甘肅省電力公司大數(shù)據(jù)決策平臺

1、甘肅省電力公司大數(shù)據(jù)決策平臺 摘 要：近年來，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，國網(wǎng)公司規(guī)劃了大數(shù)據(jù)平臺支撐電網(wǎng)信息化建設(shè)思路，大數(shù)據(jù)技術(shù)近年來在電力狀態(tài)檢修領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。本文基于目前電力大數(shù)據(jù)建設(shè)現(xiàn)狀，以變壓器狀態(tài)狀態(tài)為基礎(chǔ)，介紹了用于電力狀態(tài)評估領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)分析實(shí)例，闡述了電力技改大修項(xiàng)目立項(xiàng)決策流程，最后就電力大數(shù)據(jù)建設(shè)提出建議 關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；狀態(tài)評估；技改大修；決策平臺 中圖分類號：TP311.13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）07-0141-04 1 國家電網(wǎng)公司大數(shù)據(jù)建設(shè)現(xiàn)狀 國網(wǎng)公司根據(jù)信通建設(shè)支撐智能電網(wǎng)建設(shè)的要求，規(guī)劃了大數(shù)據(jù)平臺支撐電網(wǎng)信息化建

2、設(shè)思路。通過引入大數(shù)據(jù)平臺，優(yōu)化數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)服務(wù)能力，支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用建設(shè)。大數(shù)據(jù)平臺的引入并非取代現(xiàn)有的各個系統(tǒng)，而是于電網(wǎng)業(yè)務(wù)結(jié)合，做適度改造，以滿足時序數(shù)據(jù)的存儲處理，同時保證上層數(shù)據(jù)連續(xù)性 十二五期間，國網(wǎng)系統(tǒng)省級電力公司普遍完成的電力數(shù)據(jù)中心有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中心、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中心、電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)平臺和海量準(zhǔn)實(shí)時數(shù)據(jù)中心，并通過持續(xù)擴(kuò)展平臺應(yīng)用接入范圍，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心對電網(wǎng)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和應(yīng)用，提高了電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理水平。國家電網(wǎng)公司通過信息化SG186和SG-ERP工程建設(shè)，已經(jīng)具備大數(shù)據(jù)建設(shè)基礎(chǔ)，國家電網(wǎng)公司計劃在2020年，在現(xiàn)有一體化信息平臺基礎(chǔ)上，建成兩

3、級部署的基于云架構(gòu)的企業(yè)級大數(shù)據(jù)平臺，并在電力生產(chǎn)、營銷管理、用戶服務(wù)三大領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，形成大數(shù)據(jù)應(yīng)用管理、共享開放、運(yùn)維分析、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和信息安全五個體系 2 電力大數(shù)據(jù)平臺介紹 2.1 電力大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)主要目標(biāo) 本平臺立足于甘肅電網(wǎng)實(shí)際狀況，著眼于電力技改大修項(xiàng)目的要求，通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建基于電力大數(shù)據(jù)技術(shù)的狀態(tài)評估系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)電力技改大修項(xiàng)目的精準(zhǔn)投資和精益化管理?；陔娏Υ髷?shù)據(jù)技術(shù)的狀態(tài)評估平臺接入現(xiàn)有的在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測信息，例如油色譜監(jiān)測系統(tǒng)、無線測溫系統(tǒng)、容性設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)、斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)等，同時接入離線監(jiān)測數(shù)據(jù)（局部放電檢測數(shù)據(jù)）、PMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)，做設(shè)備數(shù)據(jù)挖掘分

4、析 系統(tǒng)圍繞電力設(shè)備在線監(jiān)測信息，分析預(yù)測電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并以圖形可視化方式展示，做定性定量分析，為決策層提供設(shè)備分析報表，輔助決策，減少檢修人員排查，從安全事故預(yù)防上升到實(shí)時分析層面。電力設(shè)備狀態(tài)檢測工作流程是通過對在線、離線數(shù)據(jù)采集，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘分析，建立設(shè)備缺陷預(yù)警模型，對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評估并結(jié)合PMS運(yùn)行情況分析設(shè)備，幫助運(yùn)維人員了解設(shè)備狀況，預(yù)防事故的發(fā)生，保障電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 2.2 技術(shù)選型 滿足TB級、異構(gòu)、快速增長的數(shù)據(jù)存儲及處理分析需求，以Hadoop平_為核心構(gòu)建大數(shù)據(jù)平臺是最好選擇，其擴(kuò)展性、經(jīng)濟(jì)性、自主知識產(chǎn)權(quán)、異構(gòu)數(shù)據(jù)支持以及生態(tài)系統(tǒng)完善方面，均具有較大優(yōu)勢。傳統(tǒng)數(shù)

