基于电力大数据分析的输变电设备安全预警决策平台的制作方法

本实用新型涉及本实用新型涉及电力设备状态监测与故障诊断技术领域，具体涉及基于电力大数据分析的输变电设备安全预警决策平台。

背景技术：

输变电设备状态监测与诊断技术是防止电网事故第一道防御系统中的关键技术之一，也是智能电网实施的关键环节。现有的输变电设备状态在线监测与诊断技术的研究主要倾向于以单台设备为目标，状态监测种类及目标多，导致在省网级状态预警与诊断的主站平台信息分散、管理复杂；同时随着系统及高级应用的不断增加或升级，更加凸现整合后主站平台的异构性问题，具体表现如下：（1）通信网络异构：采用多种不同的通信网络技术构建不同的网络传输平台；（2）高级应用异构：第三方开发的应用程序的数据标准不一致；（3）数据格式异构：各子系统的多信息源数据以各种不兼容格式存储。由于异构问题无法满足对省网级全景状态信息监测与共享要求，难以对设备运行状况进行统筹分析和决策。（4）主站平台接入众多厂家、众多型号、功能各异的庞大数量监测装置，各类监测装置的通讯规约、数据接口、底层构架等标准又各不相同，造成各监测系统信息分散、管理复杂、且未能实现信息的纵向贯通与横向共享的被动局面，增加了运维主站平台的难度，影响充分利用监测数据指导运维电网设备。

因此，必须建立可靠、统一，能够实现信息的纵向贯通与横向共享，以及支持智能电网中状态评估、故障诊断等类型应用的状态监测集成平台。目前急需建设面向广域设备分布的标准化、统一化的状态预警与故障诊断系统，来满足未来智能电网对全景状态信息监测与共享的要求，为全面推广省网级变电设备精益化管理，提高设备运行的安全性、稳定性提供综合管理平台。

技术实现要素：

本实用新型提供基于电力大数据分析的输变电设备安全预警决策平台，用以解决行业内平台异构且数据繁多问题，建立可靠、统一，能够实现信息的纵向贯通与横向共享平台，实现对变电主设备的多维度的状态预警与集约化的分析诊断。为解决上述问题，本实用新型提供了基于电力大数据分析的输变电设备安全预警决策平台，具体技术方案如下：

基于电力大数据分析的输变电设备安全预警决策平台包括若干路并行连接的前置采集单元、主站交换机、主站纵向加密认证装置、主站防火墙、主站平台数据库服务器、横向互联接口交换机、横向互联接口服务器、WWW服务器；所述前置采集单元、主站交换机、主站纵向加密认证装置、主站防火墙、主站平台数据库服务器依次连接，主站平台数据库服务器与横向互联接口服务器连接，横向互联接口服务器与横向互联接口交换机连接，主站平台数据库服务器与WWW服务器连接；

所述若干路并行连接的前置采集单元输出的数据以光缆、电力综合数据网为媒介依次通过主站交换机、主站纵向加密认证装置、主站防火墙传输至主站平台数据库服务器进行汇集处理；主站平台数据库服务器以光缆为媒介依次通过横向互联接口服务器、横向互联接口交换机归集其他信息系统的输变电设备数据；主站平台数据库服务器通过WWW服务器向外发布输变电设备状态数据和预警信息的分析结果。

进一步，所述主站平台数据库服务器还分别与操作员站、工程师站连接。

进一步，前置采集单元包括若干座变电站内的监测装置、综合处理单元、站内纵向加密认证装置和站内交换机；所述监测装置、综合处理单元、站内纵向加密认证装置、站内交换机依次连接；监测装置所采集的监测数据依次通过综合处理单元、站内纵向加密认证装置、站内交换机并以光缆、电力综合数据网为媒介依次通过主站交换机、主站纵向加密认证装置、主站防火墙传输至主站平台数据库服务器进行汇集处理。

进一步，所述监测装置包括油中溶解气体监测装置、局部放电监测装置、套管绝缘监测装置、避雷器监测装置、接地电流监测装置。

进一步，所述综合处理单元采用IntelAtomD25501.86GHz处理器。

进一步，所述站内交换机采用DPtechLSW5003系列的交换机。

进一步，所述主站交换机采用S9500E系列的交换机。

进一步，所述主站防火墙采用SecPath F1000-A系列的防火墙。

进一步，所述WWW服务器为HPProLiantDL580Gen8系列的4U机架式服务器。

进一步，所述主站平台数据库服务器包括主站关系数据库服务器、主站时序数据库服务器；所述主站关系数据库服务器、主站时序数据库服务器皆采用Unix系统内核的双机热备服务器形式。

