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關(guān)于變電站運維大數據的挖掘和應用

點(diǎn)擊次數:713 更新時(shí)間:2021-12-07

韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
 
摘要:隨著(zhù)信息技術(shù)的高速發(fā)展,電網(wǎng)正從自動(dòng)化時(shí)代邁向智能化時(shí)代,“云大物移智"的發(fā)展趨勢對電網(wǎng)升級轉型,建設智能化可靠電網(wǎng)有著(zhù)很其重要的意義。變電站作為電網(wǎng)中的重要一環(huán),其設備運維質(zhì)量很大程度上決定著(zhù)電網(wǎng)運行的可靠性。通過(guò)分析變電站運維大數據的類(lèi)型特征,結合數據挖掘方法及其關(guān)鍵技術(shù),探究變電站內數據分析應用場(chǎng)景,后提高運維大數據的利用率和站內設備運行的可靠性。
關(guān)鍵詞:變電運維;數據挖掘;
0 引言
       電網(wǎng)結構越來(lái)越復雜,設備呈現類(lèi)型眾多、數量龐大、技術(shù)新等特點(diǎn)。電網(wǎng)運行過(guò)程中變電站各個(gè)元器件隨之產(chǎn)生大量數據,數據的多樣化考驗變電運維人員的處理能力,如何對數據進(jìn)行存儲、挖掘、分析、應用,盡可能發(fā)揮變電運維數據的作用,成為新時(shí)代下變電運維技術(shù)的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。
       目前,變電運維存在表單多、雜、繁的現狀,運維記錄大多仍是紙質(zhì)化形式記錄,存在易丟失、查找難、分析慢、離散化等不足,記錄分析以人工為主,效率低且主觀(guān)性強。雖然目前變電站機器人開(kāi)始推廣應用,但機器人的記錄數據與其他數據分析割離,而且需要人工核對。大多數情況下,變電設備的缺陷形成是基于隱性馬爾科夫模型的緩慢不確定過(guò)程,合理利用運維時(shí)間序列數據進(jìn)行監視、分析,可以盡可能早地發(fā)現缺陷,排除故障,避免進(jìn)一步惡化,危害站內甚至電網(wǎng)設備的安全穩定運行。因此,探究邁向智能化時(shí)代變電運維大數據的挖掘和應用尤為重要,有助于電網(wǎng)持續有效可靠地運行。
1運維大數據類(lèi)型
       變電站的運維數據由于設備類(lèi)型多、來(lái)源廣、數量大、零散化、結構復雜等特點(diǎn),從而導致目前運維過(guò)程中出現數據存儲差異化、利用率低、關(guān)聯(lián)性弱等多重困境?;谠O備全生命周期的管理思考,本文首先以運維數據的刷新周期作為主分類(lèi)標準進(jìn)行運維大數據類(lèi)型劃分,分為固有數據、動(dòng)態(tài)數據和隨機數據,再以設備類(lèi)型、采集方式等進(jìn)行細分。
       1)固有數據包括:設備臺賬參數、出廠(chǎng)試驗報告、說(shuō)明書(shū)等。
       2)動(dòng)態(tài)數據:①氣象數據:溫度、濕度、天氣狀況、風(fēng)速等。②負荷數據:計量、測量等各類(lèi)電壓電流數據、電能質(zhì)量數據。③測量和試驗記錄數據:一次設備試驗報告、GIS局放在線(xiàn)監測、高壓柜局放數據、油色譜監測、微水、設備介損、主變繞溫油溫油位、主變分接開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數、油流繼電器示數、斷路器動(dòng)作次數、避雷器動(dòng)作次數和泄漏電流、鐵芯及夾件泄漏電流、液壓機構打壓次數和液壓表壓力、SF6壓力、套管油位、紅外測溫、設備聲音記錄、蓄電池電壓內阻測量、電壓互感器N600接地電流測量和電流互感器二次電壓測量等。④遙視圖像記錄
       3)隨機數據包括:設備試驗和檢修記錄、開(kāi)關(guān)跳閘記錄、保護動(dòng)作記錄、故障錄波及測距數據、裝置告警信息記錄、設備缺陷記錄、節假日特殊活動(dòng)等社會(huì )數據。
       面對如此繁雜的運維數據,單憑人工處理過(guò)于單一化,往往難以發(fā)現數據間的潛在信息,而大數據技術(shù)可以解決上述問(wèn)題,因此運維大數據融合大數據技術(shù)可對變電站設備進(jìn)行狀態(tài)監測。不僅可針對單一設備,還可延伸至間隔內、本站內、對側站、片區電網(wǎng)甚至監測,進(jìn)行結構化存儲分析。
2 數據挖掘方法
       數據挖掘有別于傳統的簡(jiǎn)單數據分析。數據挖掘是從大量的、不*的、有噪聲的、模糊的、隨機的實(shí)際應用數據中,提取隱含在其中但又潛在有用的信息和知識的過(guò)程。數據挖掘基于大數據技術(shù)從多種類(lèi)型的數據中快速獲取知識,為決策人員提供客觀(guān)的決策支持。借助數據挖掘方法分析變電站運維大數據,可以從海量運維數據中找出潛在信息,幫助運維人員更有效地評估設備狀態(tài)。
