CN102193555B - 集控中心全景状态监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及集控中心全景状态监测系统，属于智能电网电力设备状态监测与状态检修领域，数据采集用于采集变电站各类不同的在线监测系统、集控中心SCADA系统、生产管理信息系统数据；数据整合与模型转换获取反映设备当前健康状态的数据信息；专题应用与数据分析模块对监测参数进行参量跟踪、趋势分析、类比分析、多参量分析；设备状态评价模块根据设备基础信息、设备在线监测信息、经历的不良工况、家族缺陷、试验情况和设备当前存在的缺陷信息，对设备状态进行量化分级，对设备状态打分评级；本系统能够适应电力生产各应用系统相对独立的特点，实现各异构系统数据的充分交互，提高对各种在线实时数据、历史数据、静态数据的处理、分析、应用。
Description
技术领域
本发明涉及电网集控中心全景状态监测、设备状态评价技术，属于智能电网集控中心电力设备状态监测与状态检修领域。
背景技术
如何保证电力设备的安全运行是集控中心的生命线，一旦设备因其自身原因和运行工况出现快速劣变，导致发生停电事故，将给生产和生活带来巨大的影响和损失。目前，在电网企业中，为不同的业务目标在集控中心建设了不同的自动化信息采集与应用系统。这些自动化信息采集与应用系统，部分帮助了业务分析与管理人员及时、准确地掌握电网运行情况、关键设备工作状态、重要场所及设备所处环境情况以及客户用电情况等重要信息。但这些信息对电网的安全经济运行、完善客户服务等电网企业核心业务等方面还存在以下差距：
（1）现在运行的各个监测系统在同一个变电站里各自为政，孤立运行，孤立诊断，资源不能共享，监测的数据没有得到充分的利用，也为运行管理人员分析设备运行的运行工况带来不便。
（2）建设时只考虑上单独硬件监测设备，很少考虑相应的综合分析诊断，以至难以发挥智能诊断作用。
（3）自动化信息采集与应用系统众多，其采集的信息类型不同，使用的技术手段不同，遵循的技术标准也不尽相同，缺乏一个统一的信息模型，缺乏一个开放的应用系统和开发平台，信息无法进行自由交互，数据资源无法有效充分利用，系统无法进行有效的扩展，难以兼容多种专业应用。
（4）没有与电力系统积累的预防性试验和带电巡检经验密切地结合起来，生产管理信息系统中有关设备的动态信息没有有效盘活，不能方便地按时间维度分析设备的健康履历，指导运行、检修工作。
为解决以上问题，迫切需要在集控中心以实时数据库、数据仓库和商业智能平台工具为关键技术手段，为各类实时信息、生产管理信息提供集中统一的集成与共享平台，建立集控中心全景状态监测系统，将实时信息与基于人工的业务信息进行有效采集、转换、整合、加载、展示，更好地为生产作业指挥、应急处置、保电管理、状态检修等各个业务领域提供更为全面和及时的信息服务。
发明内容
本发明的目的是提供一种集控中心全景状态监测系统，以解决现有监测系统中信息无法进行自由交互、数据资源无法有效充分利用、系统无法进行有效的扩展、难以兼容多种专业应用的问题。
为实现上述目的，集控中心全景状态监测系统包括数据采集、数据整合与模型转换、专题应用与数据分析模块、设备状态评价模块四大部分：
数据采集：用于采集变电站各类不同的在线监测系统、集控中心SCADA系统、生产管理信息系统数据；
数据整合与模型转换：获取反映设备当前健康状态的数据信息来自多个方面，数据来源各不相同，集控中心全景状态监测系统的数据来自在线监测系统、生产管理信息系统、集控中心SCADA系统；
专题应用与数据分析模块：针对变电站一次设备、二次设备在线监测对应的各专题应用产生的监测参数，进行参量跟踪、趋势分析、类比分析、多参量分析；
