設(shè)備狀態(tài)檢測系統(tǒng)的研制_圖文

1、設(shè)備狀態(tài)檢測系統(tǒng)的研制*供電局調(diào)度管理處 自動化運檢一班 QC 小組一、小組概況 二、選題理由隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷進(jìn)步,政治、經(jīng)濟(jì)、軍事等對電能的需求日益增加, 使得電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運行方式日趨復(fù)雜, 為了保證電力系統(tǒng)運行的安全性、 穩(wěn) 定性和經(jīng)濟(jì)性, 電力系統(tǒng)調(diào)度中心的自動化水平需要不斷地提高。 電力系統(tǒng)調(diào)度 中心的主要任務(wù)是迅速、 準(zhǔn)確、 全面地掌握電力系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)并預(yù)測和分 析系統(tǒng)未來的運行趨勢,從而對運行中的各種問題能夠及時準(zhǔn)確地提出解決對 策。1、課題背景目前電力系統(tǒng)調(diào)度中心廣泛應(yīng)用數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng) (SCADA進(jìn)行數(shù)據(jù)的采 集和傳輸, 是電壓幅值和功率型量測, 通過遠(yuǎn)動系統(tǒng)

2、采集變電站內(nèi)一次設(shè)備的測 量電壓和電流, 開關(guān)、 刀閘位置等數(shù)據(jù), 這些數(shù)據(jù)信息再由遠(yuǎn)動通道接口送到調(diào) 度中心的計算機(jī)。 其中的數(shù)據(jù)采集、 模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗^程均有可能產(chǎn)生誤 差, 各個過程有時還可能受到干擾或出現(xiàn)故障, 因此調(diào)度中心計算機(jī)接收到的數(shù) 據(jù)與真實數(shù)據(jù)之間難免存在一定的差異, 這些量測信息數(shù)據(jù)會影響調(diào)度中心對電 力系統(tǒng)運行狀態(tài)的判斷結(jié)果,產(chǎn)生決策錯誤,有時會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。現(xiàn)代電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運行主要依賴于能量管理系統(tǒng) (EMS,其功能是根據(jù)電 力系統(tǒng)的各種量測信息,為電力系統(tǒng)調(diào)度中心做出相應(yīng)的決策方案。 EMS 以測量 為基礎(chǔ), 因此各種量測信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響調(diào)度中心的決

3、策行為, 更直接 關(guān)系到電網(wǎng)安全運行與否。2、課題現(xiàn)狀數(shù)據(jù)采集異常實例:(1 220kV *變電站。 2012年 7月 5日,接到 *電力調(diào)度中心通知:烏 閣 I 回 253線路負(fù)荷異常, 要求立即核實該線路實際負(fù)荷情況。 現(xiàn)場測控裝置顯 示情況為:A 相電壓 132.05, B 相電壓 132.93, C 相電壓 132.58, A 相電流 223.59, C 相電流 224.01, B 相電流缺失,造成比實際負(fù)荷缺少三分之一的情況。同時對 其他線路進(jìn)行了排查,發(fā)現(xiàn)烏東線 258線路同樣是 B 相電流缺失問題。(2 220kV *變電站。 2012年 7月 13日,接到 *電力調(diào)度中心通知:

4、可 杜線 256線路負(fù)荷異常, 要求立即核實該線路實際負(fù)荷情況。 現(xiàn)場測控裝置顯示 情況為 A 相電流 97.46, B 相電流 64.3, C 相電流 71.85, A相電壓 132.71, B 相電壓 133.03, C 相電壓 132.9,有功 7.64,無功 -25.99,功率因數(shù) 0.35,造成有功、無功與對端杜爾博特風(fēng)電場不一致的情況。綜上所述的這些問題, 都發(fā)生在數(shù)據(jù)采集階段, 及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集裝置異常, 快速檢測設(shè)備狀態(tài)是否正常成為迫切需要解決的難題。調(diào)度管理處自動化運檢一班外勤人員 8名, 負(fù)責(zé)管理維護(hù) *市區(qū)、 郊區(qū)以 及周邊 *縣、 *縣、 *縣、 *縣、 *縣等地區(qū) 8

