变电站智能在线告警系统研究

摘要：变电站是电网调度自动化最为重要的环节之一，承担着传导、接收和分配电能的任务，同时作为电网运行基础设备部分，时常伴随着各类故障的发生，这些故障若不提早发现并处理，轻则导致设备损坏，重则造成人身危害，甚至导致电网大面积停电，破坏电力系统的安全稳定运行。因此，有必要从多个方面入手对变电站智能在线告警系统进行分析和研究。

关键词：变电站；安全稳定；智能告警系统

作者简介：侯玉敏（1970-），女，辽宁丹东人，国网黑龙江省电力有限公司鹤岗供电公司调控中心，技师；程亮（1976-），男，安徽亳州人，国网黑龙江省电力有限公司鹤岗供电公司调控中心，工程师。（黑龙江 鹤岗 154101）

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）30-0197-02

随着我国智能电网的建设与发展，使得电网运行人员需要关注更宽、更深范围的设备信息。智能变电站的信息化改造使得数据信息种类多样化，不仅对变电站侧的数据信息采集、分拣、传输、接收与处理产生复杂的影响，同时也对调度自动化系统的监视、控制、统计与分析处理功能提出了更高层次的要求，本文将着重介绍变电站在应对海量告警信息时的智能告警措施与方法。

一、智能变电站告警信息分类

智能变电站的告警信息一般用于调度自动化系统的电网故障诊断等高级应用，这些高级应用大部分是基于SCADA/EMS等调控一体化平台实现的，因此SCADA系统提供了主要的智能告警信息，其内容主体一般包括开关动作以及保护动作信息，通过整合电网调度自动化的运行与控制的一般性经验型知识并加以分析，完成告警信息的在线智能处理。

1.电网断面信息

电网断面信息包含反映断路器开关动作的遥测信息及继电保护动作的遥信信息。遥测信息是指反映电网运行工况的模拟量数据（电流、电压和功率），反映电网主要电气设备实时运行工况的数据，如有载调压变压器的分接头位置、变压器油温等。遥信信息主要是指监控装置的开关动作（开关输入量）信息，包括断路器、隔离开关的开合状态、特殊监控的硬触点和软触点。硬触点有开关储能状态、远方/就地操作位置等；软触点包括保护当前状态、设备异常情况等。

这些遥测、遥信数据经过现场采集后由监控装置按规定的通信规约向SCADA系统报送。SCADA系统根据这些实时数据，完成对电网当前状态的重构、跟踪和监控。电网的断面数据临时存入实时库中，并以一定的时间间隔写入历史库。

2.事故告警信息

当电网发生事故、运行电压电流越限、设备异常动作等情况时，相应的监控设备将会产生事件顺序记录（Sequence of Event，SOE），这类信息称之为事故告警信息，其内容包括断路器跳闸、设备异常动作、电压越限及保护动作等告警信息，告警信息由保护、监控装置及系统实时上传至SCADA系统并由界面显示。SCADA系统收到SOE告警信息后，立即产生报告，同时通知调度员，并将告警信息以记录的形式追加到告警事件数据库或历史文件中，形成历史库，方便后期调用查看。

二、电网调度中的告警类别

电网调度中的告警方式有多种分类方法。按告警设备范围可以分为电气元件级告警和系统级告警。电气元件级告警指的是某元件发生故障或者电压、电流或潮流越限时的告警方式，系统级告警指的是当电网发生大扰动时，电网中的电气量发生突变，或变化量远大于正常运行工况下的水平。

电气量变化与时间的关系如下公式所示：

δ= ΔM/ΔT > nε

其中ΔM=（Ma - Mlim），ΔT为时间，ε为正常运行工况下的电气量（电压、电流、频率）大小，n代表变化量的倍数。相对于元件级告警，系统及告警是基于整个电网的实时稳定运行状态的告警方式。

按告警设备数目多少可以分为单一告警、串联告警、并发告警和组合告警。单一告警指的是当某一设备发生越限、故障时的单一告警方式，单一告警方式是最为基础的设备告警方式。串联告警方式由一连串的单一告警组成，串联告警一般均由诱发故障引发，其后续均为该诱发故障的连锁反应及现象，例如母线故障，会引发与该条母线相连接的所有线路侧开关跳开，这些线路侧开关跳闸的告警信号就是在母线故障这个诱发故障伴随下的串联故障，从而引发串联告警。

并发告警指的是两个没有联系的故障同时发生，并各自引起相应的串联效应，由这类效应引发的告警称之为并发告警。如某条大容量线路发生故障后，此线路附近线路潮流瞬时增大，造成其他线路或负荷发生潮流越限等故障。

