一種適用于電網二次設備運維管理的主站系統的制作方法

本發明屬于電力系統自動化領域，具體涉及一種適用于電網二次設備運維管理的主站系統。

背景技術：

隨著變電站無人值班的推廣及變電站二次設備的快速增長，傳統保護巡檢和定檢工作存在的問題和困難正逐步顯現，帶來維修不足、維修過剩、提前維修、維修滯后、盲目維修等隱患。現有的傳動和檢修模式應逐步向實際運行工況的遠程在線診斷轉變，向依據設備健康狀態有針對性地開展檢驗轉變，鑒于目前輸變電企業運維、檢修工作量大，效率低、維護成本高的前提下，依據統一的數據傳輸規范借助通信網絡將微機保護的全景信息匯總到變電站內的在線管理集中控制單元，并對數據進行分析、處理，將信息遠傳到調度主站端，并提供智能查詢或者智能診斷相關功能。從而減少運維人員對現場繼電保護裝置的巡視頻率，提高設備的精細化管理水平。基于繼電保護遠程化智能運維技術的研究具有革命性的意義。

目前二次設備在線監視系統，都是基于二次設備自身的運行信息及參數信息建立的，僅能實現對站端保護動作相關信息等的采集和傳輸，沒有一個針對性的、多方面綜合對比分析系統。這種分析方法不能夠全面詳細展示二次設備信息，采集顯示結果存在狹隘性。本發明技術方案結合變電站長期運行經驗，從告警監視及管理、二次設備巡視、二次設備運行狀態評估、缺陷診斷及管理、監視預警五個方面綜合分析二次設備運行情況，全面提升電網故障分析及二次設備運維的信息化水平。

技術實現要素：

本發明的目的是利用二次設備運維管理主站系統的建立，對廠站端采集的二次設備信息進行綜合分析，提前給出風險測評和預警方案，減少運維人員對現場繼電保護裝置的巡視頻率，提高設備的精細化管理水平。

本發明具體采用以下技術方案：

一種適用于電網二次設備運維管理的主站系統，所述主站系統包括數據采集模塊、告警監視及管理模塊、二次設備巡視模塊、二次設備運行狀態評估模塊、缺陷診斷及管理模塊、監視預警分析模塊和人機操作主界面，其特征在于：

通過所述數據采集模塊采集繼電保護裝置、故障錄波器的二次設備數據并分別上傳至告警監視及管理模塊、二次設備巡視模塊、二次設備運行狀態評估模塊、缺陷診斷及管理模塊、監視預警分析模塊；

所述告警監視及管理模塊對告警信息進行分類和在線分析，實現二次設備的狀態監視、診斷；

所述二次設備巡視模塊在二次設備巡檢的基礎上，將二次設備的量值與標準值進行比對，從而判斷二次設備的參數、測量回路是否正確；

所述二次設備運行狀態評估模塊依據二次設備在線數據和歷史狀態數據對二次設備的狀態進行綜合評估；

所述缺陷診斷及管理模塊根據預先設定的缺陷分類標準和缺陷診斷規則實現對二次設備的告警信息和主站實時診斷信息的缺陷診斷和分類管理；

所述監視預警分析模塊根據中華人民共和國國家標準GB/T 14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》(中國國家標準化管理委員會，2006-08-30發布)中各項二次設備參數的判斷準則，對二次設備亞健康狀態進行提前預警；

所述人機操作主界面對二次設備功能進行分析的告警監視及管理模塊、二次設備巡視模塊、二次設備運行狀態評估模塊、缺陷診斷及管理模塊、監視預警分析模塊中上傳的二次設備分析結果通過可視化界面形式展示。

本發明進一步包括以下優選方案：

所述數據采集模塊將所采集的二次設備的告警信息上傳給告警監視及管理模塊和缺陷診斷及管理模塊；將所采集的二次設備的壓板、定值、模擬量和開關量上傳給二次設備巡視模塊；將所采集的二次設備的在線數據和歷史信息上傳給二次設備運行狀態評估模塊和監視預警分析模塊，其中，二次設備的在線數據包括告警信息、特征值、運行量值、通信狀態、自動化測試結果，二次設備的歷史信息包括二次設備的動作記錄、動作正確性、缺陷記錄。