5、據(jù)、軟件服務(wù)商如ORACLE、EMC等也在各自系統(tǒng)上發(fā)展大數(shù)據(jù)技術(shù)，國內(nèi)企業(yè)多以Hadoop生態(tài)系統(tǒng)做為自己大數(shù)據(jù)解決方案的核心（如移動、聯(lián)通）等，或借鑒Hadoop思想自主研發(fā)類似產(chǎn)品）如阿里巴巴等），由于Hadoop具有擴(kuò)展性、自主知識產(chǎn)權(quán)、異構(gòu)數(shù)據(jù)支持以及生態(tài)系統(tǒng)完善等方面，具有較大優(yōu)勢。因此電網(wǎng)公司大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)時選擇合適的Hadoop版本做核心，通過有機(jī)集成方式融合內(nèi)存計算、挖掘分析、可視化等第三方開源軟件，并作二次封裝形成體系化平臺組件，確保在高起點(diǎn)上建設(shè)電網(wǎng)公司統(tǒng)一大數(shù)據(jù)平臺 2.3 架構(gòu)設(shè)計 （1）整體架構(gòu)設(shè)計。電力大數(shù)據(jù)平臺遵循業(yè)務(wù)驅(qū)動原則來設(shè)計，結(jié)合現(xiàn)有業(yè)務(wù)現(xiàn)狀以及充分考慮

6、到未來業(yè)務(wù)的可擴(kuò)展性與前瞻性，合理進(jìn)行業(yè)務(wù)應(yīng)用功能，數(shù)據(jù)管控，平臺推廣，系統(tǒng)集成方面的設(shè)計，平臺建設(shè)必須遵從國網(wǎng)公司四大體系架構(gòu)的要求。業(yè)務(wù)層面上，大數(shù)據(jù)平臺是為了提升現(xiàn)有平臺綜合服務(wù)能力，支撐電網(wǎng)未來建設(shè)需要而建立的，大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)應(yīng)當(dāng)結(jié)合電網(wǎng)公司現(xiàn)有業(yè)務(wù)特點(diǎn)，基本保持SG-ERP體系架構(gòu)原則不變，使各業(yè)務(wù)功能逐步與大數(shù)據(jù)平臺融合，使用新技術(shù)提高信息化建設(shè)，確保新平臺新應(yīng)用的平穩(wěn)過渡 數(shù)據(jù)管理層面上，使用大數(shù)據(jù)平臺增強(qiáng)對海量數(shù)據(jù)處理能力同時，要基于公司SG-CIM模型規(guī)范化要求統(tǒng)一企業(yè)數(shù)據(jù)模型，確保新平臺數(shù)據(jù)定義一致性完整性準(zhǔn)確性，為數(shù)據(jù)的深層應(yīng)用挖掘分析提供方便 （2）業(yè)務(wù)架構(gòu)。按照國家電

7、網(wǎng)公司大發(fā)展規(guī)劃，未來電力大數(shù)據(jù)平臺是電網(wǎng)公司IT基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，承擔(dān)著數(shù)據(jù)存儲中心、計算中心、分析中心、服務(wù)中心四大職能，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)大數(shù)據(jù)開發(fā)運(yùn)營提供統(tǒng)一支持平臺?，F(xiàn)階段計劃將甘肅省電科院狀態(tài)評價中心輸變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)與電力大數(shù)據(jù)平臺逐漸融合，實(shí)現(xiàn)資源整合、信息共享以及配置優(yōu)化。同時基于對SG-CIM模型的研究，開發(fā)海量數(shù)據(jù)的可視化模型管理工具，盡可能利用自動化方式實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)的精益管理 2.4 兄弟單位發(fā)展調(diào)研 （1）上海電力公司。國家863課題”智能配用電大數(shù)據(jù)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”由上海市電力公司牽，頭，上海電科院和復(fù)旦大學(xué)等單位參與研究。該項(xiàng)目開發(fā)的智能配用電大數(shù)據(jù)平臺集成包括C

