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智能变电站智能告警技术及应用研究田晓虎

发表时间：2021/8/10 来源：《中国电力企业管理》2021年4月作者：田晓虎

[导读] 智能变电站对变电站设备的状态监控能力大大增强，并能够通过显示屏进行直观展示，可以更好的预防和减少变电站的故障率。由于制定了统一的通信协议，因此全部的信息都可以共享，降低了运维成本。通过对智能变电站设备在故障时的告警信息的分类处理和推理，实现对故障的智能告警。

中国电建集团河南工程有限公司田晓虎河南郑州 450001

摘要：智能变电站对变电站设备的状态监控能力大大增强，并能够通过显示屏进行直观展示，可以更好的预防和减少变电站的故障率。由于制定了统一的通信协议，因此全部的信息都可以共享，降低了运维成本。通过对智能变电站设备在故障时的告警信息的分类处理和推理，实现对故障的智能告警。文章梳理智能告警的工作流程，根据智能变电站告警信息的严重等级对信息进行分级处理并进行报警信息展示，通过对智能变电站SCD配置文件的解析，绘制变电站二次的网络拓扑图并与告警信息相互关联，缩小故障点的定位范围。通过智能告警专家系统建立推理知识库，在告警时快速定位故障并消除，实际的推理案例验证了方法的有效性。
关键词：智能变电站;智能告警;专家系统;知识库;逻辑推理;
        智能变电站众多功能的实现建立在对大量信息的采集以及分析的基础上，其先进性以大量数据为支撑。但同时产生一个问题，如果不对智能变电站产生的告警信息进行分级、过滤以及判断处理，在电力系统出现故障的情况下，监控页面有可能被大量告警信息占据。在面对满屏海量的告警信息时，运维人员很难快速寻找到关键故障信息从而确定故障点。
        1 智能告警系统分析
        与传统变电站相比较，智能变电站的突出优点是能够收集到大量的信息，进而对变电站内部进行不间断的监测，并且记录下所有的数据。但是，故障时产生的数据信息数据量大、信息种类多，如果不进行区分、排列以及优化，很难从这些数据中发现真正能够确认出故障原因和故障点的信息。而智能告警系统的作用就是对智能变电站出现故障时的信息进行筛选，选出有用的信息，帮助运维人员快速定位故障类型以及故障原因并提供解决故障的办法，从而减轻运维人员的工作负担，缩小故障持续的时间，保证智能变电站最大限度地处于正常工作状态。
        2 告警信息分类处理与展示
        2.1 告警信息分类处理
        智能变电站相对常规变电站，增加了合并单元、智能终端和通信网络。在分类中，考虑将传统运行人员熟悉的常规保护与测控装置相关的信息和智能变电站新增的设备信息区分开，让运行人员能快速适应智能变电站的告警信息。
        1)事故类告警信息。
        这类信息指电力系统内一次设备的控制单元动作，导致智能变电站设备运行状态发生改变的信号，主要包括：一次设备运行故障的动作信号、继电保护装置的动作信号、安全自动装置的动作信号以及其他严重故障的信号。当出现此类告警信息时，工作人员必须第一时间进行监测和故障处理。
        2)设备运行告警信息。
        此类信号与电力系统中设备运行参数相关，其工作值超出运行允许的范围，包含电气设备的电流、电压、主变油温、母线差流、弹簧压力等。
        3)GOOSE告警信息。
        此类信息是智能变电站新增的信息，交互的主要是开关量位置、保护跳合闸以及告警信息等。当GOOSE链路通信异常时，运行人员快速定位通信关联的设备以及影响范围。
        4)SV告警信息。
        此类信息是智能变电站新增的信息，交互的是交流量采样值。当SV数据异常或两路SV数据不一致时，影响控制设备的运行，应立即处理。
        5)开关刀闸位置信息。
        这类告警信息主要反映设备的分、合位状态。
        6)操作记录信息。
        这类告警信息主要针对监控系统中用户进行的登录以及注销操作。除此之外还包括对设备进行一般操作时出现的一些伴随信号。
        2.2告警信息展示
        告警信息分类后，就能根据告警信息的类别进行分类展示。当同时产生多条告警信息时，一些重要的告警信号如事故告警、GOOSE、SV告警等就会被筛选出来，并通过页面进行展示。

