南方电网地调主站提升失压告警准确率研究

南方电网地调主站提升失压告警准确率 研究

林汉填 林岫菁 林润杰 郭韩璇 许良城 刘美钊 张璐骅 周满丽

广东电网有限责任公司潮州供电局 广东 潮州 521000

摘要：本论文主要介绍目前南方电网地区供电局调度主站失压检测功能存在的问题，剖析产生问题的根本原因，研究提升失压检测准确率技术方案，达到显著提升厂站失压告警正确率的目的。

关键词：调度主站；厂站失压检测

1 前言

调度自动化系统是指对电力系统进行测量、监视、控制、分析、运行管理的系统及其设备的总称，由主站端、厂站端系统及其设备，经通信通道连接组成。其中，主站端（即调度自动化主站系统）包括主网和配网自动化、调度运行管理等系统的主站部分及相关基础设施；厂站端（即厂站自动化系统）包括为主站提供信息的发电厂、换流站、变电站、串补站、开关站自动化系统（含监控系统、远动设备、网络设备、测控设备、变送器、同期设备等数据采集设备及相关二次回路）、同步相量测量设备、时间同步系统、交流不间断电源等设备及相关基础设施。

变电站全站失压是指在电力系统中因故障而导致变电站各电压等级母线电压（不包括站用电、直流系统电压）为零的现象。发生全站失压后，该变电站供电客户全部失去电压，供电负荷全部失电，造成区域性停电事件，给停电客户造成较大的经济损失，对社会造成较坏的负面影响。

南方电网公司系统部根据国务院第599号令《电力安全事故应急处置和调查处理条例》要求，2011年在总调EMS系统开发电力安全事件预判及变电站所有监测功能模块，为电网异常事件实时监测提供有效支撑。地调主站系统同步开发厂站失压监测功能，作为地调自动化系统一项基本功能，按照总调要求的判断逻辑，监测到厂站失压后把失压的信息上送到中调、再上送到总调EMS系统。

为了该项功能监测准确性，2014年南网系统运行部印发《进一步提升厂站失压监测准确性工作方案》，要求通过优化监测功能、规范检修作业流程、加强评价等手段提升准确性，并鼓励有条件的单位可结合主站系统建设或改造改造，不断完善失压检测功能，逐步采用程序方式实现厂站失压监测。各单位根据方案的要求，进行了大量的工作，取得了一定的提升，但是距离真正反映事故事件时全站失压要求还有较大的差距。根据统计数据，2020年南方电网全网厂站失压监测告警147次，正确告警83次、误告警62次、漏告警2次，全年正确率56.46%。其中广东57.75%、广西16.67%、云南64.15%、贵州22.22%、海南62.5%（数据来源：南方电网自动化月报）。

从统计数据可以看到，影响厂站失压监测准确率的主要因素是误告警，如果能排除掉造成误告警的因素，把误告警次数降为0，则可以显著提升厂站失压告警准确率。

2 厂站失压误告警原因分析

根据南方电网2020年12月份自动化月报统计数据，2020年南方电网全网厂站失压监测告警147次，正确告警83次、误告警62次、漏告警2次（见下表）。从统计数据可见，影响全站失压检测正确率的主要因素是误告警。

南方电网失压告警监视运行指标统计（2020年）

厂站失压误告警的原因有主站功能缺陷、主站自动化运维不当、调度员操作不规范、厂站设备缺陷、厂站自动化运维不当等方面原因。2020年共误告警62次，主站功能缺陷引起的2次、主站自动化运维不当引起的5次、调度员操作不规范引起的14次、厂站设备缺陷引起的20、厂站自动化运维不当引起的21次（见下表，数据来源南方电网2020年12月份自动化月报）。

南方电网厂站失压误告警原因分类统计表

主站功能缺陷方面，目前地调主站大部分没有智能判断模式，还只是简单按南网总调要求，按电压低于额定标准电压30%、持续10秒、是否挂“全站停电检修”牌进行简单的判断。