       數據挖掘基本流程大致可分為6大模塊,分別是業(yè)務(wù)理解、數據理解、數據準備、建立模型、模型評估和應用改進(jìn)。業(yè)務(wù)理解即確定目標和明確分析需求;數據理解即數據收集和數據清洗,其中數據收集所抽取數據需要能夠正確反映業(yè)務(wù)需求,否則所得到的分析結論將會(huì )無(wú)效化甚至誤導化,數據清洗作用為“去噪"和“補全",剔除原始數據中的壞數據和擬合缺失數據;數據準備即探索數據內部規律和數據轉換,如歸一化、標準化等;建立模型即綜合考慮業(yè)務(wù)需求目標,選擇全局較優(yōu)的模型;模型評估即根據評價(jià)標準對所建模型的精度、效率和通用性進(jìn)行客觀(guān)評估,然后基于評估結果判斷所建模型是否滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求;應用改進(jìn)即將模型應用于業(yè)務(wù)實(shí)踐,切實(shí)解決業(yè)務(wù)需求,挖掘數據的較大價(jià)值,同時(shí)基于應用情況及時(shí)跟蹤改進(jìn)現有模型,以達到模型優(yōu)化的目標。
       具體運維大數據分析的關(guān)鍵技術(shù)包括數據清洗、數據轉換、分類(lèi)與回歸、聚類(lèi)分析、關(guān)聯(lián)分析、時(shí)序模型和結構優(yōu)化等。電力運維大數據的挖掘重點(diǎn)在于綜合運用上述技術(shù)對海量的數據進(jìn)行統計學(xué)分析,通過(guò)各種計算結果依次相互承接,得出相應結果。另外,分布式存儲和并行化計算可以大大提高數據挖掘的效率,使分析系統性能達到質(zhì)的提升。分布式存儲適用于大數據處理和批處理,如HDFS分布式存儲系統;并行化計算是現有處理大數據的有效算法,如基于MapReduce的機器學(xué)習和知識挖掘。
3 應用場(chǎng)景分析
       變電站運維大數據的挖掘應用場(chǎng)景眾多,基于規范化、系統化、結構化的運維數據可效進(jìn)行數據分析決策,對現有的生產(chǎn)運維工作提供巨大幫助,提升工作質(zhì)量,彌補人工分析處理的不足,為變電站乃至電網(wǎng)的可靠、穩定、持續運行提供堅實(shí)保障。本文通過(guò)2個(gè)主要功能闡述其應用前景,涉及數據存儲、設備狀態(tài)評估等2個(gè)不同方面。
3.1運維數據結構化存儲系統
       變電站運維數據具有多元異構化的特征,而數據挖掘采用結構化數據則效果更優(yōu),因此需要對運維數據進(jìn)行結構化存儲。
       運維數據結構化存儲系統不僅有助于運維數據挖掘,還能提高運維人員的工作效率。通過(guò)整合離散、非結構化的運維數據,提供結構化查詢(xún)功能,可根據工作需求快速獲取所需實(shí)時(shí)數據和歷史數據。同時(shí),可保留基礎紙質(zhì)化的規范表單留痕,然后利用OCR圖像識別技術(shù)將紙質(zhì)化表單快速電子化存儲,或者充分利用巡視PAD的功能,進(jìn)行電子表單記錄,共享巡視機器人數據庫并獲取相應信息。
       Hadoop平臺可靠性高、延伸性強、性?xún)r(jià)比高,可很好地承載運維數據結構化存儲系統。系統依次按照站內維度、間隔維度、設備類(lèi)型維度、數據刷新周期維度逐層對運維數據進(jìn)行結構化清洗、存儲,有需要的情況下可降維存儲主成分、特征向量和提供直觀(guān)的可視化展示。
3.2設備狀態(tài)評估系統
       運維大數據涵蓋海量信息,利用數據挖掘分析技術(shù),挖掘數據集內部規律、關(guān)聯(lián)性等重要關(guān)鍵信息。設備狀態(tài)評估系統基于大數據技術(shù)實(shí)現運維大數據分析,根據運維人員需要或自動(dòng)完成設備狀態(tài)評估,實(shí)時(shí)快速檢測設備運維數據得到客觀(guān)的狀態(tài)評估結果,為運維人員提供決策幫助。
       設備狀態(tài)評估系統的整體框架如圖1所示,主要分為數據預處理、數據挖掘、狀態(tài)評估決策等3大部分。
       1)數據預處理。運維數據本身可能存在噪聲數據、缺失數據等嚴重影響數據分析的情況,首先需要通過(guò)數據清洗提高數據質(zhì)量,從而使數據挖掘更有效。數據挖掘往往基于高維度數據開(kāi)展,通過(guò)特征選取、分布結構等初步發(fā)現數據規律并進(jìn)行標準化等數據轉換,為下一步數據挖掘的效率提高和判斷準確提供幫助。
       2)數據挖掘。數據挖掘主要針對設備不同狀態(tài)下的運維數據、電網(wǎng)運行狀況和氣象數據等多源異構多維數據進(jìn)行整合,然后根據業(yè)務(wù)需求建立模型綜合開(kāi)展關(guān)聯(lián)性、相關(guān)性、分類(lèi)判斷和,后輸出分析結果。
       3)狀態(tài)評估決策。根據數據挖掘輸出結果,建立設備性能狀態(tài)評價(jià)體系,分性能分等級區分設備性能狀態(tài)。結合當前甚至未來(lái)的設備狀態(tài)、電網(wǎng)運行狀態(tài)和氣象因素進(jìn)行預警,為調整設備運維策略提供可靠指導。根據分析結果可提供特征數據的可視化結構,如運維數據對比、數據主成分分析結果、設備性能等級熱力圖和重點(diǎn)關(guān)注設備實(shí)時(shí)遙視。
 
