基于调控云的电网跳闸告警研判技术研究

张若宸　李晓曦

摘  要：近年国内电网建设发展迅猛，在调控一体化管理模式下，对调控中心开展电网故障处置分析的迅速性、准确性要求不断提高，省级调控机构监视电网的电压等级，也由220 kV下沉至10 kV。调控云平台能够提供10 kV以上电网全数据，文章通过分析发现云平台现有数据质量较低，无法满足传统电网故障告警研判技术的要求;研究了适用当前基础数据的设备跳闸告警研判技术，提高告警准确率，为调控人员监视电网运行、及时处置故障提供有力支撑。

关键词：电网故障;跳闸研判;告警;调控云

中图分类号：TP277                  文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）20-0157-03

Research on the Research and Judgment Technology of Power Grid Trip Alarm Based on Dispatching and Control Cloud

ZHANG Ruochen LI Xiaoxi

（1.Beijing Kedong Electric Power Control System Co.， Ltd.， Beijing  100192， China; 2.Space Star Technology Co.， Ltd.， Beijing  100086， China）

Abstract： In recent years， the construction of domestic power grid has developed rapidly， under the integrated management mode of dispatching and control， the requirements for the rapidity and accuracy of the power grid fault analysis carried out by the regulation and control center are continuously improved. The voltage level range monitored by the provincial regulation and control organization also sank from 220 kV to 10 kV. The regulation cloud platform can provide full data of power grids above 10 kV， through analysis， it is found that the existing data quality of cloud platform is low， which can not meet the requirements of traditional power grid fault alarm research and judgment technology; the research and judgment technology of equipment trip alarm applicable to the current basic data is studied to improve the alarm accuracy and provide strong support for regulators to monitor the operation of power grid and deal with faults in time.

Keywords： power grid fault; trip research and judgment; alarm; dispatching and control cloud

0  引  言

在調控一体化管理模式下，对于调控中心开展电网故障处置分析的迅速性、准确性要求不断提高，省级调控机构监视电网的电压等级范围，也由原来的220 kV下沉扩大至10 kV主线。传统的电网设备跳闸研判技术，基于遥信遥测+模型拓扑，研判准确率高度依赖电网数据建模的完善程度。调控云平台相比原有旧平台，虽然汇集数据范围更大[1]，能够满足基础数据采样覆盖面的要求，如图1所示，但从平台现有建设来看，数据质量较差、模型建设不完善，传统研判技术在该平台的准确率较低。本文基于行业经验，研究基于调控云平台数据现状的电网设备跳闸研判新技术，该技术已经在国内一些地区电网调度领域得到应用，为调控人员监视电网运行情况提供有力支撑。

1  省级电网调控云系统建设

从2018年开始，国家电网系统内调控机构逐步开展调控云平台的建设工作。以湖南省为例，截至2020年底，实时数据平台作为调控云的重要组成部分，已完成基于分布式架构的实时数据采集、实时数据处理、实时数据存储功能的部署，完成了全省35 kV及以上厂站数千多条链路的实时数据汇集上云，通过文件转发的形式完成了包含遥信变位和保护动作信号在内的数据汇集。数据的覆盖范围已具备对外提供实时数据、历史数据、变位告警数据服务的条件。

2  平台数据分析

2.1  数据流向分析

数据质量提升是一个缓慢过程，需要使用者参与反复验证。但电网监控工作不能间断，因此需要研究新技术容错现有数据。本文研究新的跳闸研判方法，基于平台提供的电网模型、设备有功遥测值、开关遥信变位、保护动作信号等数据，数据流向如图2所示。

2.2  数据内容分析

相较原有D5000平台，调控云平台在数据覆盖范围上优势明显。以省级调度机构为例，汇集的数据范围不仅局限在220 kV及以上站端信息，110 kV～10 kV区间数据也被汇集进来。以此数据为基础，平台能够支撑更全面、深入的统计分析。与此同时，由于处于建设初级阶段，平台尚有很多不完善之处，数据可靠性有待进一步提高。具体表现在：

（1）电网模型不完整。在调控云平台建立关系数据库表，进行电网设备建模，如厂站表、机组表、交流线段表、断路器表、刀闸表等。电网模型不完整，存在个别设备没有相应模型、设备间连接关系缺失或错误的情况。