主站自动化运维不当方面，目前主站自动化设备检修时可能出现对厂站失压监测功能影响风险辨识不足，没有及时做好信号屏蔽进行挂牌等措施。

调度员操作不规范方面，在全站一次设备检修前，调度员可能会因为只关注一次设备检修而忽略了自动化信号方面的屏蔽，忘记了全站检修挂牌操作。

厂站设备缺陷方面，远动机重启、故障引起的遥测数据异常，测控装置采集遥测数据异常，也可能导致母线电压值变为0，造成失压监测的误判。

厂站自动化运维不当方面，主要是厂站自动化设备检修时，开工前没有及时通知主站自动化值班员进行信号屏蔽、提前完成挂牌操作，造成误告警。

从上面各种导致厂站失压误告警原因进行综合分析后，我们发现在挂牌方面及判断逻辑方面存在较大的问题，通过改进挂牌方面措施、改进判断逻辑方面措施，可以显著提升厂站失压告警正确率，准确判断电网事故事件时的全站失压。下面将对改进挂牌方面、改进判断逻辑方面两大方面措施进行详述。

3 挂牌方面改进措施

针对导致误告警的自动化人员运维不当、调度员操作不规范、厂站自动化运维不当等因素，研究目前操作中存在引起误告警的操作步骤、操作习惯，进行相应的改进。

3.1挂牌方式的改进

目前在站端自动化设备检修、一次设备全站停电检修时，自动化人员、调度员会进行挂全站检修牌操作，以闭锁检修时产生的信号对运行监控的干扰，防止全站失压信号误告警，挂的全站检修牌如下：

因为该牌功能选项较多（例如禁止遥测刷新、禁止所有告警、禁止遥控等），如果没有仔细看清楚、选择正确的选项，使用该牌后可能产生次生的问题。并且，调度员在一次设备全站停电检修时，在全部操作完成前使用挂全站检修牌会影响调度员对电网的监视，所以一般会在完成全部操作后才挂全站检修牌，在完成操作到挂全站检修牌期间一次设备已经处于失压状态，但是全站检修牌禁止遥测刷新功能还没有生效，所以可能产生误告警。

基于上面情况，建议需要挂全站检修牌时，改为使用“全站失压”遥信“禁止刷新”。具体操作如下：

1）需闭锁“全站失压”信号上送，请用接线图中变电站名下面的“全站失压”遥信点进行操作。该图标实心表示该站失压、空心表示没有失压现象。

2）必要时（例如一次设备全站停电），需闭锁全站失压信号上送，请用该遥信点右键出现菜单中“禁止刷新”。

3）“全站失压”图标变为灰色，表示禁止刷新生效，全站失压信号不会变化、上送。

4）恢复全站失压信号上送，用该遥信点右键出现菜单中“激活刷新”，图标恢复为红色，表示正常刷新。

使用“全站失压”进行“挂牌”操作，功能单一，简单可行，误操作的可能性低。另外，因为“全站失压”遥信“禁止刷新”可以在一次设备全站停电检修所有操作完成前进行操作，也避免了往常完成操作到挂全站检修牌期间一次设备已经处于失压状态但全站检修牌禁止遥测刷新功能还没有生效产生的误告警。

3.2增加检测“挂牌”状态功能

为了达到准确判断电网事故事件时的全站失压，不误报、不漏报。建议每天21点自动扫描每个站的“全站失压”信号“禁止刷新”状态，如果处于“禁止刷新”则弹窗提醒调度员、自动化人员进行处理，防止因为“挂牌”后忘记“摘牌”导致屏蔽了真正发生电网事故事件时的全站失压。

为什么要选在每天21点扫描，因为21点这个时刻大部分的检修已经结束，只有个别检修可能继续，所有这个时间点进行扫描可以避免因为正常检修“挂牌”引起的“额外”干扰，另外假如需要进行处理，这个时间点的调度员、自动化人员还没有休息，还可以进行处理。

为什么检测“挂牌”功能是必要措施，因为在实际运行中，检修工作开始前进行“挂牌”操作，但在检修工作结束后，可能会忘记“摘牌”，特别是个别1天时间以上的检修，发生忘记“摘牌”的概率很高，所以定期扫描“挂牌”状况是保证全站失压告警准确率的一个重要措施。