所述告警監視及管理模塊，從數據采集模塊中接收到二次設備告警信息，并對告警信息進行分類，根據預先設定的告警診斷規則對告警原因進行在線分析，根據預先設定的策略形成不同告警的對應檢修決策；

其中，告警監視及管理模塊將告警信息從告警重要性、影響程度、影響范圍三個維度進行分類。

所述二次設備巡視模塊定義二次設備正常狀態的標準值及二次設備巡視策略，標準值內容包括定值、壓板、模擬量、開關量，巡視策略包括巡視周期和巡視項目，依照巡視策略主站系統對二次設備進行定期巡視，并返回巡視結果即通過數據采集模塊返回被巡視的二次設備的壓板、定值、模擬量和開關量，二次設備巡視模塊將二次設備的量值即二次設備的壓板、定值、模擬量和開關量與定義的標準值進行比對，從而判斷二次設備的參數、測量回路是否正確。

所述二次設備運行狀態評估模塊對二次設備運行狀態進行在線監測狀態評估和歷史運行水平評估；

二次設備運行狀態評估模塊通過數據采集模塊實時采集二次設備的在線狀態數據，將各在線狀態數據分類并預先賦予相應的權重，根據在線狀態數據以及對應的權重綜合計算二次設備運行狀態進行在線監測狀態評估值，與預先設置的在線監測狀態評分標準對比，對二次設備運行狀態進行在線監測狀態評估；

所述二次設備運行狀態評估模塊對設定周期內的二次設備的歷史狀態數據，按照預先設定的歷史狀態數據權重，計算二次設備歷史運行水平評估值，并根據預先設置的歷史狀態評分標準，對二次設備運行狀態進行歷史監測狀態評估。

所述缺陷診斷及管理模塊通過數據采集單元接收二次設備告警信息，根據不同的告警信息將二次設備缺陷分為危急缺陷、嚴重缺陷、一般缺陷；其中，所述危急缺陷是指二次設備自身存在問題導致失去保護功能；嚴重缺陷是指二次設備自身及回路存在問題導致部分保護功能缺失或性能下降，但在預定短時間內能持續運行；一般缺陷是指除上述危急缺陷、嚴重缺陷以外的不直接影響二次設備安全運行和保護功能的其它告警信息對應缺陷；

所述缺陷診斷及管理模塊按照預存的缺陷診斷規則，每接收到新告警則生成一條分類后的缺陷信息，并通過人機操作主界面顯示該缺陷信息，若收到復歸的告警則更新缺陷的狀態，并向人機操作主界面發送缺陷消除信息。

所述監視預警分析模塊通過數據采集模塊獲得二次設備的在線數據和歷史信息，根據推薦性國家標準GB/T 14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》，對二次設備的亞健康狀態進行提前識別和預警，其中所述二次設備的亞健康狀態包括單臺保護啟動、保護擾動啟動、保護久未動作、跳閘回路異常、零序回路異常、同源數據比對異常、保護差流異常、保護三相不平衡、保護頻繁告警。

所述人機操作主界面對二次設備功能進行分析的告警監視及管理模塊、二次設備巡視模塊、二次設備運行狀態評估模塊、缺陷診斷及管理模塊、監視預警分析模塊中上傳的設備運行狀態、告警信息、故障參數、處理措施、缺陷診斷等信息以圖形、表格、曲線可視化界面分別在告警監視界面、巡視界面、狀態評估界面、缺陷診斷界面、監視預警界面展示給操作人員，供其管理和操作。

本發明可以有效解決變電站內二次設備生存周期無法預測，檢修難以評估的問題；作為電網調度系統的主站端系統，通過對采集的二次設備運行狀態、告警、事件等信息進行充分科學的分析診斷，能夠為調度運維人員快速掌握各變電站設備運行能力的各項指標提供便利，為進一步地分析變電站的運行工況提供更為全面的輔助決策依據。

附圖說明

圖1是本發明二次設備運維管理主站系統結構框圖；

圖2是二次設備運行狀態評估圖；

圖3是缺陷診斷流程圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發明的技術方案做進一步詳細說明。

本發明適用于實施部署繼電保護及故障信息管理系統且部署了二次設備運維管理主站系統的平臺。二次設備運維管理主站系統屬于繼電保護信息系統應用下的擴展子單元，建立二次設備運維的模型。依據二次設備在線運維的需要，并充分利用故障信息管理系統FIS現有的基礎數據模型、數據接入及處理機制，在原有的FIS模型基礎上進行擴展和定制，從而直觀的幫助運檢人員在遠方實時掌握設備的運行狀況，并結合設備運行的歷史數據分析設備運行健康狀況，進而做到設備運行狀態可評估，缺陷可管理，風險可預警。