（2）数据采集不完全。从站端采集电网重要量测，如电流、电压、断路器变位、保护动作等。目前存在个别厂站、站内个别信号未采集的情况。

（3）设备、信号命名不规范。对于电网设备或信号描述有行业标准命名规范，云平台模型建立时，存在个人习惯、人工手误等原因造成命名不规范的情况。

（4）数据传输不稳定。数据传输形式多样，主站与站端间、主站与主站间通过电力专用数据网，数据传输形式有文件、消息总线、104规约、476规约报文等[2]。厂站按照电压等级由高到低呈现树形分散状，数据量增长陡增，且低压站涉及很多设备陈旧老站，数据传输容易出现异常。

3  基于调控云的跳闸告警研判

3.1  跳闸研判技术概述

对调控云采集到的原始信号进行预处理，分为断路器分合闸信号、故障类保护动作信号、全站事故总信号、间隔事故总信号，同时，提取信号的信号中文描述、所属厂站、动作时间、电压等级等信息。

以分闸信号为触发启动研判，搜索对应的一次设备，在保护信号和事故总信号中进行搜索，如果关联到的信号满足判据，同时满足遥测判据等一系列过滤条件，判定设备跳闸，如图3所示。

3.2  原始信号预处理

根据原始信号的信号种类属性，可以轻易区分遥信变位信号（即断路器分闸、合闸信号）和保护动作信号，为满足跳闸研判需要，仍需对原始信号进行预处理。

遥信变位信号分类处理，根据信号中文描述中是否含有关键字“分闸”或“合闸”将信号分为两类。分闸信号主要用作研判功能的触发启动，合闸信号结合分闸信号进行动作时序分析，能够为重合闸动作情况的判断提供数据支撑。

保护信号分类处理，按照信号中文描述中包含关键字的情况，将保护信号分为故障类保护动作、全站事故总、间隔事故总信号，处理方式如图4所示。具体描述中包含：

（1）故障类保护动作：描述中包含“保护动作”“保护出口动作”“重合闸动作”“重合闸出口”“跳闸出口动作”“保护出口+动作”“保护状态动作”“速断出口动作”，列为故障类保护动作信号;

（2）事故总类保护信号：描述中包含“事故总信号动作”“事故总出口”“事故总动作”的列为事故总信号;进一步，事故总信号描述中包含“间隔”“母”“线”“主变”“号变”等关键字的列为间隔事故总信号，除此以外的列为全站事故总信号。

3.3  电网一次设备跳闸研判触发机制

以断路器分闸信号作为研判触发，通过基于电网模型拓扑方法和智能文本解析方法两条路径相结合的方式，搜索断路器关联的一次设备：

（1）基于电网模型拓扑分析。地调上送的原始报文是D5000系统中的数据格式及内容，无法根据设备ID等信息直接在调控云模型中搜索到相应记录，需通过两个平台间电网模型的映射关系进行搜索。当搜索到断路器在调控云上的模型记录后，查询该断路器的连接点号，再在模型中搜索具有相同连接点号的一次设备，如线路、机组、变压器等，如果遇到断路器直接与刀闸相连，需要将刀闸另一侧的连接点号作为新起点继续搜索一次设备[3，4]。

（2）智能文本解析。在调控云电网模型不完整或因两平台模型ID映射匹配失败的情况下，為避免无法拓扑到一次设备，采用智能文本解析方式，重点解析地调原始报文信号中的动作时间、设备名称、间隔编号、电压等级、所属厂站等。

因原始信号是由省内多个地调分别采集再汇总至省调，尤其低电压等级设备信息现场维护情况参差不齐，存在部分站端设备待升级的情况，导致信号质量和信号描述规范性较差。如图5所示。以行业标准文件要求的全路径名称结构为解析准则[5]，最大限度对实际数据进行容错。

对于现场存在的大量的不规范情况，在提取关键信息时，特殊处理，如：

厂站：定位关键字“站”或“场”或“厂”，截取关键字前的信息作为厂站信息;

设备：搜索信号描述中的关键字，不同关键字对应不同的设备类型：

1）线路，以“线”“回”作为关键字;

2）主变，以“主变”“号变”“T”“#T”作为关键字;