5、0余座變電站, 線路共計 836條,由于工作人員嚴(yán)重不足,對設(shè)備只能進(jìn)行計劃巡檢,定期對設(shè)備進(jìn)行巡視, 巡視周期長達(dá) 60天。由于目前國內(nèi)沒有相關(guān)的設(shè)備檢測工具,所以變電站內(nèi)設(shè) 備狀態(tài)檢查只能依靠人工來完成:設(shè)備狀態(tài)檢查需要三個人互相配合, 1人檢查 設(shè)備, 1人操作監(jiān)控機(jī), 1人在調(diào)度主站核對數(shù)據(jù);一座變電站設(shè)備狀態(tài)檢查需 要 2小時,而且巡視間隔期間無法發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常情況。線路統(tǒng)計表 隨著 2012年 *供電局調(diào)控一體化進(jìn)程的實施,對無人值班變電站的設(shè)備 運行狀態(tài)提出了更高的要求, 如何尋求一種可以實現(xiàn)快速、 高效的設(shè)備狀態(tài)檢測 工具,小組就此展開了“創(chuàng)新型” QC 課題活動。3、確定課題2

6、010年開始,公司對可靠性供電提出了嚴(yán)格的要求,因此實現(xiàn)計劃巡檢到 狀態(tài)檢查的轉(zhuǎn)變,才能達(dá)到可靠性指標(biāo)要求。為了實現(xiàn)對設(shè)備的狀態(tài)檢查這一目標(biāo), 我們迫切需要一種對設(shè)備進(jìn)行快速檢 測的軟件系統(tǒng)。 根據(jù)當(dāng)前需求, 小組做了大量的市場調(diào)查, 發(fā)現(xiàn)當(dāng)前市場沒有研 制過此類軟件系統(tǒng)。小組只能研制一種可以實現(xiàn)對設(shè)備的狀態(tài)檢測的軟件系統(tǒng)。 因此,小組確定以設(shè)備狀態(tài)檢測系統(tǒng)的研制 ,作為本次活動的課題。三、設(shè)定目標(biāo)及可行性分析(一目標(biāo)設(shè)定:1、研制一種遠(yuǎn)程監(jiān)測變電站內(nèi)運行設(shè)備狀態(tài)的軟件系統(tǒng)。2、對變電站內(nèi)運行設(shè)備的狀態(tài)檢查,檢查時間由 2小時降低為 5分鐘。 (二目標(biāo)可行性分析:1、小組擁有 2名工程師, 8

7、名助理工程師,小組成員具有豐富的工作經(jīng)驗。 2、小組成員具有碩士研究生學(xué)歷三名,對國內(nèi)的相關(guān)科技前沿進(jìn)行了技術(shù) 追蹤,并查閱了當(dāng)前國內(nèi)相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn) 80余篇,具備良好的理論基礎(chǔ)。 3、小組成員針對 *地區(qū)變電站數(shù)據(jù)通信的特點進(jìn)行了討論,根據(jù)數(shù)據(jù)通 信采用模擬通道的特點,數(shù)據(jù)報文采用 IEC 60870-5-101通訊協(xié)議。設(shè) 備 狀 態(tài) 檢 測 時 間4、小組成員根據(jù) *地區(qū)變電站使用大規(guī)模分層分布式變電站構(gòu)架模型設(shè) 計的特點,同時考慮到將來所使用的數(shù)據(jù)通信 IEC 60870-5-104通訊協(xié)議,所以 按照 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建模,在數(shù)據(jù)模型上采用服務(wù)器、邏輯設(shè)備、邏 輯節(jié)點、

