电流正常时，可能的结论是测量用CT断线。CT断线引发的高电压会导致接线端子排或设备烧毁，严重影响电网的安全运行。而采用人工方式，通过逐个间隔查看电流值的方法来判断异常状态，会延误异常处理的时间。

2.1.3 母线进行流入、流出功率计算

对变电站的母线进行流入、流出功率进行计算，其结果既可以反映出各个间隔的CT变比参数是否正确、确定间隔的空载状态，也可用于发现设备数据不刷新、通信中断及电压空开跳闸等问题。用人工计算的方式去校核，受功率实时变化和计算误差因素的影响，所得结论可靠性并不高，效率也很低。

2.2 应对措施

2.2.1 开关、隔离刀闸和接地刀闸信息的逻辑运算表达式

在分析开关、隔离刀闸位置时，可以引入电流量作为判断依据，具体步骤表达式如下。（1）开关分位∧电流有流（电流有流，可以通过做电流越限，转化为遥信后做判断，下同）；（2）隔离刀闸分位∧电流有流（开关位置多为双位置接点，隔离刀闸为单位置接点时，即合位1分位0时，可先将隔离刀闸位置信息取反后，再参与逻辑运算）；（3）将（1）∨（2）。告警过程分析，正常运行条件下，当开关合位，隔离刀闸分位，电流有流时，告警动作；当开关分位，隔离刀闸合位，电流有流时，告警动作；当开关分位，隔离刀闸分位，电流有流时，告警动作；除这些情况外，其他状态均告警复归。

隔离刀闸和接地刀闸位置关系是不能同时在合位，表达式为隔离刀闸∧接地刀闸。对于告警过程分析，隔离刀闸和接地刀闸同时在合位时告警动作，其他情况均告警复归。

2.2.2 用异或逻辑合成CT断线告警信号

对于CT断线告警信号，可通过做电流值越限告警的方法来判断有流无流。当电流值大于一个给定值时，判定有流，信号为1；反之，判定无流，信号为0。逻辑表达式为A相有流⊕B相有流⊕C相有流（⊕，为逻辑异或）。对于告警过程分析，当三相电流中有一相或两相无流时，告警动作；当三相电流都有流或都无流时，告警复归。

2.2.3 母线功率运算表达式

母线功率的计算分为有功计算和无功计算，理论上流入功率与流出功率的差值应该为0，而实际差值也应该在误差允许范围内。

若以双主变母线形式为单母线带分段的变电站为例，母线功率运算表达式为母线有功功率差值=（两台主变有功功率之和）-（所有配出线有功功率之和）、母线无功功率差值=（两台主变无功功率之和+电容器无功功率之和）-（所有配出线无功功率之和）。

为了让母线功率差值（有功或无功）在超过误差允许范围时发出告警，可进一步设置允许范围，告警表达式为（母线功率差值＞误差正定值）∨（母线功率差值＜误差负定值）。

3 结 论

随着我国日新月异的发展，国力日益强盛，国家提出了网络强国战略。在网络强国战略中，建设泛在电力物联网是一项重要举措，其核心是围绕电力系统各环节，充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，并具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。本文对在变电站告警信息排查过程中遇到的信息数量大、反馈不直观，以及对开关、刀闸、电流、功率等分析工作依赖人工等问题进行分析，以后台监控系统为平台，利用遥信合成和逻辑判断的方式，设计出分层式状态告警系统和辅助分析算法。该算法用来优化变电站数据结构，使信息从“平铺”变“立体”，为信息高效处理提供一种实践方法。

但应该看到，对信息的辅助分析算法研究，目前还停留在理论阶段，相关定值的定量分析，还需要通过实验的方法进一步校正。对保护压板的分析、保护定值的校对和遥控回路的监视等工作，尚且依赖人工方式，这也使得辅助分析在内容方面还有继续提升的空间。

下一步，将继续研究有关信息采集、传输、优化等问题，并不断丰富状态告警及辅助分析所包含的内容，逐步升级和完善分层式状态告警系统，更好地服务于泛在电力物联网的建设和维护。