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        3 智能告警应用技术
        3.1 基于网络拓扑的信息关联
        智能变电站采用IEC61850标准，全站配置文件SCD中包含变电站站内全站的二次设备信息、变电站站内网络信息；SSD文件还表达了全站的一次设备连接关系。
通过SCD文件的站控层网络和过程层网络配置，能清晰地获得设备和站控层、间隔层与过程层之间的网络连接关系；区分链路的连接方式是组网方式还是点对点链；同时知道物理端口的连接关系。
        3.2 智能告警推理
        智能变电站的智能告警推理通过专家知识库完成。首先，建立推理模型；其次，对智能变电站运行数据进行采集，并在此基础上进行分析；再次，通过单事件推理以及多事件关联分析得到装置告警所属的动作类型；最后，对开关跳、合闸动作做出分析，从而达到智能告警推理的目的。
        3.2.1 智能变电站专家系统
        智能变电站专家系统属于计算机信息监控系统。变电站专家系统的主要作用是借助继电保护专家以及信息挖掘专家完成变电站事故的判断、推理以及处理，这些事故很难借助一般的数学模型进行表示。专家借助人机接口对智能变电站的告警信息进行规则制定。
        3.2.2 知识库
        知识库的功能是储存专家提供的大量专业知识。知识库质量的高低是判断专家系统性能的关键指标，知识库中包含的知识是反映相关领域专家的思维方法。对于智能变电站智能告警专家系统，具体问题的求解需要依靠知识库，知识库的主要功能包括存储、检索以及修改。改善专家系统最好的方法之一就是不断地完善和充实知识库。所以，如果要建立高质量的知识库，需要对智能变电站一次设备、二次设备以及继电保护设备等的运行原理、操作方法以及故障解决方法等非常熟悉。专家库中的知识表现方式包括产生式与框架式。产生式表示方法前提可以是一个也可以是多个，但结论必须是一个。
        3.2.3 推理方案
        智能变电站智能告警系统需要通过推理机技术实现，借助推理技术能够通过出现的信号推断出具体的故障原因和解决方案。专家系统中知识库功能的实现尤其要借助推理机。智能变电站智能告警系统属于产生式类别，其具体工作流程是根据现场出现的信息，通过与知识库已有的设定规则进行对比，进而得到解决问题最好的方案。推理方式通常分为正向推理与反向推理2种。智能变电站告警系统采用正向推理，分为以下3类。
        1)单个事件推理
        由于在专家系统知识库中已经对可能出现的各个信号对应的告警信号种类进行定义，因此可以理解为单个事件推理构成的因果关联关系。这种关联关系由人工依据现场运行经验定义，存储于数据库中。当智能变电站出现告警信息时，推理机根据告警信息的类型与知识库中储存的数据信息进行匹配处理，若事件符合单事件推理逻辑，则推理出异常出现的原因，并提供问题的解决方案。
        单个事件推理的应用很多，一般都为单一原因造成的告警。例如：某主变压器保护装置报“低压侧零序过电压”，可推断出零序电压二次回路异常。其中，零序过电压和其他告警信号没有关联，属于单个事件。
        2)关联多事件推理
        鉴于智能变电站在大部分情况下出现的告警信息彼此之间存在一定的关联，所以有必要把这些智能变电站设备的告警信息统筹考虑和分析推理，从而得出解决方案，这样就能更加准确判断故障的原因，并提供合理的解决方案。这属于关联多事件推理。
        3)故障智能推理
        故障智能推理方法主要是针对智能变电站出现故障的关键条件，同时综合考虑接线方法、开关的变位信息、运行形式以及遥测量等，尤其要关注故障发生的原因、相关信息以及处理故障时应遵循的原则等，进而提高运维人员对故障的处理水平，减轻智能变电站设备的检修工作量。
        4 结语
        针对智能变电站设备出现故障时，监控系统出现大量信息，如何快速了解故障信息并故障定位一直是运维人员关心的问题。本文通过告警信息分类、网络拓扑分析并进行信息关联和智能推理对智能告警技术和应用进行了研究并取得了一定成绩。未来，随着人工智能和大数据技术的发展，智能告警技术会有新的突破，这方面的工作也在有序地开展中。
参考文献
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[2]姬书军，朱学科，李淮海.变电站智能告警专家系统研究[J].华东电力，2011，39(5)：774-776.
[3]何世伟.智能监控告警系统的研究与应用[D].上海：东华大学，2016.