本發明公開的一種適用于電網二次設備運維管理的主站系統，如附圖1所示，包括告警監視及管理模塊、二次設備巡視模塊、二次設備運行狀態評估模塊、缺陷診斷及管理模塊、監視預警分析模塊、數據采集模塊和人機操作主界面。

數據采集模塊，采集繼電保護裝置、故障錄波器的二次設備的告警信息上傳給告警監視及管理模塊和缺陷診斷及管理模塊；壓板、定值、模擬量和開關量上傳給二次設備巡視模塊；二次設備的在線數據，包括告警、特征值、運行量值、通信狀態、自動化測試結果，二次設備的歷史信息，包括動作記錄、動作正確性、缺陷記錄數據上傳給二次設備運行狀態評估模塊和監視預警分析模塊。

二次設備運維管理的主站在運行過程中會收到大量二次設備告警信息，目前繼電保護及故障信息系統對二次設備告警的處理僅僅是作為一類告警展示在告警窗中，是大量的告警信息簡單堆積，沒有進一步分析利用，告警監視及管理模塊能夠對這些告警信息快速響應，進行在線分析及診斷，能夠讓運維人員及時了解二次設備運行異常或故障的情況。告警監視及管理模塊包括告警處理單元、告警展示單元、自動生成缺陷單元和實時庫表。

主站系統通過數據采集模塊采集來源于二次設備原生告警、由二次設備原生告警產生的主站系統平臺告警、二次設備巡視模塊產生的平臺告警，上傳至告警處理單元，告警處理單元寫入實時庫表，以便進行狀態評估。

告警展示單元向人機操作主界面的告警監視界面發送告警，進行實時展示。

自動生成缺陷單元提供依據告警手工生成缺陷功能和自動生成缺陷功能將告警轉換為缺陷。

二次設備告警的原因多種多樣，發生告警后的處理辦法也千差萬別，告警處理單元建立告警原因及處理辦法的專家知識庫，來指導告警發生后的原因分析及問題處理。由于告警原因、處理辦法跟實際的告警信息點相關，本專利根據保護原理知識為每一個告警信息點建立對應的告警原因及處理辦法知識；針對告警后閉鎖的保護功能，建立告警閉鎖保護功能的專家知識庫，來指導告警發生后的所閉鎖的保護功能的判斷。由于閉鎖的保護功能與實際的告警信息點相關，因此為每一個告警信息點建立對應的閉鎖保護功能。

二次設備巡視模塊的功能實現方法，主站定義正常狀態專家庫(即量值的標準值)及巡視策略(例如巡視周期，巡視內容等)，并依據標準值文件、巡視策略進行定期巡視，并返回巡視異常結果。

判斷二次設備的信息是否正確，需將采集到的量值與標準值進行比較，主要巡視的量值類型如下表所示：

表1巡視表

巡視結果主要通過巡視記錄文件記錄，巡視記錄文件描述了近期本變電站的巡視情況：記錄每一次巡視，并簡要記錄巡視的結果，生成的巡視報告文件內容有如下要求：正常、異常的結果應該都能看到，異常的結果需要更詳細地描述差異信息。

表2巡視結果記錄

一般來說通過定值整定系統可以獲取到二次設備可設定的定值區列表及對應的各區定值，在某些地區，也將控制字、軟壓板、硬壓板等參數跟定值一塊放在定值單中。因此，本系統考慮按照定值單的方式來組織這些參數的標準值。即便控制字、軟壓板、硬壓板等參數可能不在實際的定值單中，也不妨礙本系統以此方式進行標準值建模。實時電氣量(模擬量、狀態量)由于在實際運行時是變化的，其標準值是一個取值范圍，當實際值在這個取值范圍內時表示該電氣量正常。為了減少實時庫容量，同時降低對現有繼電保護故障信息系統的沖擊，將這些標準值的相關字段放到單獨的表。

