隨著我國大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的深入，電網(wǎng)安全問題越來越受到重視。引發(fā)電網(wǎng)安全事故的原因一般是由于電氣設(shè)備故障或退出運(yùn)行，進(jìn)一步誘發(fā)電網(wǎng)安全事故。近年來，故障跳閘事故主要由于兩類原因引起，并對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行威脅巨大：①電網(wǎng)運(yùn)行中的元件故障隱患沒有及時發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而逐步演變?yōu)閲?yán)重的電網(wǎng)事故；②氣象環(huán)境原因引起多臺電氣設(shè)備退出運(yùn)行，導(dǎo)致的區(qū)域性多重故障。

　　摘要：電氣設(shè)備在線監(jiān)測信息不僅可以用于電氣設(shè)備的檢修，而且可以用于在線確定電氣設(shè)備的安全狀態(tài)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)安全監(jiān)控。本文提出了一種利用電氣設(shè)備在線監(jiān)測信息實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)安全監(jiān)控的思路和方法，利用電氣設(shè)備在線監(jiān)測信息評估電氣設(shè)備的安全狀態(tài)，將電氣設(shè)備安全狀態(tài)從0/1兩種狀態(tài)改變?yōu)閇0，1）狀態(tài)，為大電網(wǎng)安全分析、風(fēng)險預(yù)警和安全控制提供故障篩選的依據(jù)，并確定重點(diǎn)監(jiān)控對象。在此基礎(chǔ)上，論文從確定安全監(jiān)控重點(diǎn)對象、提供故障篩選的依據(jù)、建立安全分析概率模型和安全控制概率模型等方面討論了在線監(jiān)測信息對大電網(wǎng)安全監(jiān)控的影響，并研究了利用電氣設(shè)備在線監(jiān)測信息實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)安全監(jiān)控的實(shí)施路線。

　　關(guān)鍵詞：電網(wǎng)安全,風(fēng)險預(yù)警,安全控制,安全評估,在線監(jiān)測

　　0引言

　　在電網(wǎng)調(diào)度EMS系統(tǒng)中，電氣設(shè)備的安全狀態(tài)采用0/1模型，即只有正常、故障兩種狀態(tài)。因此，在常用的靜態(tài)安全分析和暫態(tài)安全分析中，故障篩選的原則按照可靠性需求和歷史故障統(tǒng)計結(jié)果確定。這種處理方法不能考慮電氣設(shè)備故障隱患、氣象環(huán)境對電氣設(shè)備運(yùn)行的影響。

　　眾多學(xué)者致力于電氣設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)的研究，典型電氣設(shè)備如輸電線路[1-2]、變壓器[3-7]、斷路器[8]、換流閥[9]等在線監(jiān)測技術(shù)成果顯著，并已經(jīng)取得了現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。但是，目前電氣設(shè)備的在線監(jiān)測及其隨后發(fā)展起來的電氣設(shè)備健康狀況評估[3]的研究成果都是應(yīng)用于電氣設(shè)備狀態(tài)檢修和日常維護(hù)。大量的電氣設(shè)備在線監(jiān)測信息局限在設(shè)備級應(yīng)用，沒有完全發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

　　本文提出了一種利用電氣設(shè)備在線監(jiān)測信息實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)安全監(jiān)控的思路和方法，利用電氣設(shè)備在線監(jiān)測信息，將電氣設(shè)備安全狀態(tài)從0/1兩種狀態(tài)改變?yōu)閇0，1）狀態(tài)，為大電網(wǎng)安全分析、風(fēng)險預(yù)警和安全控制提供故障篩選的依據(jù)，并確定重點(diǎn)監(jiān)控對象。在此基礎(chǔ)上，論文研究了利用電氣設(shè)備在線監(jiān)測信息實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)安全監(jiān)控的功能和實(shí)施路線。

　　1與大電網(wǎng)安全相關(guān)的在線監(jiān)測信息

　　大電網(wǎng)的主要電氣設(shè)備包括輸電線路、變壓器、斷路器、換流閥等。與大電網(wǎng)安全相關(guān)的在線監(jiān)測信息是指可以評估大電網(wǎng)電氣設(shè)備安全狀態(tài)的在線監(jiān)測信息。輸電線路的在線監(jiān)測信息包括：導(dǎo)線舞動幅值、弧垂偏差、相間弧垂偏差、同相子導(dǎo)線弧垂偏差、覆冰厚度；絕緣子泄漏電流有效值、最高泄露電流幅值；避雷器阻性泄露電流；桿塔傾斜率、垂直負(fù)荷；地線弧垂偏差、相間弧垂偏差等，以及風(fēng)速、降雨量、雷電、山火等環(huán)境氣象信息。