本实用新型建立了可靠、统一、面向服务架构(service-oriented architecture，SOA) 的纵向贯通与横向共享平台，克服了平台异构问题，达到了多维度的状态预警与集约化的分析诊断；实现了实时预警、远程分析设备缺陷和潜伏性故障的功能，彻底克服了监测装置现场无人值守期间可能导致延时或漏报预警信息的弊端，显著提升了状态预警效率，并达到了电力安全生产中风险、效能和成本综合最优的目标。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图；

图2是本实用新型的横向互联结构示意图；

图3为本实用新型的具体实施的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，基于电力大数据分析的输变电设备安全预警决策平台包括大于4路并行连接的前置采集单元、主站交换机、主站纵向加密认证装置、主站防火墙、主站平台数据库服务器、横向互联接口交换机、横向互联接口服务器、WWW服务器；所述前置采集单元、主站交换机、主站纵向加密认证装置、主站防火墙、主站平台数据库服务器依次连接，主站平台数据库服务器与横向互联接口服务器连接，横向互联接口服务器与横向互联接口交换机连接，主站平台数据库服务器与WWW服务器连接；

大于4路并行连接的前置采集单元输出的数据以光缆、电力综合数据网为媒介依次通过主站交换机、主站纵向加密认证装置、主站防火墙传输至主站平台数据库服务器进行汇集处理；主站平台数据库服务器以光缆为媒介依次通过横向互联接口服务器、横向互联接口交换机归集其他信息系统的输变电设备数据；主站平台数据库服务器通过WWW服务器向外发布输变电设备状态数据和预警信息的分析结果；主站平台数据库服务器还分别与操作员站、工程师站连接。

前置采集单元包括若干座变电站内的监测装置、综合处理单元、若干路多通道输入口单通道输出口的站内纵向加密认证装置和站内交换机；监测装置、综合处理单元、站内纵向加密认证装置、站内交换机依次连接；其中，站内纵向加密认证装置的多通道输入口采集多套综合处理单元的数据并进行汇集后，再通过站内交换机的单通道输出口输出至主站交换机。其中，每座变电站内设置有数量、种类不一的监测装置，且一套综合处理单元可连接多套监测装置，但是每座变电站仅包括一套综合处理单元、站内纵向加密认证装置和站内交换机。

监测装置将采集到的油中溶解气体、局部放电、介质损耗因数、电容量、全电流、运行电压、阻性电流、阻容比等设备本体的状态监测数据通过光缆输入至综合处理单元，综合处理单元以光缆为媒介，依次通过站内纵向加密认证装置、站内交换机、主站交换机、主站纵向加密认证装置、主站防火墙传输至主站平台数据库服务器进行汇集处理。在本实用新型中，监测装置设置在变压器、GIS等主设备附近，用以检测、采集和达到实时预警、远程分析设备缺陷和潜伏性故障的功能，监测装置为油中溶解气体监测装置、局部放电监测装置、套管绝缘监测装置、避雷器监测装置、接地电流监测装置中的至少一种。

综合处理单元设置在变电站中，作为油中溶解气体监测、局部放电监测、套管绝缘监测、避雷器监测、接地电流监测等装置的归集、处理、存储及转发装置。综合处理单元采用IntelAtomD25501.86GHz处理器，配备DC110V～240V和AC220V冗余双电源，配备1TB硬盘存储介质，嵌入式装置2GB内存，嵌入式装置配备6个10/100Mbps的RJ45网口，嵌入式装置配置2个RS-232隔离串口、4个RS-422/485隔离串口和4个RS-485隔离串口用于调试，并承载Windows7操作系统。

在本实用新型中，将监测装置部署于变电站内的设备区；其中，油中溶解气体监测装置安装于变压器、高压电抗器本体处，局部放电监测装置安装于GIS设备、变压器设备本体处，套管绝缘监测装置安装于主变套管本体处，避雷器监测装置安装于避雷器设备本体处，接地电流监测装置安装于变压器本体处，可以分别采集油中溶解气体、局部放电、介质损耗因数、电容量、全电流、运行电压、阻性电流、阻容比等设备本体的状态监测数据；综合处理单元设置在变电站内的继电保护室的监测系统控制屏柜内或中央控制室的值班台附近，可以接入、归集一座变电站一套或多套监测装置采集的数据，站内纵向加密认证装置设置在在变电站的通信机房内，具备基于IP、传输协议、应用端口号的综合报文过滤与访问控制功能，其同网支持密码机数达2048，加密速率达300Mbps。站内交换机设置在变电站的通信机房内，采用DPtechLSW5003系列的交换机，支持百兆电口/光口、千兆电口/光口，支持RJ45、ST、SC、LC等接口类型，支持VLAN、STP/RSTP、组播、端口镜像、QoS、端口安全等二层交换技术特性。