8、數(shù)據(jù)的分層結(jié)構(gòu)。5、在本課題進(jìn)行初期,組織小組成員進(jìn)行了預(yù)研,對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了建模, 并對核心技術(shù)進(jìn)行了技術(shù)論證。6、隨著當(dāng)代計算機(jī)系統(tǒng)飛速發(fā)展、計算頻率越來越快,引入先進(jìn)的算法理 念, 我們相信完全可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo), 變電站內(nèi)設(shè)備狀態(tài)檢查時間縮小為 5分鐘。四、擬定方案并選擇最佳方案1、提出方案QC 小組研制的思路和預(yù)期效果本著結(jié)合現(xiàn)場實際情況,以及 *地區(qū)變電 站內(nèi)數(shù)據(jù)通信采用模擬通道的特點, 小組成員查詢了相關(guān)的技術(shù)資料, 并根據(jù)實 際調(diào)查以及大家提出的建議,運用“頭腦風(fēng)暴法”集思廣益,并用親和圖歸 納整理:設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方法 變電站內(nèi)設(shè)備 狀態(tài)監(jiān)測法 調(diào)度主站設(shè)備 狀態(tài)監(jiān)測法 人工檢查設(shè)

9、備工況速度慢、效率低,精準(zhǔn)度低,檢 查周期 2個月 需要至少 2人互相配合 人 工 檢 查 設(shè) 備 工 速度慢、效率低,檢查周期 2天 要求通道、 RTU 設(shè)備工作正常 需要其他班組配合工作 軟件檢測法軟件自動檢測設(shè)備工況 檢測速度快,精準(zhǔn)度高 遙信、 遙測邏輯關(guān)聯(lián)狀態(tài) 電流、電壓、有功、無功、功率因數(shù)邏輯狀態(tài)根據(jù)以上親和圖, QC 小組決定從以下方案進(jìn)行分析和評估: 2、方案分析:小組成員對這三種方案進(jìn)行了模擬測試、評估。 方案一:變電站內(nèi)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測法 方案三:軟件檢測法 3、確定最佳方案至此,設(shè)備狀態(tài)檢測方法選擇完畢,通過一系列的選擇,我們確定了最優(yōu)方 案。 以往的人工檢查設(shè)備狀態(tài), 在

10、技術(shù)層面上提高設(shè)備檢查效率不可能有實質(zhì)上 的提高, 歸根結(jié)底是因為人工檢查的方法不能自動識別數(shù)據(jù)、 自動檢查設(shè)備狀態(tài)。 要想從根本上提高設(shè)備檢查效率, 徹底解決人工檢查效率低下的問題, 必須提出 新技術(shù), 采用新方法, 因此以我們大膽提出了軟件改造方案, 解決方案定為從軟 件技術(shù)開展,決定使用“軟件檢測法”方案。五、制定對策根據(jù)最佳方案,我們不再沿用多年的人工檢測方法, QC 小組提出了一個創(chuàng)新 的方法, 設(shè)備狀態(tài)檢測方法創(chuàng)新, 引入計算機(jī)軟件系統(tǒng), 通過計算機(jī)高速的計算 功能, 快速檢測變電站內(nèi)運行設(shè)備的工作狀態(tài), 根據(jù)確定的最新方案, 制定如下 對策表。 六、對策實施實施(一 :建立遙信、

11、遙測數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計各個變電站的遙信數(shù)據(jù)、遙測數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)的邏輯信息包括:(1遙信、遙測數(shù)據(jù)位置信息;(2線路編號、線路名稱、 CT 、 PT 信息;遙測數(shù)據(jù)庫遙信數(shù)據(jù)庫 實施(二 :通信數(shù)據(jù)報文解析QC 小組根據(jù) *地區(qū)變電站數(shù)據(jù)通信的特點,數(shù)據(jù)通信采用模擬通道,因此 數(shù)據(jù)報文采用 IEC 60870-5-101通訊協(xié)議。(1首先查閱 IEC60870-5-101通訊協(xié)議,分析報文結(jié)構(gòu)格式,并建立了相 應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和解析算法。(2解析數(shù)據(jù),獲取源碼值;(3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,將源碼值轉(zhuǎn)換為實際量測值。數(shù)據(jù)報文算法 原始報文數(shù)據(jù) 規(guī)格化的報文數(shù)據(jù)信息提取后的報文 帶信息地址的源碼值 實施(三 :軟件系統(tǒng)建模(1