设备状态评价模块：根据设备基础信息、设备在线监测信息、经历的不良工况、家族缺陷、试验情况和设备当前存在的缺陷信息，对设备状态进行量化分级，对设备状态打分评级。
进一步的，数据采集按照数据来源和数据特性不同可分为在线监测信息、设备运行工况、不良工况信息、台帐信息、运行巡视信息、试验信息、家族型缺陷信息，其中在线监测信息来自变电站内各类不同的设备状态监测系统，设备运行工况、不良工况信息来自集控中心SCADA系统，台帐信息、运行巡视信息、试验信息、家族型缺陷信息来自生产管理信息系统。
进一步的，数据整合与模型转换中用通用模型来规范反映设备健康状态的数据信息，通用模型包括状态检修涉及的设备、设备的部件、设备涉及的状态量、劣化处理规则，同时对这些数据进行标准化约定处理，系统经过数据整合与模型转换标准化后，提供统一的模型、参数、实时数据和历史数据服务，同时提供标准的访问接口，为数据的高度共享和综合利用提供基础。
进一步的，所述专题应用与数据分析模块的参量跟踪包括采用仪表盘跟踪一个或多个监测参量的变化动态分布区域，通过仪表盘的不同区域直观警示运行分析人员采取相应的措施；趋势分析包括对参量的长期和短期变化趋势进行分析，发现变化规律，便于分析和预测设备健康状况；类比分析包括对相同或相似设备的相关参数进行横向对比，以便分析故障和异常原因；多参量分析包括采用雷达图分析同一台设备多个相关参量的分布情况，并根据经验模型计算多个参量的平均得分，以辅助判断设备整体健康状况。
进一步的，所述仪表盘的不同区域指正常区域、注意区域和异常区域。
进一步的，将各类变电设备的各类状态监测信息进行抽象化处理，进而建立面向实时、准实时连续型数据的采集、转换、传输、存储和综合加工处理的统一技术框架，由状态信息接入集中器CAI（Condition information Acquisition Integration）统一进行规范化、标准化处理，该CAI设于变电站内，用于以标准方式连接站内各类传感器，接收各传感器发出的标准化状态信息，并对各传感器进行标准化控制的设备。
进一步的，该系统预留有通讯接口，可采用Web Service方式接入到企业服务总线。
进一步的，生产管理信息系统通过预留的通讯接口将生产管理系统中的台帐、试验、缺陷、巡视数据融入到集控中心全景状态监测系统中，从而使全景状态监测系统与预防性试验结合，与生产管理信息系统中相关设备的动态信息结合，实现按时间维度分析设备的健康履历，指导运行、检修工作。
进一步的，系统提供标准的数据访问接口，其他系统可通过CIS(GDA)得到实时数据模型；对于少量不频繁的数据也可以通过GDA得到；通过CIS(HSDA、TSDA)得到大数据量的实时数据和历史数据；通过GES可以得到实时报警信息；通过CIS或SQL得到历史的报警信息和一些存储在关系库中的实时数据，同时也可以直接通过统一数据访问接口UAPI、SQL得到测点信息、实时数据、历史数据。
进一步的，整个监测系统置于安全区III区，集控中心采用物理隔离装置将集控中心SCADA系统、在线监测系统和集控中心全景状态监测系统进行隔离。
本发明的集控中心全景状态监测系统通过收集在线监测数据、巡视、例行及诊断试验、运行工况等全景化的信息，对设备的健康状况进行综合评价和分析，为动态调整设备的运行方式必要性分析和状态检修工作提供技术支撑，能够实现变电站在线监测系统、集控中心SCADA系统、生产管理信息等系统数据共享，实现对电力生产相关数据的综合利用，为服务主体提供多维度、多方位的数据视图和综合数据展现与分析，能够实现各种分析结果的信息发布。