4 安科瑞變電所電力運維云平臺介紹及選型
4.1 云平臺概述:
       按照國家電網(wǎng)公司的統計,10kV及以上供電電壓等級的工商業(yè)用戶(hù)有200萬(wàn)戶(hù)以上,此類(lèi)“用戶(hù)側變配電所"產(chǎn)權歸電力用戶(hù)所有(工商企業(yè)、住宅小區、學(xué)校、醫院等),雖然數量眾多,但是日常的運行維護工作比較傳統,普遍存在以下痛點(diǎn):
       人工成本高:人工巡視、紙質(zhì)記錄、電話(huà)溝通,缺乏智能化的手段
       工作效率低:巡視頻率低、巡檢任務(wù)無(wú)法定位、巡檢過(guò)程不標準規范、巡檢缺陷缺乏閉環(huán)跟蹤;
       安全隱患:有些用電單位無(wú)專(zhuān)業(yè)維護電工、無(wú)法即時(shí)排查電氣隱患、隱蔽工程隱患檢查難等難題;
       搶修時(shí)間長(cháng):變電所設備種類(lèi)較多,在分布上也比較分散,無(wú)法即時(shí)識別和定位故障信息,需要用戶(hù)通知后到現場(chǎng)確認;
       運行大數據缺少分析:有些用戶(hù)未有數據匯總分析平臺,甚至未安裝電力儀表導致運維人員對現場(chǎng)電力參數信息不了解,無(wú)法確定電力系統是否正常運行。
4.2  應用場(chǎng)所
4.3 云平臺架構
       我司的運維平臺綜合運用綜合保護裝置、多功能電力儀表、母排及線(xiàn)纜測溫裝置、變壓器溫控儀、視頻攝像頭、水浸煙霧、溫濕度、門(mén)磁等多種傳感器統一接入變電所現場(chǎng)的邊緣計算網(wǎng)關(guān),經(jīng)邊緣計算網(wǎng)關(guān)將數據封裝、壓縮、加密后上傳至云平臺。實(shí)時(shí)集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排,線(xiàn)上線(xiàn)下聯(lián)動(dòng);實(shí)現用戶(hù)側變配電所的24小時(shí)無(wú)人值守,全面監測各配電回路運行狀態(tài),即時(shí)定位故障,降低安全風(fēng)險。通過(guò)手機APP下發(fā)運維任務(wù)到人員手機上,并通過(guò)GPS跟蹤運維執行過(guò)程。將企業(yè)集團/高等院校內廣泛分布的變電所集中統一管理,提高運維效率、提高故障響應速度,即時(shí)發(fā)現運行缺陷并做消缺處理。為售電企業(yè)提供電能集抄服務(wù),即時(shí)掌握用戶(hù)用電量情況,避免偏差考核;響應泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的政策,增加客戶(hù)粘性,為后期的增值服務(wù)開(kāi)展做準備。
4.4云平臺功能
 4.5云平臺配置方案
4.6產(chǎn)品介紹
       AM5SE系列微機綜合保護裝置
       功能
       保護功能:主變差動(dòng)保護功能、主變后備保護、三段式過(guò)流帶方向帶電壓閉鎖、三段式過(guò)流、零序電流保護、過(guò)電壓;
       低電壓保護、大功率電機保護、高壓電動(dòng)機綜合保護、PT并列功能、非電量保護、并網(wǎng)逆功率保護、檢同期功能;
       測量功能:保護電流、測量電流、零序電流、母線(xiàn)電壓、零序電壓4-20MA輸出、直流測量;
       通訊功能:提供RS485通訊接口,RS232維護接口,IRIG-B對時(shí)接口、USB升級接口,RJ45網(wǎng)口接口;
       故障錄波功能:保護動(dòng)作時(shí)觸發(fā)錄波,可以記錄故障前8個(gè)周波后四個(gè)周波的數據;
       控制回路:自帶操作回路,防跳功能;
       GPS校時(shí)功能:提供時(shí)鐘同步接口,接收GPS校時(shí)信號。
       應用
       35kV及以下電壓等級的變配電站及設備的保護測控功能,至少包括35kV進(jìn)線(xiàn)/主變壓器(一般容量2000kVA以上)/PT/母聯(lián)、10kV進(jìn)線(xiàn)/饋線(xiàn)/配電變壓器(一般容量2000kVA以下)/高壓電動(dòng)機/高壓電容器/母聯(lián)/PT等設備的保護和自動(dòng)控制功能。
       ASD300系列智能操控裝置
       功能
       一次動(dòng)態(tài)模擬圖指示及自檢帶電顯示、閉鎖及自檢;
       核相、強制加熱、強制照明;
       語(yǔ)音防誤提示;
       人體感應及柜內照明、已帶電語(yǔ)音播報;
       分合閘、遠方就地、儲能轉換開(kāi)關(guān);
       分合閘回路完好指示/電壓測量;
       預分預合閃光指示;
       斷路器分合次數統計;
       RS485串行通訊接口;
       開(kāi)關(guān)柜節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫;
       全電參量測量。
       應用
       35KV高壓及以下中置柜,手車(chē)柜,環(huán)網(wǎng)柜。
 
