变电运行数据分析评估系统

变电运行数据分析评估系统

乔蓉

内蒙古电力（集团）有限责任公司呼和浩特供电分公司  内蒙古自治区呼和浩特市  011700

摘要：随着近些年电力事业的高速发展，电力设备自动化、智能化水平不断提高，其运行过程中产生的数据呈现出海量化、多样化等特征。传统电力设备运行数据分析方法已经无法满足实际需求，如何高效采集、处理、分析、应用这些数据成为电力企业关注与思考的重点问题之一。大数据技术的提出与推广为电力设备运行数据分析优化发展提供了技术支持，有利于对海量数据的价值进行高效挖掘、采集、分析与利用，对电力设备运行状态监测、电力设备运行故障防控提前感知，保障电力系统稳定运行。

关键词：变电运行；数据分析；评估

前言

从最初的五防系统开始，变电站的运行已经进入大数据时代。智能电网的CBA模式，即云计算（CloudComputing）、大数据（BigData）、人工智能（ArtificialIntelligence），均需对变电站数据进行更高效率的管理。本文重点讨论智能电网下变电站运行的数据采集需求和数据结构分析方法。

1变电运行的原始数据来源

变电运行数据中，以各级母线及相关设备中安装的互感器获得的电流和电压数据为核心数据，其中包括三相母线各自的互感器数据，中性线、接地线的互感器数据等。另外，还需采集部分设备的温度（一般以红外探头实现）、振动（一般以激光陀螺仪实现）、声音、油量等数据。虽然变电运行的数据来源较为复杂，但从数据来源的原始数据结构分析，主要原始数据只有三种：

1.1双精度浮点离散数据

来自电压互感器和电流互感器、油量计、流量计、计数器等的数据，均属于双精度浮点离散数据。离散型数据更容易进行信度分析、效度分析、回归分析、状态空间分析等数据治理和初步分析。

1.2流媒体数据

来自红外摄像探头、音频探头等设备的数据属于流媒体数据，其中红外探头数据属于三维流媒体数据（含一维时间轴），声音探头数据属于一维流媒体数据。这些流媒体数据较难进行离散数据分析（信度分析、效度分析、回归分析、状态空间分析等），但可以直接在神经网络或模糊判断等计算模块中进行深入挖掘。

1.3矢量数据

来自激光陀螺仪、加速度计等仪器的数据多属于矢量数据，这些数据的特征是相对离散、带有矢量信息，将这些数据求导，可以得到连续的路径信息。经过热力图分析、矢量叠加分析等，可以得到系统的振动特性和移动特性数据。同时可以将这些数据进行离散化，得到类似双精度浮点离散数据的相关数据，也可以将这些数据进行位图化，得到流媒体数据。

2系统总体设计

2.1系统架构方案

（1）技术架构

●外部数据

主要从SCADA、PMS等外部系统获取数据，特别是从SCADA系统中获取准确度较高的台帐数据、运行数据。并定期从调度获取调度工作Excel文档，引入包括操作票、计划检修、停电计划数据等。

●数据接入层

包括数据抽取服务、数据转换服务和数据质量校检服务，分别获取外部的数据，和对数据进行清洗、质量校检，自动判断数据的正确性并转换为系统特定的数据格式。

●数据层

存储了系统的所有数据，主要包括抽取来的原始外部数据；被清洗、质量校检、转换后的主网设备台帐数据；系统自动生成或编辑后的全网模型和拓扑图数据；在对设备评估分析时各类评估指标的计算规则；支撑系统运行的配置数据。