集控中心全景状态监测系统可以很好的适应电力生产各应用系统相对独立的特点，高效实现各异构系统数据的充分交互，提高对各种在线实时数据、历史数据、静态数据的处理、分析、应用。该基于强大的数据处理机制和对各种历史信息和动态信息的科学分析，为电网生产运维提供智能化、人性化的便捷服务，为电力企业安全生产提供非常有效的决策支撑信息。
本发明与现有在线监测系统或在线监测后台分析系统的区别在于，将各类独自为政的监测装置数据集中化，采集数据也多元化，包括现场一次、二次设备在线监测；集控中心SCADA系统以及生产管理信息系统，同时基于集控中心全景的状态监测数据（实时、准实时、管理数据）为电网企业提供三个平台，一是一体化数据采集平台，实现设备全景数据采集；二是设备状态评价体系管理平台；三是监测状态检修与风险控制辅助决策平台 。具体表现为：
数据采集一体化：采集目标全景化，适应不同的厂家、适应不同类型的监测装置、适应不同的接口、适应不同的通信规约；
信息共享与交换平台化：横向与生产管理系统、集控中心SCADA系统互联，纵向与上级监测平台实现数据交换；
信息展现一体化：提供不同的用户（管理者、运行人员、检修人员）全方位的监测与评估信息；
信息分析智能化：设备状态在线监测全景数据的横向、纵向、分类型的对比分析、挖掘；形成管理人员、运行人员、检修人员所需要的驾驶窗。
附图说明
图1 是本发明的总体逻辑架构图；
图2 是本发明的整体架构图。
具体实施方式
本发明的集控中心全景状态监测系统建设目标在于构造一个主要服务于生产管理人员和集控中心运维人员，同时辅助服务于检修、试验人员的、智能化的变电安全生产管理数据中心和控制平台。通过该平台实现变电站在线监测系统、集控中心SCADA系统、生产管理信息等系统数据共享，实现对电力生产相关数据的综合利用，为服务主体提供多维度、多方位的数据视图和综合数据展现与分析，能够实现各种分析结果的信息发布。
如图1所示的分层设计可支持系统的传感器层、接入层和主站层在各自范围内遵照统一的标准规范相对独立地并行发展。传感器层重点发展各种先进实用的传感原理和传感器技术；接入层重点发展各种高效、可靠、经济的通信接入组网技术和信息处理与信息接入标准化技术；主站层重点发展各种监测信息存储、加工、展现、分析、诊断和预测等监测数据应用技术。系统分层体系的建立有利于推动集控中心全景状态监测系统的持续改进和发展，使得各层技术更新的相互影响最小化。其中状态信息接入集中器：CAI（Condition information Acquisition Integration），是一种部署在变电站内的，能以标准方式连接站内各类传感器，接收它们所发出的标准化状态信息，并对它们进行标准化控制的设备。
如图2所示，本发明的集控中心全景状态监测系统包括数据采集、数据整合与模型转换、专题应用与数据分析、设备状态评价，数据采集得到的数据上传给数据整合与模型转换模块，经整合、转换后的数据上传给专题应用与数据分析模块后送入设备状态评价模块。
数据采集：用于采集变电站各类不同的在线监测系统、集控中心SCADA系统、生产管理信息系统数据。数据采集按照数据来源和数据特性不同可分为在线监测信息、设备运行工况、不良工况信息、台帐信息、运行巡视信息、试验信息、家族型缺陷信息。其中在线监测信息来自变电站内各类不同的设备状态监测系统，设备运行工况、不良工况信息来自集控中心SCADA系统，台帐信息、运行巡视信息、试验信息、家族型缺陷信息来自生产管理信息系统。
数据整合与模型转换：获取反映设备当前健康状态的数据信息来自多个方面，数据来源也各不相同，集控中心全景状态监测系统的数据来自在线监测系统、生产管理信息系统、集控中心SCADA系统。本专利设计一个通用模型来规范反映设备健康状态的数据信息，通用模型包括状态检修涉及的设备、设备的部件、设备涉及的状态量、劣化处理规则，同时对这些数据进行标准化约定处理。系统经过数据整合与模型转换标准化后，提供统一的模型、参数、实时数据和历史数据服务。同时提供标准的访问接口，为数据的高度共享和综合利用提供基础。