巡視異常告警不需要額外的擴展告警信息，人機操作主界面的巡視界面在收到告警后，通過右鍵菜單彈出詳細的巡視結果信息，詳細巡視結果通過查詢歷史庫獲取。巡視模塊監測到巡視異常告警后，通過召喚文件的方式召喚巡視報告文件并解析，后通過消息總線將解析后的巡視子類的結果發送出去。

二次設備運行狀態評估模塊的功能實現方法，見附件圖2，在線監測狀態評估依據非檢修狀態下二次設備的在線數據，包括告警、特征值、運行量值、通信狀態、自動化測試結果，對設備的當前運行情況進行評估；歷史運行水平評價則根據非檢修狀態下二次設備的歷史信息，包括動作記錄、動作正確性、缺陷記錄結果，對設備的歷史運行水平進行評價。最終結合在線監測狀態評估、歷史運行水平兩個方面得出二次非檢修設備運行狀態的綜合評價，在人機操作主界面的狀態評估界面顯示評估結果。

設備的在線監測狀態算法是：對數字量(表征運行狀態特征的模擬量)、邏輯量(告警)進行權重評級，確定基本得分，在此基礎上根據各級數字量個數及越限個數、各級邏輯量個數以及數字量、邏輯量的權重進行綜合計算，最后得到設備的在線監測狀態。

表3在線監測狀態評估

歷史運行評估：僅考慮歷史運行因素的影響，不再考慮原始質量信息及檢修情況的影響。

表4歷史運行評估

缺陷診斷及管理模塊的功能實現方法見附圖3，缺陷分為危急缺陷、嚴重缺陷、一般缺陷，危急缺陷是指繼電保護和安全自動裝置自身或相關設備及回路存在問題導致失去主要保護功能，直接威脅安全運行；嚴重缺陷是指繼電保護和安全自動裝置自身或相關設備及回路存在問題導致部分保護功能缺失或性能下降，但在短時內尚能堅持運行，需盡快處理的缺陷；一般缺陷是指除危急、嚴重缺陷以外的不直接影響設備安全運行和供電能力，繼電保護和安全自動裝置功能未受到實質性影響，性質一般、程度較輕，對安全運行影響不大，可暫緩處理的缺陷，缺陷診斷模塊實時接收平臺告警消息，根據具體的告警類型分別進行診斷，將告警消息分類為危急缺陷、嚴重缺陷還是一般缺陷。

缺陷通過三種方式產生：告警手工轉換為缺陷；根據規則自動轉換為缺陷；通過工具人工增加缺陷。

缺陷消除有兩種方式：如果配置了告警自動轉換缺陷，當告警消除時，對應的缺陷也消除；通過手工消除缺陷。

按照缺陷診斷規則，若接收到新告警則生成一條缺陷，并向人機操作主界面中缺陷診斷界面發送告警通知界面發現新缺陷，若收到復歸的告警則更新缺陷的狀態，并向人機操作主界面缺陷診斷界面發送告警告知界面有缺陷消除。應實時獲取裝置的檢修狀態，對于處在檢修狀態下的裝置不進行缺陷的診斷，根據告警信息和缺陷生成規則，自動生成缺陷信息記錄，系統定期根據缺陷記錄，自動對設備的生產廠商、裝置型號、軟件版本、出廠時間等進行多維度統計分析，給出分析結果；缺陷診斷模塊應定時(可配置，可較長時間)對告警進行查漏糾錯，定時讀取實時庫表及IED實時庫表中參與缺陷診斷的記錄的告警值，如果存在告警隊列及缺陷告警映射隊列中不包含的告警，則需要將該告警放在告警隊列中等待缺陷診斷。

在監視預警分析模塊中，所有類別的風險預警都向人機操作主界面的監視預警界面發送告警，風險預警的類別采用告警原因來標識。監視預警是對設備亞健康狀態的一個提前預警，引起運行維護人員的注意，通過做好設備的維護檢修工作，達到設備事故防范的目的，預警數據分類如下表所述：

表5預警數據分類

人機操作主界面主框架包括告警監視界面、巡視界面、狀態評估界面、缺陷診斷界面、監視預警界面，界面風格緊密結合電力系統運維人員的操作習慣，并將二次設備運維分析結果采用分級的配置實現，即電網級、地區級、廠站級、設備級四個層級，在每個層級都分別與告警監視及管理模塊、二次設備巡視模塊、二次設備運行狀態評估模塊缺陷診斷及管理模塊、監視預警模塊進行交互，展示效果清晰，便于操作。