　　變壓器的在線監(jiān)測信息包括：絕緣油的溫度、濕度、酸度、油中氣體、漏油、油中微水；局部放電；鐵芯和繞組的鐵芯接地電流、油溫；套管介質(zhì)損耗、油中氣體、局部放電；有載分接頭開關(guān)的油中氣體、局部放電、微水含量等。

　　斷路器的在線監(jiān)測信息包括：機(jī)械特性的分閘不同期、合閘不同期、剛分速度、剛合速度；電氣特性的相對磨損程度、累計開斷電流、累計開斷次數(shù)、運(yùn)行年限；絕緣性能的SF6氣體微水含量、套管介質(zhì)損耗、套管油中氣體、套管局部放電等。

　　換流閥的在線監(jiān)測信息包括：晶閘管損壞個數(shù)、晶閘管運(yùn)行溫度、晶閘管運(yùn)行電壓、晶閘管運(yùn)行電流、換流閥電壓分布不均勻；換流閥冷卻水的換流閥塔漏水、換流閥冷卻水水溫、換流閥冷卻水流量；換流閥局部放電等。

　　2大電網(wǎng)電氣設(shè)備的安全狀態(tài)確定

　　電氣設(shè)備的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)可以用來評估電氣設(shè)備的安全狀態(tài)。電氣設(shè)備的安全狀態(tài)不僅僅只是0/1狀態(tài)（即停用/運(yùn)行），利用在線監(jiān)測數(shù)據(jù)可以在線實(shí)時評估電氣設(shè)備的故障概率，即得到電氣設(shè)備的[0，1）安全狀態(tài)。

　　目前在線監(jiān)測設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性參差不齊，完全依賴在線監(jiān)測數(shù)據(jù)建立電氣設(shè)備數(shù)學(xué)模型的電氣設(shè)備故障概率評估受到實(shí)用化限制。專家經(jīng)驗(yàn)在彌補(bǔ)在線監(jiān)測量的準(zhǔn)確性和可靠性的缺陷和對各個在線監(jiān)測量重要性認(rèn)知上的差異性具有重要作用，因此類似模糊層次評估方法是確定電氣設(shè)備的安全狀態(tài)的較好選擇。

　　輸電線路、變壓器、斷路器、換流閥的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)诫姎庠O(shè)備安全狀態(tài)評估數(shù)據(jù)采集模塊，然后通過OSB數(shù)據(jù)總線送到設(shè)備故障概率在線評估模塊。設(shè)備故障概率在線評估模塊包含輸電線路故障概率實(shí)時評估模塊、變壓器故障概率實(shí)時評估模塊、斷路器故障概率實(shí)時評估模塊、換流閥故障概率實(shí)時評估模塊。（如圖1所示）

　　采用模糊層次評估方法確定電氣設(shè)備安全狀態(tài)的原理框圖如圖2、圖3、圖4、圖5所示。

　　輸電線路、變壓器、斷路器、換流閥的故障概率評估都需要進(jìn)行模糊量化、權(quán)系數(shù)確定、模糊評估三個步驟。其中：

　　①模糊量化就是將在線監(jiān)測數(shù)據(jù)根據(jù)各監(jiān)測量的正常值域范圍和故障特征量化成[0，1]區(qū)間的歸一化數(shù)據(jù)。

　�、谖创_知數(shù)學(xué)理論認(rèn)為，對于不確定信息，用一個區(qū)間及該信息在區(qū)間上的信度分布（未確知有理數(shù)）來表示會比用確定的實(shí)數(shù)更符合實(shí)際情況。根據(jù)未確知有理數(shù)法確定權(quán)系數(shù)的一般步驟為：1）選擇權(quán)威性較高的專家評價結(jié)論作為處理對象；2）綜合專家的意見構(gòu)造指標(biāo)重要性的未確知有理數(shù)；3）計算未確知有理數(shù)的數(shù)學(xué)期望值，得指標(biāo)的權(quán)重賦值；4）歸一化同層次下的指標(biāo)權(quán)重賦值。

　　構(gòu)筑評估指標(biāo)重要性程度的未確知有理數(shù)，方法如下：設(shè)有m位專家對評估變壓器綜合狀態(tài)的n個指標(biāo)進(jìn)行重要性評價，通過評價得到m位專家關(guān)于n個指標(biāo)的估計值，將同一指標(biāo)取值相同的信度值乘以專家權(quán)重值（歸一化）后分別加以合并，可得指標(biāo)的重要性未確知有理數(shù)[4]：A=x■，x■，φ■（x），φ■（x）=■■，x=ω■（i=1，2，…，k）0，其它（1）

　　j=1，2，…，n；x■，x■為指標(biāo)重要性取值區(qū)間，φ■（x）為指標(biāo)重要性值可信度分布密度函數(shù)。■■表示指標(biāo)j的重要性取值同為ω■的可信度和。計算該未確知有理數(shù)的數(shù)學(xué)期望值E（φ■（x））。由定義知E（φ■（x））是一階未確知有理數(shù)，x僅在一點(diǎn)處可信度不為零，顯然這個不為零的點(diǎn)即為指標(biāo)j的權(quán)重賦值。