组合告警属于特殊的串联或并发告警，其完整过程可描述为：当发生某个故障后，同时伴随发生了串联及并发故障，诱发故障引发了下一故障，同时与诱发故障点电气联系不紧密的某一处也发生了故障，针对这类故障的告警方式称之为组合告警。

按照电气量变化关系可以分为灵敏度告警以及梯度告警两种方式。灵敏度是反映可控变量与状态变量之间的对应变化关系的参数。灵敏度告警可以让某些变化量很小，但却可以对某些状态量影响巨大的可控变量进行监控，很容易区分出这些可控变量与状态量之间的变化关系，这为电网调度值班人员适时采取恰当的应对措施提供了依据。梯度告警方式针对电网不同时间段的电气量变化特性，呈阶梯状对各时间段逐级进行监视告警，此类告警方式广泛用于制作负荷曲线时对各负荷变化较快时可能发生故障的薄弱环节进行告警。

三、智能告警系统结构与设计原理

智能告警系统并不能准确定位故障告警信息，它通常将所有疑似告警信息综合起来处理，为电网调度运行人员提供电力系统全景图，并明确告警方向，便于调度人员及时作出决策。

1.智能告警系统总体结构

智能告警系统主要由实时信息库、知识库、推理机、数据库、知识获取、翻译、人机接口模块等组成，智能告警系统是一个专家系统，其核心部分是知识库及推理机部分，如图1所示。

上图中各模块功能内容如下：

（1）知识库。变电站智能告警信息领域的一般性经验规则及知识，同时还有相应的知识获取方法及表示方式。

（2）数据缓存库。存储系统模块运行的初始数据，同时对变电站进行告警信息筛选等推理操作时产生的一些中间数据将暂时存储至数据缓存库中，需要与知识库保持一致。

（3）推理机。数据库提供数据信息，根据知识库中的规则及知识，推理得出结果。

（4）解释器。由于系统内部处理是纯数据信息处理，不具有易读性，难以理解，因此解释器将推理得出的结论“翻译”给用户，并通过人机接口告知用户。

（5）统计计算模块。统计告警信息的操作次数及频率。

2.告警信息噪声处理

在电网正常运行以及发生事故两种状态下，调度自动化系统都会收到由底层设备发出的大量告警信息，这些数据中大部分为冗余数据，并不能帮助分析电网状态。其中有用的信息也需要按照特定属性进行分类。因此，针对调度自动化系统接受到的海量信息，需要进行预处理，包括信息筛选过滤及分配。

告警信息的预处理包含清除冗余信息和恢复缺失信号两个主要部分。

当电网发生故障时，伴随着故障告警信息还有大量的开关动作/复位信息、保护动作信息及正常运行信息，因此，需要将这些冗余信息剔除，剩余的故障信号将为调度人员定位故障提供判断依据。

大量告警信息中除含有冗余信息之外，也会缺失某些信息，这些缺失信息将导致信息分析不准确，为弥补信息缺失造成的漏洞，一般采用数据挖掘技术来对告警信息进行校验与补足。

3.变电站智能告警系统的硬件组成

变电站智能在线告警系统主要由计算机网络线路、数据库服务器、存储器、前端服务机、通信服务机、调度员工作站等部分构成。

（1）计算机网络线路。用于将各个子系统、服务器、工作站连接起来，同时形成一个连通的网络，便于相互之间传输、统计信息。

（2）数据库服务器。数据库服务器的功能是为所有遥测、遥信、通道、厂站、接点的参数等信息建立数据链表，方便其他工作站以及仔细系统连接，并为分析告警内容提供分析样本，数据库服务器一般会设计两台以作备用。

（3）存储器。与数据服务器功能接近，只用作数据信息的存储、读取，含有与数据库服务器相同的内容与格式，特点是存储量大，相对于数据库服务器的中间存储器功能来说，存储器更适合作为历史数据库。

（4）前端服务机。从前端总线到变电站个设备、监控仪器连接到此前端服务机，相互之间建立数据连接，运行告警数据信息的采集、传输、接受和发送功能。同时前端服务机也设置多台，可分别对不同类型的数据、工作站进行区分。

（5）通信服务机。通信服务机实现调度工作站所有调度决策的通信功能，主要实现对各子站上传告警信息的的解调与综合处理，为每个子站设置一个调制解调器，另外，通信服务机中还应放置网络交换机和物理隔离设备。

（6）调度员工作站。调度员工作站是调度员进行操作并做出调度决策的平台。它将在后成告警信息及数据的辨识、分类，同时通过人机接口显示给调度人员。另外，它将提供特定的人机接口，方便调度员修改、维护和管理系统。

四、结语

本文对变电站智能在线告警系统处理的告警信息来源进行了介绍，按照不同属性将电网中的告警方式进行分类并设计一套智能在线告警系统，列出了该系统的总体结构，阐述各模块的详细功能，最后介绍了系统相应的硬件组成。

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