       ARTM-Pn無(wú)線(xiàn)測溫裝置
       功能
       接收60個(gè)ATE100/200/300/400;
       3U3I電參量測量;
       實(shí)時(shí)測溫功能;
       RS485通訊接口,通過(guò)標準的MODBUS RTU協(xié)議實(shí)現組網(wǎng)功能;
       具備自檢功能;
       超溫、高溫、相間溫差報警、溫度突變量告警功能。
       應用
       變電站、配電室、箱變等。
 
       APM810系列多功能電力儀表
       功能
       準確度等級:有功電能0.5S級,無(wú)功電能2級;
       測量功能:三相電壓、三相電流、分相及總有功功率、分相及總無(wú)功功率、分相及總視在功率、分相及總功率因數、頻率、需量;
       電能計量:分相及總雙向電能、四象限無(wú)功電能;
       電能質(zhì)量監測:2-63次分次諧波、總(奇、偶)諧波測量、電壓波峰系數、電話(huà)波峰因子、電流K系數測量;
       輸入輸出:2路開(kāi)關(guān)量輸出(選配MD82模塊可擴至8路);
       及2路開(kāi)關(guān)量輸入(選配MD82模塊可擴至26路),開(kāi)關(guān)量輸出;
       可配置為報警輸出或遠程遙控,DO用作報警輸出時(shí)可自由關(guān)聯(lián)報警內容;
       SD卡存儲功能:用于電參量、電能、諧波等數據定時(shí)存儲,波形存儲等功能。
       應用
       適用于電力系統、工礦企業(yè)、公用設施、智能大廈等需要電力監控的場(chǎng)合。
 