8、MS，SCADA等九大業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)源，建立了用戶側(cè)和電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)關(guān)系，并與GIS空間可視化技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)營配調(diào)業(yè)務(wù)貫通和全景能耗監(jiān)測 （2）沈陽供電公司。基于大數(shù)據(jù)挖掘的大型供電企業(yè)風(fēng)險預(yù)警防控體系已初步建成，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)整理，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，灰色關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果輸出，完成電力大數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，實(shí)現(xiàn)基于指標(biāo)分析的風(fēng)險預(yù)警防控，對標(biāo)管理分析，基于指標(biāo)分析的對標(biāo)數(shù)據(jù)分析等多項(xiàng)功能，該系統(tǒng)使得沈陽供電公司的風(fēng)險防控能力得到明顯提高，風(fēng)險預(yù)警快速精準(zhǔn) 3 大數(shù)據(jù)分析實(shí)例 3.1 變壓器狀態(tài)評價 電力變壓器絕緣運(yùn)行狀態(tài)評估是基于設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測基礎(chǔ)上展開的，對可修復(fù)的缺陷進(jìn)行處理以免故障產(chǎn)生，對無法修復(fù)的缺陷或

9、對突發(fā)性故障，應(yīng)對故障發(fā)生的部位，原因及嚴(yán)重程度作診斷，預(yù)測故障發(fā)展趨勢，以及就可靠性作評估，并對運(yùn)行變壓器，尤其是運(yùn)行年限長，老化程度高的變壓器，要求對其老化程度及絕緣壽命作評估，在保證其可靠性前提下，盡可能利用其使用壽命。為了提高變壓器狀態(tài)評價性的準(zhǔn)確性，需要從絕緣故障診斷，絕緣運(yùn)行狀態(tài)評估和絕緣壽命預(yù)測評估三個方向開展研究 3.2 變壓器狀態(tài)監(jiān)測聚合實(shí)例 3.2.1 變壓器監(jiān)測及關(guān)聯(lián)性分析 變壓器監(jiān)測主要參量有油中氣體和成分，色譜，套管絕緣，溫濕度，局放，鐵芯接地電流，風(fēng)冷系統(tǒng)等?；谠诰€監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，需要調(diào)用進(jìn)行信息聚合的參量有主變運(yùn)行數(shù)據(jù)，故障錄波數(shù)據(jù)，保護(hù)動作信號燈等。有些參

10、量由于變化較快，可以作為信息聚合的啟動條件，如油中氣體H2和CO，鐵芯接地電流，局放信息，主變運(yùn)行區(qū)間等，當(dāng)這些參量發(fā)生變化時，做數(shù)據(jù)驅(qū)動信息驅(qū)動，可以推算出相關(guān)聯(lián)的信息，從而研判出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)變化趨勢 記錄變壓器半年來的運(yùn)行數(shù)據(jù)的平均值，結(jié)合當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)和平均值的差異，得出變壓器運(yùn)行狀態(tài)的距離評估。另外通過對多臺變壓器在線監(jiān)測數(shù)據(jù)作橫向比較，更容易發(fā)現(xiàn)變壓器異常狀態(tài)。變壓器每發(fā)生一次故障，系統(tǒng)就記錄一次故障數(shù)據(jù)，形成案例庫。系統(tǒng)在推送變壓器運(yùn)行狀態(tài)信息時可參考案例庫信息，以便決策準(zhǔn)確 3.2.2 變壓器狀態(tài)監(jiān)測信息聚合實(shí)例分析 變壓器過熱故障預(yù)測與狀態(tài)推送：過熱故障是變壓器故障主要類型，對變

11、壓器油中氣體分析可以分析診斷變壓器故障，基于狀態(tài)監(jiān)測的信息聚合架構(gòu)，其關(guān)鍵步驟如下： （1）確定決策分析需求。運(yùn)維人員通過分析變壓器油中氣體分析為主掌握當(dāng)前變壓器運(yùn)行狀態(tài)以消除設(shè)備潛在缺陷。如圖1所示，說明基于歷史數(shù)據(jù)的信息聚合技術(shù) （2）確定關(guān)注信息。變壓器油在無局部放電和強(qiáng)電的影響下，在300度以內(nèi)，只有微量CO2，CH4和H2產(chǎn)生，溶在油中氣體含量和特征氣體比值不會有大變化，而當(dāng)變壓器內(nèi)部存在潛在過熱故障，當(dāng)溫度只影響到變壓器油的分解而不涉及到固體絕緣時，變壓器油產(chǎn)生的氣體主要是低分子烴類，其中甲烷和乙烯是特征氣體，占總烴的80%以上；當(dāng)故障點(diǎn)溫度低時，甲烷所占比重大，溫度升高時，乙烯組