　　③模糊評估方法參見文獻(xiàn)[5-6]。

　　3在線監(jiān)測信息對大電網(wǎng)安全監(jiān)控的影響

　　由于將電氣設(shè)備的安全狀態(tài)從0/1模型改變?yōu)楦�加符合�?shí)際的[0，1）模型，將對大電網(wǎng)安全監(jiān)控產(chǎn)生良性影響，主要表現(xiàn)在：

　　3.1確定安全監(jiān)控重點(diǎn)對象目前我國EMS中，電氣設(shè)備安全狀態(tài)采用0/1模型，采用極端運(yùn)行方式（豐大、豐小、枯大、枯�。┑碾x線靜態(tài)安全分析、離線暫態(tài)安全分析、離線動態(tài)安全分析結(jié)果（或采用安全事故歷史數(shù)據(jù)分析結(jié)果）按照可能誘發(fā)安全事故的故障集確定安全監(jiān)控重點(diǎn)對象，并直接應(yīng)用于在線安全監(jiān)控中。這種方法不能突出安全監(jiān)控重點(diǎn)對象的變化特征，有可能使安全監(jiān)控重點(diǎn)對象的變化特征淹沒在海量數(shù)據(jù)中，造成安全隱患。

　　當(dāng)電氣設(shè)備安全狀態(tài)采用[0，1）模型時，大電網(wǎng)安全監(jiān)控重點(diǎn)對象根據(jù)采用實(shí)時運(yùn)行方式的在線靜態(tài)安全分析、在線暫態(tài)安全分析、在線動態(tài)安全分析的分析結(jié)果在線確定。這將引起安全監(jiān)控思路上的變革：①由于在線確定安全監(jiān)控重點(diǎn)對象，可對安全監(jiān)控重點(diǎn)對象采用各種滿足人機(jī)工效學(xué)的手段進(jìn)行突出監(jiān)視，如高亮度顯示、趨勢變化、特定監(jiān)控窗口監(jiān)視、報警提醒等等；②由于在線確定安全監(jiān)控重點(diǎn)對象，可對安全監(jiān)控重點(diǎn)對象進(jìn)行預(yù)控判據(jù)計算，確定是否需要進(jìn)行安全預(yù)控；③統(tǒng)計確定的安全監(jiān)控重點(diǎn)對象，對長期需要重點(diǎn)監(jiān)控的對象進(jìn)行分析，確定電網(wǎng)改造目標(biāo)。

　　3.2提供故障篩選的依據(jù)在EMS中，為了降低安全分析的計算量，故障篩選時經(jīng)常采用的方法。當(dāng)電氣設(shè)備安全狀態(tài)采用0/1模型時，故障篩選的依據(jù)根據(jù)可靠性原則和統(tǒng)計故障概率確定，篩選出對電網(wǎng)靜態(tài)安全、暫態(tài)安全、動態(tài)安全影響大和經(jīng)常發(fā)生的故障作為計算條件。

　　當(dāng)電氣設(shè)備安全狀態(tài)采用[0，1）模型時，故障篩選的依據(jù)根據(jù)可靠性原則和實(shí)時故障概率確定。電網(wǎng)安全分析的掃描周期可以根據(jù)實(shí)時故障概率進(jìn)行調(diào)整，安全分析的啟動條件改變?yōu)椋孩龠\(yùn)行方式變化；②實(shí)時故障概率變化；③定時掃描。這樣有可能緩解安全分析的計算量和安全掃描之間的矛盾。

　　3.3采用更加符合實(shí)際的安全分析概率模型和安全控制概率模型當(dāng)電氣設(shè)備安全狀態(tài)采用0/1模型時，電網(wǎng)安全分析模型和安全控制的模型采用確定性模型。當(dāng)電氣設(shè)備安全狀態(tài)采用[0，1）模型時，電網(wǎng)安全分析模型和安全控制模型可以采用確定性模型，也可以采用概率模型。若采用確定性模型，需要按照上述方法進(jìn)行故障篩選。本文更加推薦采用概率模型。主要是因?yàn)榇笮惋L(fēng)電場/風(fēng)電場群、大型太陽能發(fā)電站逐步接入電網(wǎng)，新能源發(fā)電的出力波動特性很難采用確定模型來表征，采用概率模型將具有更大的優(yōu)勢。

　　4利用在線監(jiān)測信息實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)安全監(jiān)控的實(shí)施