专题应用与数据分析：针对变电站一次设备、二次设备在线监测对应的各专题应用产生的监测参数，进行参量跟踪、趋势分析、类比分析、多参量分析。参量跟踪包括采用仪表盘跟踪一个或多个监测参量的变化动态分布区域。通过仪表盘的不同区域（正常区域、注意区域、异常区域），直观警示运行分析人员采取相应的措施；趋势分析包括对参量的长期和短期变化趋势进行分析，发现变化规律，便于分析和预测设备健康状况。类比分析包括对相同或相似设备的相关参数进行横向对比，以便分析故障和异常原因。多参量分析包括采用雷达图分析同一台设备多个相关参量的分布情况，并根据经验模型计算多个参量的平均得分，以辅助判断设备整体健康状况。
设备状态评价：根据设备基础信息、设备在线监测信息、经历的不良工况、家族缺陷、试验情况和设备当前存在的缺陷等信息，对设备状态进行量化分级，对设备状态打分评级。
在线监测系统包括变电站一次设备状态监测系统和变电站二次设备状态监测系统，在线监测系统的监测数据通过各类相应的传感器在线监测得到。
传感器在线监测得到的数据通过状态信息接入集中器CAI进行标准化处理，该CAI设于变电站内，用于以标准方式连接站内各类传感器，接收各传感器发出的标准化状态信息，并对各传感器进行标准化控制的设备。
该系统预留有通讯接口，可采用Web Service方式接入到企业服务总线。外部系统中的生产管理信息系统通过预留的通讯接口将生产管理系统中的台帐、试验、缺陷、巡视数据融入到集控中心全景状态监测系统中，从而使监测系统与预防性试验结合，与生产管理信息系统中相关设备的动态信息结合，实现按时间维度分析设备的健康履历，指导运行、检修工作。
集控中心全景状态监测系统提供标准的数据访问接口，其他系统可通过CIS(GDA)得到实时数据模型；对于少量不频繁的数据也可以通过GDA得到；通过CIS(HSDA、TSDA)得到大数据量的实时数据和历史数据；通过GES可以得到实时报警信息；通过CIS或SQL得到历史的报警信息和一些存储在关系库中的实时数据。同时也可以直接通过统一数据访问接口UAPI、SQL得到测点信息、实时数据、历史数据。
设备状态评价能够自动生成设备状态分析统计结果，包含设备评价得分情况，扣分原因等信息，并且可以实现按类（厂家、型号）等、按状态类别等方式查询。各项设备评价评分细则为：
基础评分（B）
根据设备的生产、运输、安装和交接试验等过程情况是否良好，设备投运年份等基本信息按照规程要求对设备进行基础评分。
不良工况评分（E）
对断路器和变压器不良运行工况进行评分。按照规程公式对变压器3种不良运行工况进行评分，一是变压器近区或出口短路；二是保护变压器的避雷器动作；三是变压器经历短时急救负荷。按照规程对断路器开断短路电流的不良工况进行评分。不良工况评分在100%~0%之间，其中0%对应于对设备状态影响最严重的不良工况（包括其累积效应）。对于断路器，主要是开断短路电流。本功能点用于维护断路器的开合闸记录，填写断路器开断电流峰值，计算断路器的不良工况评分。其计算公式：
上式中，Ij表示第j次开断大电流的峰值，LI为设备技术文件给出的累积开断寿命的80%。单位为kA。设备技术文件没有给出该值时，可以取3000，或者依据运行经验自定。E小于0时按0计。
家族缺陷评分（F）
能根据厂家、型号、出厂时间、电压等级等条件来查询设备家族缺陷情况。
试验评分（T）
通过对单台设备的历史数据进行纵横比、差异性等分析，并依据规程公式计算得出设备的试验评分。对于三相一体设备的试验项目，单项试验以最低得分作为设备的该项试验得分；对交流单相设备每相单独评分，取三相中得分最低分作为该设备的最终评分。