12、綜合數(shù)據(jù)平臺的搭建,要按照 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建模,因此在數(shù)據(jù)模型上采用了服務(wù)器 (Server+邏輯設(shè)備 (Logical_Device+邏輯節(jié)點 (Logical_Node+數(shù)據(jù) (Data的分層結(jié)構(gòu)。按照 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建模的分層結(jié)構(gòu) (2壞數(shù)據(jù)檢測,當(dāng)數(shù)據(jù)報文中的壞數(shù)據(jù)個數(shù)達(dá)到一定數(shù)量時,說明此刻 量測質(zhì)量較差或者出現(xiàn)了數(shù)據(jù)中斷,將給出信息提示,保證檢測結(jié)果的及時性。(3根據(jù)當(dāng)前采集到的電流、電壓的量測數(shù)據(jù)進(jìn)行不平衡度檢測,當(dāng)三相 不平衡度過大時,給出信息提示。三相不平衡度算法為:(2(1100%F F =其中:(1F 為三相電壓或電流的正序分量幅值, (2

13、F 為三相電壓或電流的 負(fù)序分量幅值。 電壓的不平和度較小, 一般低于 2%, 電流三相不平衡度稍大一些。(4開關(guān)非一致性運行檢測,通常情況下,電網(wǎng)處于三相一致運行狀態(tài)。 當(dāng)開關(guān)三相不一致時, 為了更可靠的區(qū)別電網(wǎng)故障或者產(chǎn)生了遙信壞數(shù)據(jù), 我們 放棄了通常的檢測機(jī)制,從數(shù)據(jù)報文中獲取開關(guān)位置信息。去了計算出更可靠、 更精確的狀態(tài), 我們提出了更復(fù)雜的計算方法 “基于多信息融合的開關(guān)非一致 性檢測”方案。基于多信息融合的開關(guān)非一致性檢測方案:首先以變壓器為分界點,按電壓 等級劃分為 n 層(2 n 3 ,在各電壓等級中忽略零阻抗支路的相間互感,三相 自然解耦,同時在各開關(guān)中增加多源三相量測(三

14、相電流、電壓 ,依次進(jìn)行零 阻抗電壓和零阻抗功率計算開關(guān)閉合狀態(tài)。 其中, 零阻抗電壓實際是對開關(guān)內(nèi)各節(jié)點電壓量測進(jìn)行加權(quán)平均, 為線性不需迭代, 不存在收斂性問題, 計算速度快。 零阻抗功率中考慮了電流幅值量測,得到非線性量測方程,其算法如下:11( ( T T kk k x H WH H W z h x x x x -+=-=+其中:x為狀態(tài)量, x 為狀態(tài)量增量, z 為量測量, =A,B,C分別表示三 相, W 為各量測的權(quán)重矩陣,雅克比矩陣 (Th x H x =為稀疏矩陣,當(dāng)沒有電流量測時, H 為常數(shù)陣。實施(四 :軟件系統(tǒng)運行情況1、 110kV 裕隆變。第一醫(yī)院為雙電源用戶,

15、裕隆變第一醫(yī)院線 953此刻狀態(tài) 為第二電源點,因此開關(guān)閉合,開關(guān)上功率為 0,該特殊運行方式正確。所以系 統(tǒng)計算出的結(jié)果為告警狀態(tài),而非故障狀態(tài)。 2、 220kV *變。檢測系統(tǒng)在對 *變電站檢測后的效果 2、220kV*變。 檢測系統(tǒng)在對*變電站檢測后的效果 測控裝置狀態(tài) Ua Ub Uc Ia Ib Ic P Q COS 256 132.71 133.03 132.91 67.64 64.30 71.85 7.64 -25.99 0.351 七、效果確認(rèn) 1、目標(biāo)完成情況檢查 (1開發(fā)了一種能夠快速檢測變電站運行設(shè)備狀態(tài)的軟件系統(tǒng)； (2該系統(tǒng)自主開發(fā)，完全具有自主知識產(chǎn)權(quán)，行業(yè)內(nèi)屬于