       DTSD1352導軌式電能表
       功能
       測量功能:三相電流、電壓、功率、頻率、總正反向有功電能統計、總正反向無(wú)功電能統計;
       準確級精度:有功0.5S;
       電流信號接入:直接接入10(80)A 經(jīng)CT接入1(6)A;
       電壓信號:100V 380V;
       通信:RS485接口,支持MODBUS-RTU或者DL/T645通訊協(xié)議。
       應用
       適用于政府機關(guān)和大型公建中對電能的分項計量,也可用于企事業(yè)單位作電能管理考核。
       ADW300無(wú)線(xiàn)智能儀表
       功能
       測量功能:三相電流、電壓、功率、頻率、總正反向有功電能統計、總正反向無(wú)功電能統計;
       電能質(zhì)量:電壓、電流不平衡度,電壓、電流總諧波及2-31分次諧波;
       需量:電流、功率需量及實(shí)時(shí)電流,功率需量;
       準確級精度:0.5s級 ADW300外置互感器型1級;
       電流信號規格:100A輸入 ,經(jīng)互感器輸入,二次互感接入;
       通訊方式:RS485、 LORA無(wú)線(xiàn)通訊、NB-IOT無(wú)線(xiàn)通訊、4G無(wú)線(xiàn)通訊。
       應用
       ADW300方便用戶(hù)進(jìn)行用電監測、集抄和管理,可靈活安裝在配電箱中,可用于電力運維、環(huán)保監管等在線(xiàn)監測類(lèi)平臺中。
       ARCM300系列電氣火災監控儀表
       功能
       測量:?jiǎn)位芈肥S嚯娏鳌?路溫度、電壓、電流、功率、頻率、功率因數、視在電能、四象限電能;
       保護:剩余電流、溫度、過(guò)流等;
       報警:聲光報警,支持消音、復位操作;
       開(kāi)關(guān)量:1路繼電器輸出、4路開(kāi)關(guān)量輸入;
       通訊方式:RS485、NB-IOT無(wú)線(xiàn)通訊、4G無(wú)線(xiàn)通訊。
       應用
       適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領(lǐng)域。
       ANET智能網(wǎng)關(guān)
       功能
       數據采集(支持串口、以太網(wǎng),只需配置即可兼容支持標準電力規約的各類(lèi)儀表);
       數據上傳(支持往上海分類(lèi)分項能耗平臺、寧夏電力需求側平臺、江蘇電力運維平臺、浙江電力運維平臺上傳數據);
       邊緣計算(靈活的報警閾值設置、主動(dòng)上傳報警信息、數據合并計算、斷點(diǎn)續傳、數據加密、4G路由);
       遠程管理(遠程配置、遠程升級、遠程監視)。
       應用
       泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、能耗系統平臺、電力需求側管理平臺、第三方云平臺、預付費系統、運維系統平臺、電力監控平臺、能源綜合管理平臺。
 
4.7云平臺現場(chǎng)應用圖片  
  
 
               展廳現場(chǎng)                 運維團隊               采集箱內部圖
 
高配現場(chǎng)                    門(mén)磁安裝                   煙感
   
           槍機安裝                   漏水檢測安裝              低壓柜儀表
4.8平臺價(jià)值
       為電力運維企業(yè)提供線(xiàn)上運維服務(wù)平臺,實(shí)時(shí)集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排,線(xiàn)上線(xiàn)下聯(lián)動(dòng)。
       將企業(yè)集團/高等院校內廣泛分布的變電所集中統一管理,提高運維效率、提高故障響應速度;
       響應泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的政策,增加客戶(hù)粘性,為后期的增值服務(wù)開(kāi)展做準備;
       為售電企業(yè)提供電能集抄服務(wù),即時(shí)掌握用戶(hù)用電量情況,避免偏差考核。
4.9訪(fǎng)問(wèn)方式
微信掃碼下載                       網(wǎng)頁(yè)版:www.acrelcloud。。cn
4.10 典型案例
 
 

 

5結語(yǔ)
       變電站運維大數據的挖掘和應用在智能技術(shù)日漸成熟的情況下,將不斷地深入發(fā)展且功能完善。整合變電站運維大數據,形成可有效利用的結構化數據,合理選取運用相應數據挖掘技術(shù),提供客觀(guān)的分析結果,為設備運維檢修提供決策幫助,促進(jìn)電網(wǎng)智能化發(fā)展,為電網(wǎng)穩定運行提供可靠支持。
參考文獻:
[1]彭小圣,鄧迪元,程時(shí)杰,等.面向智能電網(wǎng)應用的電力大數據關(guān)鍵技術(shù)[J].中國電機工程學(xué)報,2015,35(3):503-511.
[2]高鑫,胡威,王世杰,等.基于數據挖掘的變電站故障分類(lèi)與檢測[J].信息技術(shù),2020,44(2):66-72.
[3]王華佑.變電站運維大數據的挖掘和應用
[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版.
作者簡(jiǎn)介:
       韓歡慶,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為變電所智能監測系統的研發(fā)與應用,


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