●服务层

为承载业务应用功能所需的基础服务，包括基础的数据管理服务；融合模型、拓扑、数据的模型拓扑融合服务；进行拓扑服务使用的拓扑分析引擎。

数据管理服务：除了日常数据管理服务外，还将构建实时数据分析服务，对引入的
实时数据进行分析，提取主网运行状态曲线数据，以备拓扑分析时使用。

●业务应用层

1）台帐管理：对主网设备台帐数据进行维护管理，按照地区划分进行可视化展示；

2）检修操作：针对检修申请数据进行统计分析展示；

3）事故异常：对跳闸、接地等异常数据进行多维度统计分析，支持对跳闸、接地等异常数据进行补充扩展，然后进行信息汇总；

4）无功电压：对电压的极值情况进行统计、对母线电压越限的情况进行统计、对电容器投切的情况进行统计、对主变调压的情况进行统计；

5）负载率：对变电站主变、断路器的负载情况及分时段过负荷的情况进行统计分析，定义四个划分标准即：正常负载、轻载、重载、过载，结合图标展示的形式进行可视化；

6）设备状态：融合厂站告警数据、异常数据、负载率情况、设备评价标准机制，对厂站进行综合评估；

7）评分统计：根据各个厂站的评分，利用加权计算评估的方式，按照各个厂站属于区域计算出各个变电站之间的评分结果，在地图上进行可视化展示。

（2）物理架构

在各生产控制区部署数据采集工作站，用于采集各控制区自动化系统及网络状态数据，将采集数据发送到生产管理区，考虑到现场环境和性能，数据采集工作站配置研华ARK-7480工控主机。系统部署在电力网络三区。调度设备运维人员和系统管理人员通过电力内网访问监测系统，对调度自动化各系统及网络运行状态进行实时监控和业务处理。

2.2系统功能设计

2.2.1数据处理程序

（1）部署采集程序从SCADA系统中采集厂站设备、间隔设备、事故告警、二次遥信、遥信变位、设备负荷等数据等；

（2）PMS数据接入接口、生产报表数据接入接口、操作票数据接入接口、检修申
请数据接入接口、停电计划数据接入接口；

（3）部署数据抽取服务、数据转换服务和数据质量校检服务，对数据进行清洗、质量校检，自动判断数据的正确性并转换为系统特定的数据格式。

2.2.2设备台帐模块

从SCADA数据库中准实时采集厂站台帐和间隔台帐数据，手动清洗冗余的数据信息，按照地区特定的区域划分机制，建立区域设备台帐模型。按照电压等级、区域维度进行划分，并辅以图表的形式进行展示，同时暴露PMS数据接入接口，支持用户对PMS
数据进行手工倒入的功能。

2.2.3事故异常模块

根据采集到的事故异常信息进行统计分析，主要统计分析电有接地总体情况、数据统计、跳闸数据分析、百公里跳闸统计、跳闸记录信息维护、跳闸信息汇总，具体如下：

1）接地总体情况

按照各单位管辖接地数量统计、接地原因统计、按单位接地次数统计三个层次进行
数据展示。

2）跳闸数据分析

根据跳闸的原因类型进行跳闸次数统计、根据重合闸动作统计、按单位划分跳闸
与接地次数。

3）百公里跳闸统计

根据各管辖单位下的35kV、10kV电压等级百公里跳闸比率进行展示。

4）跳闸信息汇总

根据调度员补录的信息类型，进行跳闸信息汇总展示。

2.2.4无功电压模块

本模块主要对电压的极值情况进行统计、对母线电压越限的情况进行统计、对电容器投切的情况进行统计、对主变调压的情况进行统计。具体如下：

1）电压极值

监测每个月中电压极值出现的分布情况，以天为基本单位，并统计每天每个月中
极值出现的时间段。

2）电压越限

统计母线电压限上、下限的情况，按照电压等级进行划分。

3）电容器投切

统计电容器投切手动和自动的占比及时间段分布情况。

4）主变调压

统计主变调压手动和自动的占比及时间段分布情况。

结束语

综上所述，变电站数据虽然来源和结构均较为复杂，但其可以归结为双精度浮点数据集、矢量数据集、流媒体数据集三种，在实际大数据管理中，可以针对这三种数据分别进行管理，同时可以根据数据的实际意义，开发数据治理、数据挖掘、数据可视化的相关工作，以实现对相关数据最大限度的利用。

参考文献：

[1]李永兴，刘连义.变电站数据采集器专线MODEM的设计[J].计算机与数字工程，2019，47（9）：2315-2320.

[2]国家电网首个联网运营多站融合变电站投运[J].农村电气化，2019（8）：8.