输变电设备集中监控大数据及应用

靳凯伦，王超杰，吴学正

（1.国网河北省电力有限公司沧县供电分公司，河北 沧县 061000；2.国网河北省电力有限公司邯郸供电分公司，河北 邯郸 056000；3.国网河北省电力有限公司雄安新区供电公司，河北 雄安 071000）

从适应电力大数据发展需求的角度，电力公司需要进一步加强对智能调控技术的研究，构建相应的输变电设备集中监控中心，配合大数据技术，实现对电网实时运行数据和历史运行数据的有效获取，然后结合K-Means聚类算法，针对数据信息进行统计分析，依照分析结果对异常和事故告警信息的影响范围进行研究，做好相应的风险评估，为信息监控、异常处理等提供支撑。

1 输变电设备集中监控现状

信息化背景下，智能电网呈现出了快速发展的态势，对比传统电网，智能电网有着清洁、灵活、安全的特点，其在经济发展的带动下，规模迅速扩大。智能电网建设和运行中，会产生大量的数据信息，尤其是在调控一体化理念的影响下，输变电设备采用了集中监控的方式，所有的监控信息都会被集中到调控中心，这些数据信息的体量巨大，涉及的设备主体和类型众多，而且运行状态信息、异常信息以及告警信息等相互混杂，使用难度较大。目前，电力部门在面对海量调控运行数据时，欠缺有效的数据分析和展示手段，影响了监控信息作用的有效发挥，导致输变电设备集中监控并没有能够真正达到理想化的效果。要想更好地利用集中监控信息，可以引入大数据挖掘和分析技术，结合监控人员在工作中的现实需求，做好分析统计工作，将统计结果以图表的形式展示出来，实现对电网运行情况的有效监测。

2 输变电设备集中监控信息采集与分析

2.1 信息采集

输变电设备集中监控数据采集系统包含3个核心内容，一是调度管理系统OMS，其主要负责对于监控日志、设备台账以及设备检修等相关信息的采集；二是智能电网调控技术支持系统D5000，负责运行数据和设备告警信息的采集，如电网实时运行数据、遥信历史数据、遥测历史数据、遥测越限告警数据等；三是输变电设备在线监测系统，负责主变油色谱分析告警信息以及开关等气体分析告警信息的采集。

2.2 信息分析

在输变电设备集中监控中心，对于大数据的分析采用的是K-Means聚类算法，以告警信息为例，可以对进行合并、转换，将信息的分类情况直观展示出来，为工作人员的判断提供依据。K-Means聚类算法本身是在迭代过程中，进行聚类中成员的不断移动，以此来获取理想聚类。可以将n个对象划分为C个聚类，确保这些聚类内部高度相似，依照聚类重心（对象平均值）计算相似度。

从实践的角度，在对告警信息进行大数据聚类分析时，可以依照告警信号发生的实训以及相应的时间区间，对信号间的关联关系进行分析。例如，可以将一些总是在较短时间内反复发生的信号聚成一类。输变电设备集中监控决策系统的输入源包括告警信号数据库中的历史告警信号和实时告警信号，借助K-Means聚类算法，针对这些告警信号进行相应的聚类匹配，然后选择不同的初始聚类中心，形成排序不同的告警簇，通过不同模块对其进行展示。监控中心工作人员可以依照展示结果，就输变电设备实际运行情况以及潜在运行风险进行分析和判断。

3 输变电设备集中监控大数据及应用

3.1 信号总计

利用系统中的信号总计模块，可以对规定时间内的五类信号（异常、事故、高职、越限、变位）数量及最近30天的平板数进行统计，绘制出直观的图形（见图1）。

图1 信号总计

结合上述图形，就其中的数值和同类信号波形图中的数值进行对比，可以判断指定日期境内告警窗信号量是否存在异常，如果信号表现出了明显的波动，需要通过深入分析来找出根源及对应设备，开展针对性的监控工作，对存在的问题进行及时处理。

3.2 信号排名

工作人员在进行日常监控时，需要关注本值内出现的告警信息，而在运用大数据分析的过程中，如果依然关注单一工作日的数据，显然存在很大的局限性，并不能将大数据的作用和价值真正发挥出来。对此，监控中心可以依照不同的信号类型，针对指定时间段内告警信号的发生的频率进行排名。

可以选择在某个时间段内出现次数在前十的告警信号，对其发生次数进行统计，然后依照信号频发排名表，做好具体分析，要求监控中心工作人员能够和现场运维人员一起，做好信号频发原因的排查，若是现场设备缺陷引发的信号频发，需要督促运维人员做好处理；若是信号上传不畅引发的信号频发，则需要联系自动化运维人员进行检查。借助相应的信息优化处理，工作人员可以及时发现输变电设备存在的缺陷，也可以明确电网运行中的风险和问题。