试验评分包括以下几个部分：
1）例行、诊断试验项目评分；
2）油化试验数据评分，主要包括色谱、介损、耐压、微水、含气量等试验项目；
3）带电检测评分，依据相关标准，系统具备对带电检测项目的评分功能。
4）在线监测评分，系统具备对在线监测项目的评分功能。
缺陷评分（Q）
对运行巡检发现的设备缺陷，按照《输变电设备状态评价标准》制定扣分标准，按照缺陷总扣分和单项缺陷扣分情况，划分设备缺陷等级。缺陷根据严重程度共分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4个等级。每个缺陷等级对应一个缺陷评分系数，Ⅳ级Q为1，Ⅲ级Q为0.7－0.9，Ⅱ级Q为0.4－0.6，Ⅰ级Q为0－0.3。
设备状态评分（G）
设备状态评分G＝B×E×F×T×Q
整个集控中心全景状态监测系统置于安全区III区，集控中心采用物理隔离装置将集控中心SCADA系统、在线监测系统和集控中心全景状态监测系统进行隔离。
如图2所示集控中心全景状态监测系统的核心技术构架主要由数据采集、数据整合与模型转换、专题应用与数据分析、设备状态评价组成。变电站到集控中心的通讯，可以采用61850或101/104规约。集控中心全景状态监测系统预留与其他系统的接口，能够向其他系统提供数据。提供数据的方式，采用Web Service，接入到企业服务总线（ESB）。安全规划：整个系统部署在安全区III区。集控中心内采用物理隔离装置，将集控中心SCADA系统、在线监测系统和集控中心全景状态监测系统进行隔离。
本发明提出的集控中心全景状态监测系统建立基于CIM的统一设备模型，整合现有各个监测装置发送上来的数据，进行统一编码和提供统一的模型参数服务，建立实时/历史数据库，为诊断决策系统提供标准的实时数据服务，进行时间序列存盘，保存历史数据，提供标准的历史数据服务。该系统核心技术构架主要由数据采集、数据整合与模型转换、专题应用与数据分析、设备状态评价组成，系统的整体架构如下图1。通过该系统实现变电站在线监测系统、集控中心SCADA系统、生产管理信息系统等数据共享，实现对电力生产相关数据的综合利用，为电网设备服务主体提供多维度、多方位的数据视图和综合数据展现与分析，实现各种分析结果的信息发布。
集控中心全景状态监测系统可以很好的适应电力生产各应用系统相对独立的特点，实现各异构系统数据的充分交互，提高对各种在线实时数据、历史数据、静态数据的处理、分析、应用。通过集控中心全景状态监测系统对各分散系统数据有效的集成与融合，实现对设备的状态评价，形成完整的设备状态评价决策支持系统。
Claims (9)
1.集控中心全景状态监测系统，其特征在于，该系统包括：
数据采集模块：用于采集变电站各类不同的在线监测系统、集控中心SCADA系统、生产管理信息系统数据；所采集的数据按照数据来源和数据特性不同分为在线监测信息、设备运行工况、不良工况信息、台帐信息、运行巡视信息、试验信息、家族型缺陷信息，其中在线监测信息来自变电站内各类不同的设备状态监测系统，设备运行工况、不良工况信息来自集控中心SCADA系统，台帐信息、运行巡视信息、试验信息、家族型缺陷信息来自生产管理信息系统；
数据整合与模型转换模块：获取反映设备当前健康状态的数据信息来自多个方面，数据来源各不相同，集控中心全景状态监测系统的数据来自在线监测系统、生产管理信息系统、集控中心SCADA系统；采用通用模型来规范反映设备健康状态的数据信息，通用模型包括状态检修涉及的设备、设备的部件、设备涉及的状态量、劣化处理规则，同时对这些数据进行标准化约定处理，系统经过数据整合与模型转换模块标准化后，提供统一的模型、参数、实时数据和历史数据服务，同时提供标准的访问接口，为数据的高度共享和综合利用提供基础；