16、領(lǐng)先技術(shù)。 2、使用效果統(tǒng)計設(shè)備狀態(tài)檢測系統(tǒng)軟件研制完成后，在10月份進(jìn)行了 測試，對測試工作進(jìn)行統(tǒng)計： 系統(tǒng)測試統(tǒng)計表 序號 測試時間 變電站 設(shè)備對象 檢測時間 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均 10月10日 烏素圖 北京四方 小于1分鐘 小于 1 分鐘 10月11日 可鎮(zhèn) 河南許繼 小于 1 分鐘 10月11日 裕隆 國電南自 小于 1 分鐘 10月13日 航天 南瑞繼保 小于 1 分鐘 10月13日 南郊 南瑞科技 小于 1 分鐘 10月13日 賽馬場 東方電子 小于 1 分鐘 10月13日 興安 國電南自 小于 1 分鐘 10月15日 金川 東方電子 小于 1 分鐘 1

17、0月15日 西郊 北京四方 小于 1 分鐘 10月16 青城 南瑞繼保 1分鐘 測試人 由統(tǒng)計表可以看出，QC小組共對10座變電站進(jìn)行了設(shè)備檢測工作，檢測時間 為1分鐘，目標(biāo)實現(xiàn)。 3、檢測軟件使用前后效果對照 4、檢測軟件特點 (1采用更精確的三相模型和多源三相量測進(jìn)行估計，有利于實現(xiàn)對電網(wǎng)三 相不平衡度的實時監(jiān)控并及時發(fā)現(xiàn)非全相運行情況； (2基于基爾霍夫電流定律建立量測方程，實現(xiàn)了開關(guān)閉合狀態(tài)錯誤和遙測 壞數(shù)據(jù)的解耦辨識，不但提高了錯誤辨識的可靠性，而且易于實現(xiàn)； (3利用多源三相量測可顯著提高局部冗余度，進(jìn)一步判斷開關(guān)位置的可靠 性。 (4在不同的工況下對拓?fù)錉顟B(tài)能有很好辨識效果。但是

18、為保守起見，部分 情況開關(guān)辨識為可疑狀態(tài)，檢測計算后給出的結(jié)論為告警級而非故障級，例如當(dāng) 原本斷開的開關(guān)錯誤的閉合時，可以計算出開關(guān)上面的功率為零( 裕隆變案 例 ，但是開關(guān)閉合，開關(guān)上功率為0 的情況是存在的。因而對這種開關(guān)狀態(tài)告 警，為工作人員提供輔助支持，但需要進(jìn)行人工檢查該開關(guān)的實際運行方式。 八、效益評估 1、先進(jìn)技術(shù) 在建模初期就考慮到兼容性問題，采用標(biāo)準(zhǔn)化建模，該檢測軟件可以不受設(shè) 備限制，可以在不同的廠家設(shè)備上使用?？紤]到計算數(shù)據(jù)龐大，在算法中引入了 并行計算方式，因此在實際應(yīng)用中具有計算速度快的特點。在可靠性方面，對國 內(nèi)的相關(guān)科技前沿進(jìn)行了技術(shù)追蹤，并查閱了當(dāng)前國內(nèi)相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)80余篇。 2、技術(shù)創(chuàng)新 該檢測軟件具有使用效果好，檢測精確度高、檢測速度快。改項技術(shù)處于國 內(nèi)領(lǐng)先水平，在行業(yè)內(nèi)具有較高的推廣價值。 3、經(jīng)濟(jì)效應(yīng) 通過本次QC活動， 我們有效的減少了設(shè)備檢測時間， 提高了設(shè)備的檢測效率， 對于動輒上萬元的軟件采購， 我們的成果相當(dāng)于為企業(yè)節(jié)約了大量資金，如果將 該項技術(shù)轉(zhuǎn)讓給其他兄弟企業(yè)，還可以為企業(yè)創(chuàng)造出新的價值。 4、社會效益 通過本次 QC 活動的完成，為設(shè)備狀態(tài)檢修奠定了基礎(chǔ)，提高對設(shè)備的可靠 性檢測，為了保證電力系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性