3.3全站检修操作完成前提醒“挂牌”

为了防止全站一次设备检修时，误报“全站失压”到中调、总调，在一次设备检修操作前，会要求调度员提前操作“禁止刷新”“全站失压”信号，以保证这种检修引起的全站失压不发送到上级调度控制中心。

在实际运行中，电网调度员可能会因为太关注一次设备的检修操作而忽略了自动化信号方面的“禁止刷新”“全站失压”信号，所以可能会出现误报。为了避免这种情况出现，减轻操作人员的负担，建议采用程序智能判断，在一次设备操作即将完成检测该站“全站失压”信号是否处于“禁止刷新”状态，假如没有，提醒操作人员注意闭锁该信号。

如何智能判断，采用全站检修操作接近完成时只剩下一段母线是否有电压这个特征作为时间点，检测该站“全站失压”信号是否处于“禁止刷新”状态，假如不是处于“禁止刷新”的话，说明调度员没有及时“挂牌”，弹窗提醒需进行“禁止刷新”操作。防止全站检修操作前忘记“禁止刷新”“全站失压”信号，进一步提高“全站失压”告警信号准确率。

4 判断逻辑方面改进措施

目前自动化系统中，只是简单按南网总调要求，按电压低于额定标准电压30%、持续10秒、是否挂“全站停电检修”牌进行判断，当全站一次设备检修、自动化信号采集异常时也会出现符合该条件的情况，导致出现误报“全站失压”信号到上级中调、总调。所以，很有必要对“全站失压”判断逻辑进行优化、进行改进，排除可能引起误告警的因素，综合判断，避免误告警、漏告警，准确判断出电网事故事件时的全站失压告警。具体判断逻辑建议按以下几方面进行改进：

4.1改进失压判断启动条件

由原来电压低于额定标准电压30%、持续10秒就启动判断，改为某段时间内，该站某一段母线的相电压从正常的实时值向下突变到额定值30%以下、并且持续10秒才启动判断。

在原来的判断逻辑中，只是判断某时刻的电压值是否处于失压，在遥测信号异常时、全站停电检修开始操作时、事故事件全站失压发生时，都会符合该条件，所以出现误告警。假如抓住事故事件时候全站失压的电压特征，电压会发生向下突变，利用某时间段的电压值向下突变进行判断，“全站失压”告警正确率会大幅提高。

要有向下突变这个过程才启动判断，并不是简单判断电压在额定值30%以下，真正体现事故事件时的全站失压特点。在电压值保持低电压、向上突变时，不作判断，提高判断准确率。避免电压长时间在额定值30%以下的重复判断、避免电压在额定值30%以下时挂牌、摘牌后正常遥测还没有采集正常产生的误判。

为什么该站某一段母线电压向下突变就启动判断，而不是所有母线电压向下突变才启动判断，主要是考虑在一次设备全站停电检修操作过程中，发生事故跳闸导致全站失压时可能漏报，所以某一段母线电压向下突变就启动判断。

为什么只是采用母线的相电压，没有把母线的线电压、相电压全部纳入监测，主要是在保证逻辑判定正确的情况下减少配置工作量。但是也不能只采用某1个相电压而已，因为10kV线路接地时某相电压有可能是0，会导致误判。

4.2排除自动化信号异常时的误报

在自动化系统遥测信号采集异常时，也可能出现符合南网总调南网总调要求的电压值低于额定标准电压30%、持续10秒、是否挂“全站停电检修”牌的判断标准，所以也会出现“全站失压”误告警情况。

针对这个因素，必须研究自动化信号异常时调度主站表现出来的变电站遥测信号特征与一次设备真正失压时表现出来的遥测信号特征的差别。经过研究后，发现可以通过下面的特征进行分辨自动化信号异常时遥测信号、还是一次设备真正失压时遥测信号，也就是全站失压时线路、主变、母线等一次设备的有功、无功、电流、电压的遥测值都是0，但是直流电压、油温、档位还是有数值。所以，利用该站所有遥测量全部为0的时候，判定为自动化系统信号异常，此刻产生的符合南网总调南网总调要求的电压值低于额定标准电压30%、持续10秒、是否挂“全站停电检修”牌判断标准的“全站失压”是自动化信号引起的误告警，可以排除掉，进一步提高“全站失压”告警准确率。