12、分急劇增加，比例增大；當(dāng)嚴(yán)重過熱時，會產(chǎn)生少量乙炔，同時變壓器油紙老化速率增大，產(chǎn)氣速率增加 （3）確定多維關(guān)聯(lián)。由數(shù)據(jù)聚合得到具有二維關(guān)聯(lián)信息，可看作是二維空間上的向量，在多維關(guān)系中可視作維。分析需求信息化后，選出具有相應(yīng)特征的信息，再根據(jù)特征進(jìn)一步確定相關(guān)維 （4）隨決策分析需求變化修改多維關(guān)聯(lián)方案。以某500KV變電站的1號主變嚴(yán)重過熱故障發(fā)生前的歷史數(shù)據(jù)作模擬預(yù)測，主變油中溶解氣體監(jiān)測采樣間隔為8小r。如圖1所示，在第67天（約第200個采樣點(diǎn)附近），CO氣體含量明顯增大，關(guān)注之后每天產(chǎn)生CO的產(chǎn)氣速率和含量，CO產(chǎn)氣速率隨時間變化曲線如圖1所示 從圖1可知，自第67天起，每天CO產(chǎn)氣

13、速率約2.26PMM。第77天起（約第230個采樣點(diǎn)附近），每天產(chǎn)氣速率約3.5PPM，同時甲烷和乙烯占比超過80%。如圖2所示，據(jù)此可初步估計變壓器內(nèi)部存在低溫過熱，由于此時CO，H2，溶解可燃?xì)怏w含量均在正常范圍內(nèi)，故仍推送至變壓器正常運(yùn)行空間，繼續(xù)保持對其他監(jiān)測量關(guān)注 從圖2可知，第180天時候，甲烷所占比例下降到47.6%左右，此后保持在50%以下。同時乙烯所占比例急劇增加，CO產(chǎn)氣速率每天19.75PPM，比之前增加約6倍，由此推測變壓器內(nèi)部出現(xiàn)過熱障礙征兆，故將其推送至異常運(yùn)行狀態(tài)。CO氣體含量約255.3PPM。此時假設(shè)每天CO氣體增速約19.75PPM，據(jù)此可推算出，7天后，C

14、O氣體含量達(dá)到400PPM。超過正常運(yùn)行閾值，19天后達(dá)到60PPM，進(jìn)入預(yù)警狀態(tài) 同時對高能放電故障特征氣體乙炔作分析，其含量變化曲線圖如圖3 從圖3可知，在第600個采樣點(diǎn)可知，乙炔氣體含量在正常區(qū)間，在第800個采樣點(diǎn)后乙炔值劇增到預(yù)警狀態(tài)，其他監(jiān)測量也顯示發(fā)生放電故障，在之前的關(guān)聯(lián)分析已經(jīng)預(yù)測到變壓器的過熱故障 結(jié)合乙烯含量作分析，從圖3（b）可看出大致正常運(yùn)行閾值范圍，若單個測量值超出閾值，同時連續(xù)監(jiān)測不到其他異常值，則認(rèn)為該點(diǎn)為奇異點(diǎn)可以不考慮，若多個聯(lián)系監(jiān)測點(diǎn)超出劃定閾值，則認(rèn)為有出現(xiàn)高能放電故障的可能性，應(yīng)推送至異常狀態(tài)，需要注意 綜上所述，利用油中氣體在線監(jiān)測信息聚合，可預(yù)知

