關鍵詞 : 輸變電設備; 應用需求; 體系架構; 大數(shù)據(jù); 狀態(tài)評估; 運維檢修;

 

0 引言

 

隨著智能電網(wǎng)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展,我國電網(wǎng)正快速演變?yōu)閰R聚多維度海量異構數(shù)據(jù)與多類型龐大復雜計算的系統(tǒng)[1],并在電力的發(fā)、輸、變、配、用等領域表現(xiàn)出不同的特點。在輸變電領域,一方面,特高壓電網(wǎng)的大規(guī)模建設使得電網(wǎng)企業(yè)對供電可靠性、安全性、經(jīng)濟性等方面的要求越來越高;另一方面,設備狀態(tài)監(jiān)測所涉及的設備越來越多、監(jiān)測項目越來越廣、監(jiān)測數(shù)據(jù)越來越多樣化,產(chǎn)生了大量的多源異構設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù),如紅外圖像、視頻監(jiān)控、超聲(特高頻)指紋、分解物組分等。另外,經(jīng)過多年運行積累,電網(wǎng)公司擁有海量的設備、電網(wǎng)、環(huán)境等歷史數(shù)據(jù),涵蓋了設備從出廠、采購、投運、運行、試驗、檢修到報廢整個生命周期中留下的不同信息,這些龐大的數(shù)據(jù)已逐漸形成輸變電設備狀態(tài)大數(shù)據(jù)[1-6]。

 

輸變電設備狀態(tài)大數(shù)據(jù)構成復雜,從數(shù)據(jù)結構上分為結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù),從更新速度上分為實時數(shù)據(jù)、準實時數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)源包括生產(chǎn)設備(資產(chǎn))運維精益管理系統(tǒng)(Power Production Management System,PMS)、調(diào)度管理系統(tǒng)(Outage Management System,OMS)、雷電定位系統(tǒng)、輸變電設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等10余類。因此,如何對輸變電設備狀態(tài)大數(shù)據(jù)進行有效管理、利用,使之服務于電網(wǎng)公司,提高電網(wǎng)的供電可靠性,是電網(wǎng)運檢業(yè)務發(fā)展的新方向。研究人員針對輸變電設備狀態(tài)大數(shù)據(jù)開展了一些前期探索,文獻[7]針對輸變電設備狀態(tài)監(jiān)測大數(shù)據(jù)可靠存儲和快速訪問兩方面的大數(shù)據(jù)處理核心問題,基于開源的Hadoop實驗平臺進行了數(shù)據(jù)分布策略、數(shù)據(jù)塊尺寸調(diào)優(yōu)、集群網(wǎng)絡拓撲規(guī)劃3個方面的存儲優(yōu)化研究和大數(shù)據(jù)并行分析研究;文獻[8]通過時間序列模型和自適應神經(jīng)網(wǎng)絡對歷史數(shù)據(jù)潛在的特征進行挖掘,提出了異常檢測體系,并使之適用于輸變電設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)流,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)流中異常的快速檢出;文獻[9]通過高維隨機矩陣理論對設備狀態(tài)量的時間序列進行大數(shù)據(jù)表征,研究了含有時間序列模型的高維矩陣的特征根譜分布與圓環(huán)率,分析狀態(tài)量的歷史和當前狀態(tài)信息,實現(xiàn)設備關鍵性能的評估和異常檢測?？傮w來說,目前研究工作側重輸變電設備狀態(tài)大數(shù)據(jù)底層架構或關鍵應用,缺乏輸變電設備狀態(tài)大數(shù)據(jù)應用需求的宏觀分析,鮮有輸變電設備大數(shù)據(jù)系統(tǒng)應用整體層面的設計方案。

 

本文在對輸變電設備狀態(tài)大數(shù)據(jù)業(yè)務需求細致梳理的基礎上,提出了基于大數(shù)據(jù)技術建設輸變電設備狀態(tài)預警系統(tǒng)(以下簡稱“狀態(tài)預警系統(tǒng)”)的構想,進而從總體架構、數(shù)據(jù)架構、技術架構以及物理架構4個層面開展了系統(tǒng)體系架構設計,為實現(xiàn)對電網(wǎng)公司運檢業(yè)務的全面技術支撐奠定了基礎。

 

1 需求分析

 

為保證狀態(tài)預警系統(tǒng)功能與運檢業(yè)務需求相匹配,必須開展系統(tǒng)需求分析工作,對目前運檢業(yè)務技術支撐工作進行細致梳理。本文從業(yè)務需求、功能需求、典型應用3個層次對狀態(tài)預警系統(tǒng)需求開展深入調(diào)研與分類整理。

 

1.1 業(yè)務需求

 

業(yè)務需求,即公司業(yè)務目標及業(yè)務流程的分類描述,電網(wǎng)公司通過業(yè)務流程為政府、企業(yè)和居民等客戶提供電力服務、資產(chǎn)管理等業(yè)務。輸變電設備狀態(tài)預警系統(tǒng)主要為電網(wǎng)運檢業(yè)務提供技術支撐,運檢業(yè)務主要包括電力資產(chǎn)的維護、操作、管理與改造工作,狀態(tài)預警系統(tǒng)可為運檢業(yè)務提供監(jiān)測預警、狀態(tài)分析、專業(yè)管理、技術監(jiān)督、高級分析五大類業(yè)務應用,為電網(wǎng)公司運檢業(yè)務提供全面的技術支撐。狀態(tài)預警系統(tǒng)業(yè)務需求框架如圖1所示。

 

圖1 狀態(tài)預警系統(tǒng)業(yè)務需求框架

 

Fig.1 Business requirement framework of status early warning system

 

1.1.1 監(jiān)測預警

 

實時監(jiān)測與分析設備狀態(tài)相關指標,對指標異常的設備發(fā)布不同等級的預警消息,并進行趨勢跟蹤與故障預測,預警結果通過圖表等可視化方式展現(xiàn),為生產(chǎn)管理人員提供實時有效的監(jiān)測預警分析結果,包括在線監(jiān)測預警、環(huán)境氣象預警、大數(shù)據(jù)分析預警和異常跟蹤分析4個部分。

 

1)在線監(jiān)測預警：實時監(jiān)測運行設備在線監(jiān)測指標的變化情況,包括SF6氣體壓力、SF6氣體水分、頂層油溫、微水、油中溶解氣體等在線監(jiān)測指標,對超閾值或趨勢變化異常等違反既定規(guī)則的設備發(fā)布在線監(jiān)測預警。

 

2)環(huán)境氣象預警：綜合落雷、覆冰、大風等氣象環(huán)境指標與電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)、歷史試驗數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等信息,通過機理分析發(fā)布設備異常預警。

 

3)大數(shù)據(jù)分析預警：基于數(shù)據(jù)挖掘分析手段與海量設備狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)分析設備先期故障特征,通過對設備狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時分析發(fā)布設備異常預警。

 

4)異常跟蹤分析：將確定異常的設備指標變化趨勢與典型故障庫數(shù)據(jù)比對分析,開展設備運行異常情況動態(tài)分析與故障預測。