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摘要： 通过数据挖掘技术，研究和分析智能变电站设备基本信息、运行信息、试验信息和故障、缺陷信息之间的数据关系和规则，构建智能变电站设备状态检修与预测分析系统。主要论述系统的构建过程，并展望智能变电站设备状态检修的发展趋势。
关键词： 智能电网；智能变电站；数据挖掘；知识发现；IEC61850
随着国家电网公司坚强智能电网建设规划的提出，变电站自动化领域中智能化电气设备得到了突飞猛进的发展。2010年，采用了实时传感、在线监测、数字传输和计算机通信等新型实用技术的智能变电站相继出现。反映设备状态和可靠性的数据越来越多，运算数据量更大，同时设备状态检修越来越趋向于实时、自动、智能、高效。原有常规变电站的状态评价和检修系统已不能及时为变电站的管理决策提供准确、可靠的信息。对此，根据智能变电站设备的变化特点和数据挖掘技术进行了智能变电站设备状态检修过程的研究和分析。
1 现状分析
目前，国家电网公司已经把智能变电站建设作为当前智能电网建设的主要方向和重点来抓，现今我国已完成多个智能变电站的新建及改造工程。随之而来的是普通变电站的设备状态检修系统已经远远跟不上智能变电站设备管理和业务流程的发展，以前设备状态检修系统主要由人工录入设备基础、运行以及检修试验数据，评价过程是人工进行设备状态评价。而现在智能变电站设备的运行、检修试验数据基本上实现自动采集和实时获取，为设备状态检修工作提供了有力的支撑。所以，原有设备状态检修系统已不能适应智能变电站设备状态检修工作的需要。急需要构建一套状态检修与预测系统满足当前智能变电站状态检修工作的需要。
2 系统构建过程
通过研究PMS、在线监测和一体化信息平台等系统所采集的各种数据，构建以设备为核心，函盖设备全寿命周期内所有信息的数据仓库，并在此基础上开展智能变电站设备状态检修和预测分析，实现对智能变电站设备状态评估与状态检修工作的有效管理，提高检修决策分析的准确性和有效性，为智能变电站设备状态检修工作提供决策支持。
2.1 系统业务应用及数据来源分析
根据智能变电站建设现状，进行系统业务应用及数据来源的分析，详见下图：
数据来源（数据支撑以下）为智能变电站设备状态检修与预测分析系统基础数据来源，主要由在线监测系统、PMS和一体化应用平台三部分组成。在线监测系统中反映设备状态的数据主要有主变压器、断路器和110kV开关柜的绝缘特性、温湿度、气体压力和机械特性方面的数据。PMS中包含设备状态的数据主要有设备台账、异常记录、缺陷信息、试验报告和家族缺陷等信息。一体化信息平台中反映设备状态的数据主要有变压器、断路器和10kV高压开关柜等设备的异常或故障运行数据。包括异常或故障运行时的时间、电流、电压值；变压器、断路器等设备的经受短路电流的次数；断路器带负荷开断次数等信息。
业务应用层为设备状态检修与预测分析工作支撑模块，主要有设备状态评价标准库、应用数据仓库、状态数据和评价标准关联库、设备状态评估和设备状态检修、预测分析等模块组成。主要完成基础数据收集、整理和存储；设备评价标准维护、状态数据与评价标准运算关系的设置；设备状态评价和预测分析等功能。
2.2 系统建设功能介绍
系统应用功能主要有桌面管理、应用管理、运维管理和系统接口四部分组成。
桌面管理是面向公司领导、生产技术部、检修工区、运行工区以及变电站的统一信息发布与人机交互接口，包括异常告警、状态展示、状态统计、状态发展趋势展示。
应用管理是系统各业务应用功能的集合，包括监测管理、告警管理、故障诊断、状态评估、风险评估、检修策略生成、统计分析等功能。
运维管理，为系统的运行维护服务，包括系统管理、评价标准维护、评价运算规则维护、数据备份和权限管理等功能。
与在线监测系统、PMS和一体化应用平台建立接口，与PMS数据传输采用TCP/IP协议；与在线监测和一体化平台数据传输采用IEC61850协议，分别由在线监测系统接口和一体化平台系统接口程序对数据进行解析和转换。
2.3 系统部署方式介绍
智能变电站设备状态检修管理系统的实时采集、存储和计算的数据量非常大，对系统硬件配置、软件算法和系统部署提出了新的要求。通过集中部署一套系统很难实现对所有变电站的设备实时、快速和准确评价，所以采用集中和分布相结合的部署方式。
每个智能变电站站内部署一套站端系统，进行设备状态数据采集、分析，并把结果实时回传给主站；公司本部部署一套主站系统，用来分析、统计子站设备状态、评价结果、检修策略和风险评估结果，为公司领导决策提供可靠的依据。