15、潛在過熱故障，高能放電故障，同時對氣體變化速率作預(yù)測，也可大致估計未來故障發(fā)生時間；對氣體含量作關(guān)聯(lián)分析，可實(shí)現(xiàn)對變壓器運(yùn)行狀態(tài)推送 4 技改大修立項(xiàng)判斷流程 4.1 信息收集 技改項(xiàng)目立項(xiàng)來源：狀態(tài)評價導(dǎo)則覆蓋的設(shè)備經(jīng)研判需技術(shù)改造的需求：設(shè)備狀態(tài)評價正?；蛟u價導(dǎo)則未覆蓋設(shè)備按反措要求必須改造的需求，應(yīng)急改造需求； 大修項(xiàng)目立項(xiàng)來源：狀態(tài)評價導(dǎo)則覆蓋的設(shè)備經(jīng)研判需大修的需求：設(shè)備狀態(tài)評價正?；蛟u價導(dǎo)則未覆蓋設(shè)備按反措要求必須大修的需求，應(yīng)急搶修需求； 設(shè)備狀態(tài)評價的前提是收集設(shè)備信息，包括基礎(chǔ)信息試驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)行情況，以及同類設(shè)備運(yùn)行情況等，具體如下： 設(shè)備狀態(tài)信息包括設(shè)備投運(yùn)前信息、運(yùn)行信息

16、、檢修試驗(yàn)信息、運(yùn)行環(huán)境信息、家族缺陷信息等 （1）投運(yùn)前信息主要包括設(shè)備技術(shù)說明書、設(shè)備監(jiān)造報告、計算書、型式試驗(yàn)報告、出廠試驗(yàn)報告、運(yùn)輸記錄、到貨驗(yàn)收記錄、交接試驗(yàn)報告、安裝驗(yàn)收記錄、新（改、擴(kuò)）建工程有關(guān)圖紙等紙質(zhì)和電子版資料 （2）運(yùn)行信息主要包括設(shè)備運(yùn)行屬性（如設(shè)備歸屬、運(yùn)行編號等）、設(shè)備巡視記錄、維護(hù)記錄、故障跳閘記錄、故障典型案例庫、缺陷和消缺記錄、在線監(jiān)測和帶電檢測數(shù)據(jù)以及不良工況信息等。 （3）檢修試驗(yàn)信息主要包括例行試驗(yàn)報告、診斷性試驗(yàn)報告、專業(yè)化巡檢記錄、缺陷及故障記錄、檢修報告及設(shè)備技術(shù)改造信息等 （4）運(yùn)行環(huán)境信息包括污穢區(qū)域分布圖、舞動區(qū)域分布圖、雷區(qū)分布圖、冰區(qū)分

17、布圖、風(fēng)區(qū)分布圖等電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境信息 （5）家族缺陷信息指經(jīng)認(rèn)定和發(fā)布的同廠家、同型號、同批次設(shè)備（含主要元器件）由于制造廠設(shè)計、材質(zhì)、工藝等同一共性因素導(dǎo)致的設(shè)備缺陷或隱患信息 大數(shù)據(jù)平臺從如下系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)：1）GIS系統(tǒng)：輸變配設(shè)備坐標(biāo)、高程、影像及照片等信息，可輸出地理信息圖、設(shè)備運(yùn)行信息、檢修信息等；2）PMS系統(tǒng)：生產(chǎn)輸變配設(shè)備檔案信息、運(yùn)行信息、資產(chǎn)信息、狀態(tài)評價信息、檢修信息、技改大修規(guī)劃、儲備、計劃、項(xiàng)目完成等信息；3）用電采集系統(tǒng)：通過采集系統(tǒng)電壓、電流、有功、無功等信息，可輸出三線不平衡、重過載配變、重過載線路、低電壓等告警信息；4）營銷系統(tǒng)：95598、線損、電量、電費(fèi)、電價、能效、市場等信息，并與PMS系統(tǒng)戶表箱、站、線、變貫通；5）電能質(zhì)量在線監(jiān)測：供電可靠性及資產(chǎn)管理信息；6）供電電壓在線監(jiān)測：電壓合格率；7）雷電定位系統(tǒng)：雷電峰值、時間、頻次、電流、經(jīng)緯度等信息；8）EMS：變電、配電設(shè)備運(yùn)行實(shí)時信息采集；9）OMS：輸變配電設(shè)備、線路運(yùn)行及操作信息；10）ERP：公司所轄設(shè)備資產(chǎn)、財務(wù)、改造、檢修及項(xiàng)目管理信息 4.2 評價內(nèi)容 研判對象是狀態(tài)評價導(dǎo)則所覆蓋的電網(wǎng)設(shè)備，具體分為狀態(tài)評價，需求評價，可