　　4.1兩種實(shí)施模式利用在線監(jiān)測信息實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)安全監(jiān)控可以采用兩種實(shí)施模式：一是所有在線監(jiān)測信息都傳送到調(diào)度主站，在調(diào)度主站完成電氣設(shè)備安全狀態(tài)評估和大電網(wǎng)安全監(jiān)控；二是在線監(jiān)測信息先在變電站集中，并完成電氣設(shè)備安全狀態(tài)評估，將評估結(jié)果傳送到調(diào)度主站，在調(diào)度主站完成大電網(wǎng)安全監(jiān)控。也可以采用這兩種模式的折中方案。

　　由于氣象環(huán)境數(shù)據(jù)往往單獨(dú)處理和建設(shè)，上述第一種實(shí)施模式將具有更大的優(yōu)勢。

　　4.2在線監(jiān)測裝置的設(shè)置輸電主干網(wǎng)的輸電線路、變壓器、斷路器、換流閥等主要電氣設(shè)備都需要裝設(shè)在線監(jiān)測裝置。

　　架空輸電線路可以在輸電線路沿線選點(diǎn)設(shè)置在線監(jiān)測裝置。選點(diǎn)原則可以考慮為線路首端、輸電線路運(yùn)行在嚴(yán)酷條件的輸電桿塔處、統(tǒng)計故障較多的輸電桿塔處等。選點(diǎn)數(shù)目沒有嚴(yán)格限制。架空輸電線路各在線監(jiān)測裝置采集的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到某側(cè)變電站或直接上傳到調(diào)度進(jìn)行架空輸電線路故障概率的在線評估。

　　包括雷電、雨量、風(fēng)速、覆冰、山火等影響電氣設(shè)備運(yùn)行氣象環(huán)境數(shù)據(jù)，包括宏觀氣象數(shù)據(jù)和微氣象環(huán)境數(shù)據(jù)。宏觀氣象數(shù)據(jù)是指一個地區(qū)的整體氣象條件，如降雨、風(fēng)力等級、雷電等信息，可能以一定概率影響多回架空輸電線路。宏觀氣象數(shù)據(jù)由氣象部門發(fā)布，可以采用與氣象局?jǐn)?shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)方式獲得。微氣象環(huán)境數(shù)據(jù)是指電氣設(shè)備安裝位置的局部氣象條件，如雷電、雨量、風(fēng)速、覆冰等，采用就地傳感器獲取。

　　4.3通信方式選擇在線監(jiān)測數(shù)據(jù)一般以變電站為單位集中預(yù)處理，然后上傳到調(diào)度。變壓器、斷路器、換流閥等電氣設(shè)備的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)采用RS485、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)等近距離通信方式傳輸?shù)阶冸娬緮?shù)據(jù)采集終端；輸電線路上裝設(shè)的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)采用GSM/CDMA公網(wǎng)等通信方式傳輸?shù)阶冸娬緮?shù)據(jù)采集終端。

　　變電站數(shù)據(jù)采集終端與EMS主站之間一般采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信或串行遠(yuǎn)動通信。

　　4.4數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)存儲目前的EMS大多采用CIM數(shù)據(jù)模型，但是在線監(jiān)測數(shù)據(jù)并沒有建設(shè)CIM模型。因此需要對CIM模型，并存儲在EMS數(shù)據(jù)平臺中。

　　5結(jié)論

　　將電氣設(shè)備在線監(jiān)測信息和電網(wǎng)運(yùn)行工況數(shù)據(jù)結(jié)合，將改變EMS安全監(jiān)控的思路和實(shí)現(xiàn)方法，更好地保證電網(wǎng)運(yùn)行安全。

　　5.1采用電氣設(shè)備在線監(jiān)測信息，可以用于在線確定電氣設(shè)備的安全狀態(tài)，將電氣設(shè)備安全狀態(tài)從0/1兩種狀態(tài)改變?yōu)閇0，1）狀態(tài)。

　　5.2采用電氣設(shè)備在線監(jiān)測信息，將影響安全監(jiān)控的重點(diǎn)對象、故障篩選、安全分析概率模型和安全控制概率模型等方面，進(jìn)一步改變EMS安全監(jiān)控的思路和實(shí)現(xiàn)方法。

　　5.3根據(jù)電氣設(shè)備安全狀態(tài)評估的地點(diǎn)不同，利用在線監(jiān)測信息實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)安全監(jiān)控可以采用兩種實(shí)施模式：一是在調(diào)度主站完成電氣設(shè)備安全狀態(tài)評估和大電網(wǎng)安全監(jiān)控；二是在變電站完成電氣設(shè)備安全狀態(tài)評估，在調(diào)度主站完成大電網(wǎng)安全監(jiān)控�？梢愿鶕�(jù)實(shí)際情況選擇實(shí)施模式。

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