3 系统应用的关键技术
在前期的设计和技术探索过程中，重点对IEC61850标准协议和数据挖掘技术做了深入的研究和论证。
3.1 IEC61850标准协议转换
IEC61850技术标准是目前在国内数字化变电站建设过程中的核心，它是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，由国际电工委员会第57技术委员会（IECTC57）的3个工作组10，11，12（WG10/11/12）负责制定的，变电站内的智能电子设备（IED，测控单元和继电保护）均采用统一的协议，通过网络进行信息交换。
通过研究IEC61850技术协议的数据发送、传输、接收以及内部转码过程，制定了信息交互接口标准和数据格式标准，转换为TCP/IP协议可识别的数据，进行实时评价和分析。它解决了智能变电站在线监测、一体化平台等自动化系统产品与业务应用系统之间的互操作性和协议转换问题。
3.2 利用数据挖掘技术进行设备状态发展趋势预测
数据挖掘又称为数据库中的知识发现（Knowledge Discovery in Database，KDD）。是指从数据库的大量数据中提取隐含的、先前未知的并有潜在价值的信息和知识的过程。目的是从大量数据中挖掘对决策有价值的知识和规则。这些规则蕴含了数据库中一组对象之间的特定关系，可揭示出一些有用的信息，为管理层提供决策支持。
系统主要采用数据挖掘中的关联、聚类、分类、预测等算法，进行设备在线监测和设备状态数据的分析和研究，找出其内部关联关系和规则，进行设备监测数据和设备状态发展趋势的预测和分析。
4 结语
智能变电站设备状态检修与预测分析系统主要提高设备状态评价的及时性、准确性，对设备状态发展趋势进行较为准确的预测，为设备管理人员的分析决策提供有力支撑，对合理安排检修工作，提高检修针对性起到很强的指导作用，为设备故障、缺陷的预测和精确定位提供了实时、精准的依据，减少了故障、缺陷原因判断和分析的周期，極大的降低了检修成本，提高了检修效率，达到了电网企业领导及管理层高效开展智能变电站设备状态检修，快速决策和分析的目的。总之，智能变电站设备状态检修与预测分析系统已经在智能变电站运行、检修管理方面起到很好的示范作用，产生巨大的经济效益和社会效益，应用前景十分广阔。
参考文献：
[1]《输变电设备状态检修管理规定》.
[2]《输变电设备状态评价导则、状态检修导则》.
关键词： 智能电网；智能变电站；数据挖掘；知识发现；IEC61850
随着国家电网公司坚强智能电网建设规划的提出，变电站自动化领域中智能化电气设备得到了突飞猛进的发展。2010年，采用了实时传感、在线监测、数字传输和计算机通信等新型实用技术的智能变电站相继出现。反映设备状态和可靠性的数据越来越多，运算数据量更大，同时设备状态检修越来越趋向于实时、自动、智能、高效。原有常规变电站的状态评价和检修系统已不能及时为变电站的管理决策提供准确、可靠的信息。对此，根据智能变电站设备的变化特点和数据挖掘技术进行了智能变电站设备状态检修过程的研究和分析。
1 现状分析
目前，国家电网公司已经把智能变电站建设作为当前智能电网建设的主要方向和重点来抓，现今我国已完成多个智能变电站的新建及改造工程。随之而来的是普通变电站的设备状态检修系统已经远远跟不上智能变电站设备管理和业务流程的发展，以前设备状态检修系统主要由人工录入设备基础、运行以及检修试验数据，评价过程是人工进行设备状态评价。而现在智能变电站设备的运行、检修试验数据基本上实现自动采集和实时获取，为设备状态检修工作提供了有力的支撑。所以，原有设备状态检修系统已不能适应智能变电站设备状态检修工作的需要。急需要构建一套状态检修与预测系统满足当前智能变电站状态检修工作的需要。
2 系统构建过程
通过研究PMS、在线监测和一体化信息平台等系统所采集的各种数据，构建以设备为核心，函盖设备全寿命周期内所有信息的数据仓库，并在此基础上开展智能变电站设备状态检修和预测分析，实现对智能变电站设备状态评估与状态检修工作的有效管理，提高检修决策分析的准确性和有效性，为智能变电站设备状态检修工作提供决策支持。
2.1 系统业务应用及数据来源分析
根据智能变电站建设现状，进行系统业务应用及数据来源的分析，详见下图：