4.3排除全站停电检修后的误报

按南网总调电压低于额定标准电压30%、持续10秒、是否挂“全站停电检修”牌判断标准，假如在全站一次设备检修前，电网调度员因为只关注一次设备操作、忽略了自动化“全站失压”信号屏蔽，则在全站一次设备检修操作后，出现误报“全站失压”信号到中调、总调，所以必须排除这种情况的误告警信号。

如何判定该站是全站一次设备检修，利用拓扑关系进行智能判断是否可行？

在人工智能成熟情况下，这是最优得实现方式。可以把某某供电局的变电站典型拓扑进行整理，针对典型拓扑进行智能判断，例如：

1. 具有110kV、10kV母线的两绕组110kV典型结构变电站（如下图），判断连接在110kV母线的110kV线路开关遥控分闸情况。如果连接在110kV母线的最后1个处于合闸状态的110kV线路开关遥控合闸到分闸，并且该开关期间没有跳闸信号，则认为是该站是全站一次设备检修检修。

2. 没有110kV、只有10kV母线两绕组110kV线变组结构变电站（如下图），判断主变变高开关遥控分闸情况，如果有最后1个处于合闸状态的主变变高开关遥控合闸到分闸，并且该变高开关期间没有跳闸信号，则认为是该站是全站一次设备检修检修。

2. 具有110kV、35kV、10kV母线的三绕组主变110kV变电站（如下图），判断连接在110kV、35kV母线的110kV、35kV线路开关遥控分闸情况，如果有连接在110kV或35kV母线的最后1个处于合闸状态的110kV或35kV线路开关遥控合闸到分闸，则认为是该站是全站一次设备检修检修。

还有其它变电站拓扑，这里不一一详述。就目前地区局调度自动化系统智能化程度来看，上述利用拓扑关系进行智能判断当时全站一次设备操作是否是检修操作可行性不大，并且实现起来非常复杂，对后续拓扑关系的维护要求也很高，所以依靠拓扑关系进行智能判断的方案在目前来看是不可行的。

那么，我们如何判定该站在什么时间是全站一次设备检修？我们研究了全站一次设备检修与电网事故事件的变电站各等级电压的差别，发现事故事件时候各段母线电压失压时刻基本一致，一次设备全站检修时候的各段母线电压失压时刻会依次间隔一段时间。所以利用这个特征进行排除全站停电检修后的误告警。

以该站各段母线电压值在额定值30%以下的遥测数据采集时刻是否依次间隔1分钟以上并且期间全网没有事故信号作为全站停电检修的特征，排除检修产生的误告警。

各段母线电压失压时刻依次间隔一段时间、并且期间全网没有事故信号，则判定是全站检修。判定全站检修这么严格的条件，主要是考虑全站检修操作期间，发生站内、站外跳闸，导致本站全站失压，造成漏报。

事故信号采用主站判定的事故分闸信号，并且需剔除调试区的事故分闸，避免自动化人员进行信号调试时候导致的干扰。

间隔1分钟，作为可调节参数，可根据实际运行情况进行调节。

通过上面的特征判定该变电站处于全站一次设备检修状态，排除全站停电检修后的误告警，可以显著提升“全站失压”告警准确率。

5 结语

南网地区调度主站厂站失压监测功能是南方电网公司要求的一项基本功能，通过上面的“挂牌”方面改进措施、逻辑判断方面改进措施，可以显著提高全站失压告警的准确率，真正体现事故事件时的变电站失压告警，有利于电网调度员准确掌握电网运行状况，及时处置电网事件，更好为万家灯火服务。

引用文献：

1、《中国南方电网调度自动化运行管理规定 （2020 年版）》 起草单位：中国南方电网电力调度控制中心等单位，主要起草人：江伟等；