专题应用与数据分析模块：针对变电站一次设备、二次设备在线监测对应的各专题应用产生的监测参数，进行参量跟踪、趋势分析、类比分析、多参量分析；
设备状态评价模块：根据设备基础信息、设备在线监测信息、经历的不良工况、家族缺陷、试验情况和设备当前存在的缺陷信息，对设备状态进行量化分级，对设备状态打分评级；
所述数据采集模块得到的数据上传给数据整合与模型转换模块，经整合、转换后的数据上传给专题应用与数据分析模块后送入设备状态评价模块。
2.根据权利要求1所述的集控中心全景状态监测系统，其特征在于：所述专题应用与数据分析模块的参量跟踪包括采用仪表盘跟踪一个或多个监测参量的变化动态分布区域，通过仪表盘的不同区域直观警示运行分析人员采取相应的措施；趋势分析包括对参量的长期和短期变化趋势进行分析，发现变化规律，便于分析和预测设备健康状况。
3.根据权利要求2所述的集控中心全景状态监测系统，其特征在于：类比分析包括对相同或相似设备的相关参数进行横向对比，以便分析故障和异常原因；多参量分析包括采用雷达图分析同一台设备多个相关参量的分布情况，并根据经验模型计算多个参量的平均得分，以辅助判断设备整体健康状况。
4.根据权利要求2所述集控中心全景状态监测系统，其特征在于：所述仪表盘的不同区域指正常区域、注意区域和异常区域。
5.根据权利要求1所述的集控中心全景状态监测系统，其特征在于：将各类变电设备的各类状态监测信息进行抽象化处理，进而建立面向实时、准实时连续型数据的采集、转换、传输、存储和综合加工处理的统一技术框架，由状态信息接入集中器CAI统一进行规范化、标准化处理，该CAI设于变电站内，用于以标准方式连接站内各类传感器，接收各传感器发出的标准化状态信息，并对各传感器进行标准化控制的设备。
6.根据权利要求1所述的集控中心全景状态监测系统，其特征在于：该系统预留有通讯接口，可采用Web Service方式接入到企业服务总线。
7.根据权利要求1所述的集控中心全景状态监测系统，其特征在于：生产管理信息系统通过预留的通讯接口将生产管理系统中的台帐、试验、缺陷、巡视数据融入到集控中心全景状态监测系统中，从而使全景状态监测系统与预防性试验结合，与生产管理信息系统中相关设备的动态信息结合，实现按时间维度分析设备的健康履历，指导运行、检修工作。
8.根据权利要求1所述的集控中心全景状态监测系统，其特征在于：系统提供标准的数据访问接口，其他系统可通过CIS的GDA得到实时数据模型；对于少量不频繁的数据也可以通过GDA得到；通过CIS的HSDA、TSDA得到大数据量的实时数据和历史数据；通过GES可以得到实时报警信息；通过CIS或SQL得到历史的报警信息和一些存储在关系库中的实时数据，同时也可以直接通过统一数据访问接口UAPI、SQL得到测点信息、实时数据、历史数据。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的集控中心全景状态监测系统，其特征在于：整个监测系统置于安全区III区，集控中心采用物理隔离装置将集控中心SCADA系统、在线监测系统和集控中心全景状态监测系统进行隔离。
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| CN 201110058090 CN102193555B (zh) | 2011-03-11 | 2011-03-11 | 集控中心全景状态监测系统 |
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