数据来源（数据支撑以下）为智能变电站设备状态检修与预测分析系统基础数据来源，主要由在线监测系统、PMS和一体化应用平台三部分组成。在线监测系统中反映设备状态的数据主要有主变压器、断路器和110kV开关柜的绝缘特性、温湿度、气体压力和机械特性方面的数据。PMS中包含设备状态的数据主要有设备台账、异常记录、缺陷信息、试验报告和家族缺陷等信息。一体化信息平台中反映设备状态的数据主要有变压器、断路器和10kV高压开关柜等设备的异常或故障运行数据。包括异常或故障运行时的时间、电流、电压值；变压器、断路器等设备的经受短路电流的次数；断路器带负荷开断次数等信息。
业务应用层为设备状态检修与预测分析工作支撑模块，主要有设备状态评价标准库、应用数据仓库、状态数据和评价标准关联库、设备状态评估和设备状态检修、预测分析等模块组成。主要完成基础数据收集、整理和存储；设备评价标准维护、状态数据与评价标准运算关系的设置；设备状态评价和预测分析等功能。
2.2 系统建设功能介绍
系统应用功能主要有桌面管理、应用管理、运维管理和系统接口四部分组成。
桌面管理是面向公司领导、生产技术部、检修工区、运行工区以及变电站的统一信息发布与人机交互接口，包括异常告警、状态展示、状态统计、状态发展趋势展示。
应用管理是系统各业务应用功能的集合，包括监测管理、告警管理、故障诊断、状态评估、风险评估、检修策略生成、统计分析等功能。
运维管理，为系统的运行维护服务，包括系统管理、评价标准维护、评价运算规则维护、数据备份和权限管理等功能。
与在线监测系统、PMS和一体化应用平台建立接口，与PMS数据传输采用TCP/IP协议；与在线监测和一体化平台数据传输采用IEC61850协议，分别由在线监测系统接口和一体化平台系统接口程序对数据进行解析和转换。
2.3 系统部署方式介绍
智能变电站设备状态检修管理系统的实时采集、存储和计算的数据量非常大，对系统硬件配置、软件算法和系统部署提出了新的要求。通过集中部署一套系统很难实现对所有变电站的设备实时、快速和准确评价，所以采用集中和分布相结合的部署方式。
每个智能变电站站内部署一套站端系统，进行设备状态数据采集、分析，并把结果实时回传给主站；公司本部部署一套主站系统，用来分析、统计子站设备状态、评价结果、检修策略和风险评估结果，为公司领导决策提供可靠的依据。
3 系统应用的关键技术
在前期的设计和技术探索过程中，重点对IEC61850标准协议和数据挖掘技术做了深入的研究和论证。
3.1 IEC61850标准协议转换
IEC61850技术标准是目前在国内数字化变电站建设过程中的核心，它是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，由国际电工委员会第57技术委员会（IECTC57）的3个工作组10，11，12（WG10/11/12）负责制定的，变电站内的智能电子设备（IED，测控单元和继电保护）均采用统一的协议，通过网络进行信息交换。
通过研究IEC61850技术协议的数据发送、传输、接收以及内部转码过程，制定了信息交互接口标准和数据格式标准，转换为TCP/IP协议可识别的数据，进行实时评价和分析。它解决了智能变电站在线监测、一体化平台等自动化系统产品与业务应用系统之间的互操作性和协议转换问题。
3.2 利用数据挖掘技术进行设备状态发展趋势预测
数据挖掘又称为数据库中的知识发现（Knowledge Discovery in Database，KDD）。是指从数据库的大量数据中提取隐含的、先前未知的并有潜在价值的信息和知识的过程。目的是从大量数据中挖掘对决策有价值的知识和规则。这些规则蕴含了数据库中一组对象之间的特定关系，可揭示出一些有用的信息，为管理层提供决策支持。
系统主要采用数据挖掘中的关联、聚类、分类、预测等算法，进行设备在线监测和设备状态数据的分析和研究，找出其内部关联关系和规则，进行设备监测数据和设备状态发展趋势的预测和分析。
4 结语
智能变电站设备状态检修与预测分析系统主要提高设备状态评价的及时性、准确性，对设备状态发展趋势进行较为准确的预测，为设备管理人员的分析决策提供有力支撑，对合理安排检修工作，提高检修针对性起到很强的指导作用，为设备故障、缺陷的预测和精确定位提供了实时、精准的依据，减少了故障、缺陷原因判断和分析的周期，極大的降低了检修成本，提高了检修效率，达到了电网企业领导及管理层高效开展智能变电站设备状态检修，快速决策和分析的目的。总之，智能变电站设备状态检修与预测分析系统已经在智能变电站运行、检修管理方面起到很好的示范作用，产生巨大的经济效益和社会效益，应用前景十分广阔。
参考文献：
[1]《输变电设备状态检修管理规定》.
[2]《输变电设备状态评价导则、状态检修导则》.