3.3 信息统计

3.3.1 日信号量统计

监控人员可以选择某个时间区段，对变电站在该时间区段内每天发生的五类信号进行统计，也可以借助复选框，从实际需求出发，单独选择某一类信号，借助折线图的形式，分析信号数量是否存在突变的现象，如果有，则需要对照其具体日期，开展详细深入的分析。在对某一类信号进行选择时，图表会依照信号数量，自动完成纵坐标单位量的更新，确保折线图可以清晰直观地反映出信号突变现象。

3.3.2 AVC遥控成功率统计

AVC指自动电压控制系统，其本身能够切实保障电网运行的安全性和经济性，提高电网的无功控制和电压控制水平。AVC统计模块可以对某个时间段内AVC遥控预制超时、遥控执行成功以及遥控执行失败的比例进行展示，具体如图2所示。

图2 AVC 遥控成功率统计

遥控预制超时的诱发因素，一般是系统或者命令传输通道发生了异常，遥控执行失败多是因为变电站现场的容抗设备切换到了旧的位置，又或者测控装置、开关机构等发生了故障。若遥控预制超时比例过高，监控中心工作人员需要及时告知自动化人员和AVC系统管理人员；若遥控执行失败比例过高，工作人员需要通知现场运维人员做好检查和消缺工作。

3.3.3 变电站信号量统计

变电站信号量统计是以变电站作为单位，针对输变电设备的告警信息进行统计和排序，借助相应的统计模块，工作人员可以直观了解某个时间段内，哪个变电站出现的异常信号较多，提醒监控人员加强对变电站运行情况的监视工作，或者通知现场运维人员做好现场巡视工作，以此找出电网运行的薄弱环节。以越限告警信息为例，其主要是变电站母线电压越限或者直流电压越限，对变电站越限信息的频发程度进行排序，可以明确容易发生电压越限问题的区域，找出电网的薄弱点，然后通过在变电站增加容抗器等措施，保障其运行的稳定性和安全性。

3.3.4 告警抑制数量变化量统计

监控人员在值班时，通常都是结合上窗信号，对电网运行情况进行判断。但是，不少停役设备又或者接近检修的设备会发出大量的信号，这些信号可能会遮盖异常告警信号。对此，在D5000系统中，增加了一些辅助功能，包括厂站告警抑制、间隔告警抑制、遥信告警抑制等。如果某个光子信号又或者设备间隔被告警抑制，其不会在告警窗显示。设备恢复使用后，需要对其信号或者间隔的抑制情况进行检查，解除所有相关抑制，以确保设备异常信号可以及时显示出来。

当前，在很多电网公司，对于集中监控中心，采用的都是五值三倒的排班，接班人员需要了解接班前32h内电网所有的运行变化情况。告警抑制数量变化量统计模块能够以交接班时间作为刷新时间，对4个值内告警抑制的变化情况进行展示。每天交接班时，接班人员只需要对告警抑制数量的变化情况进行查阅，就可以准确了解有哪些设备出现了停役或者复役的变化，借此把握好电网整体运行情况。

3.3.5 带电抑制间隔统计

借助相应的告警抑制功能，能够有效避免检修信号频繁弹出的问题，避免了监控人员注意力的分散。但是，在进行输变电设备集中检修的过程中，当值监控人员依然需要对大量的弹窗信息进行处理，稍不留意，就可能出现间隔告警抑制信息遗漏的问题。如果运行设备间隔被告警抑制，监控人员就无法实现对整个间隔的有效监督控制，从而出现漏掉监控信号的问题，这样也许就无法对输变电设备中存在的缺陷和问题进行有效处理，影响电力系统运行的稳定和安全。为了避免这一问题，技术人员在相应的监控分析平台上，增加了带电间隔告警抑制统计功能，如果某个间隔存在带电运行的情况，同时，其被告警抑制，则间隔名称会出现在带电间隔抑制栏中。如果电力系统保持正常运行，这一栏应该为空，所有的运行设备都不能被告警抑制，都必须处于监控人员的监视下。交接班环节，监控人员需要对带电间隔抑制栏进行查看，如果发现有未解除抑制的带电间隔，需要立即与现场运维人员进行核对，将告警抑制解除，这样可以避免出现信号漏监的问题。

4 结语

总而言之，输变电设备集中监控中大数据技术的研究和应用，能够实现对电网实际运行情况的监控和预警，帮助监控人员及时发现输变电设备中存在的缺陷，找出电网运行的薄弱环节。同时，也能够为监控人员的日常工作提供辅助，确保其能够更加直观地了解电网的实际运行情况，避免出现信号漏监的问题。结合其在某电网的实际运行情况分析，系统中的监控信息大数据分析能够极大地提高工作效率，对电网运行中存在的安全隐患进行排除，有效保障电网运行的安全性，可以为其他地区电网的调控运行提供参考和借鉴。