电压等级：定位关键字“kV”，截取关键字前的数字作为电压等级信息，以“kv”“KV”“kV”“Kv”作为关键字的模糊定位条件。

3.4  设备跳闸研判技术研究及应用

经过前文的预处理，由分闸信号触发跳闸研判，并且通过分闸信号已获知可疑跳闸设备的设备类型（如线路、主变、母线等）。根据不同类型设备的特点，分析总结每类设备跳闸后的信号动作特征，针对每种类型的设备分别设计不同的研判判据，满足判据、同时避开过滤条件的判为真实跳闸：

（1）线路跳闸研判：由断路器分闸信号触发，将线路作为可疑设备进行跳闸研判时，对缓存的保护/事故总信号进行关联。关联条件：

1）故障类保护动作信号与断路器分闸信号所属厂站相同;与断路器分闸信号时间差小于10秒;信号描述中包含断路器编号或设备名称;

2）间隔事故总信号与断路器分闸信号间隔编号相同;信号描述包含设备名称;动作信号与断路器分闸信号时间差小于10秒;

3）全站事故总信号与断路器分闸信号所属厂站相同;动作信号与断路器分闸信号时间差小于10秒。

對于高电压等级（如110 kV及以上）的线路设备，满足上述3个条件任一即可判定发生跳闸故障;对于低电压等级（如10 kV），考虑到厂站多有老旧设备且不易改造的实际情况，为降低信号跳变造成的误告警，综合平衡误告和漏告，在满足条件2）或3）的前提下，必须同时满足条件1）才判定发生跳闸。

（2）主变跳闸研判：由断路器分闸信号触发，将主变作为可疑设备进行跳闸研判时，对缓存的保护/事故总信号进行关联。关联条件：

1）保护动作信号与断路器分闸信号所属厂站相同;保护动作信号与断路器分闸信号时间差小于10秒;保护信号描述包含断路器编号或设备名称（“主变”“号变”“T”视为同一类型设备，设备名称前缀应包含数字编号，即“1号变”，“1号主变”“1#T”“1T”视为同一设备）;

2）间隔事故总信号与断路器分闸信号间隔编号相同;间隔事故总信号描述包含设备名称;间隔事故总信号与断路器分闸信号时间差小于10秒;

3）全站事故总信号与断路器分闸信号所属厂站相同;全站事故总信号与断路器分闸信号时间差小于10秒。

考虑到电网运行实际情况，主变跳闸概率较低，且实际站内的主变保护装置一般比较齐全，在满足条件2）或3）的同时，须满足条件1）才判定发生主变跳闸。

（3）遥测过滤，为进一步提升告警准确率，将有功遥测作为辅助条件，过滤研判中的误告警：周期采集并缓存线路有功值，检测遥测曲线在断路器分闸前后是否出现跌落特征，未出现跌落的判定为误告警。

4  结  论

文章调研电网调度机构调控云平台建设现状，分析了平台现有数据特点，研究了适用现有数据的电网跳闸告警研判技术，与原有技术形成互补，提升告警准确率，辅助调控人员实时监视电网运行状态，提升故障处置效率。

参考文献：

[1] 许洪强.面向调控云的电力调度通用数据对象结构化设计及应用 [J].电网技术，2018，42（7）：2248-2254.

[2] 张哲，张勇，闪鑫，等.电网综合智能告警应用研究及示范应用 [C]//2013年中国电机工程学会年会.2013年中国电机工程学会年会论文集. 中国四川成都：出版社不详，2013：1911-1918.

[3] 洪权，李振文，刘志豪，等.湖南电网云上综合智能告警功能实现与分析 [J].湖南电力，2021，41（1）：39-43.

[4] 赵林，卓峻峰，王恒，等.基于广域云总线的电网调度综合智能告警 [J].电气自动化，2018，40（5）：55-57+61.

[5] 国家能源局.电网设备通用数据模型命名规范：DL/T 1171-2012 [S].北京：中国电力出版社，2012.

作者简介：张若宸（1989.08—），男，汉族，河北涿州人，工程师，硕士研究生，研究方向：电力系统及其自动化;

李晓曦（1989.05—），女，汉族，河北涿州人，工程师，硕士研究生，研究方向：通信与信息系统。