主站交换机设置在监测预警中心的通信机房中，数量是有且仅有一套；主站交换机采用S9500E系列的交换机，支持百兆电口/光口、千兆电口/光口、万兆电口/光口等LAN接口类型，支持RPR、POS等广域接口类型，支持VoQ和E2E流控技术，避免报文阻塞，实现了报文区分。主站纵向加密认证装置设置在监测预警中心的通信机房中，数量是有且仅有一套；主站纵向加密认证装置具备基于IP、传输协议、应用端口号的综合报文过滤与访问控制功能，其同网支持密码机数达2048，加密速率达300Mbps。主站防火墙设置在监测预警中心的通信机房中，数量是有且仅有一套；主站防火墙采用SecPath F1000-A系列的防火墙，控制端口是Console端口，具备DoS、DDoS入侵检测能力。

在本实用新型中，横向互联接口交换机、横向互联接口服务器也设置在监测预警中心的通信机房中，数量也分别是有且仅有一套；横向互联接口服务器的型号为HP ProLiantDL388Gen9系列的2U机架式服务器；横向互联接口交换机、横向互联接口服务器可以接入、归集其他生产信息系统中的输变电设备台账、输电设备监测、SCADA调度、试验、缺陷、检修等输变电设备状态数据，如图2所示。

在本实用新型中，WWW服务器设置在监测预警中心的信息机房中，数量是有且仅有一套，具体为HPProLiantDL580Gen8系列的4U机架式服务器。主站平台数据库服务器包括主站关系数据库服务器、主站时序数据库服务器。主站关系数据库服务器10采用Unix系统内核的双机热备服务器形式，具备处理、存储输变电设备实体关系模型二维表结构状态数据的功能；主站时序数据库服务器采用Unix系统内核的双机热备服务器形式，具备处理、存储输变电设备带时间标签状态数据的功能。

在本实用新型中，操作员站、工程师站部署于监测预警中心内的值班室、计算机室内。

在本实施例中，从监测装置到综合处理单元的回路中仅传输监测数据和控制命令。监测装置的具体数量根据变电站内的设备数量和设备本体的结构特征确定；而综合处理单元的数量为每个变电站部署一套。监测装置的输出端与综合处理单元的输入端通过光缆连接，其信号回路可传输检测值、控制命令，综合处理单元的主要作用包括：

（1）向监测装置下发启停等控制命令；

（2）实现设备监测信号就地数字化，并存储；

（3）上传监测数据；

（4）可供变电站内的设备运维人员查询数据。

综合处理单元的输出端与站内纵向加密认证装置的输入端通过光缆连接，站内纵向加密认证装置的输出端与站内交换机的输入端通过光缆连接，其信号回路可传输监测值、谱图、时间戳(采集时间戳、上传时间戳)及控制命令等，通信协议均在遵循和扩展IEC61850通信标准的基础定制。站内交换机输出端与主站交换机输入端通过光缆连接，其信号回路可传输检测值、控制命令。

主站交换机的主要作用包括：

（1）向综合处理单元下发调取等控制命令；

（2）按多参数权重因子分析设备状态监测数据，以最终过滤干扰数据、求解真实的监测数据。

主站交换机依次通过主站纵向加密认证装置、主站防火墙与主站平台数据库服务器的输入端通过光缆相互连接，其信号回路可传输各类监测数据，并可向综合处理单元下发控制命令等。

主站平台数据库服务器包括主站关系数据库服务器、主站时序数据库服务器，可以在第一时间存储各变电站上传的各种类型监测数据，以及横向互联接口服务器传输来的其他生产信息系统中的输变电设备状态数据；此外，主站平台数据库服务器还通过光缆分别连接监测预警中心的WWW服务器、操作员站、工程师站，并可调取、查询、备份业务。

主站关系数据库服务器、主站时序数据库服务器的主要作用包括：

（1）向综合处理单元、横向互联接口服务器、WWW服务器下发调取、查询等控制命令或者分发数据。

（2）主站时序数据库服务器采用Unix系统内核的双机热备服务器形式，具备处理、存储输变电设备带时间标签状态数据的功能；并诊断确认被监测设备的状态，求解故障程度、性质，以及高温过热、低温过热、高能放电、低能放电等故障类别。

（3）主站关系数据库服务器采用Unix系统内核的双机热备服务器形式，具备处理、存储输变电设备实体关系模型二维表结构状态数据的功能；并按照统一的CIM/GIS信息规范和编码方法为其他高级应用软件提供标准、统一、规范的各类数据交互服务接口。其编码方法与生产MIS一致，包括设备台帐参数编码、设备状态量编码、设备状态量值编码。

WWW服务器可按既定的访问权限为省级电网内的各级技术人员提供全网监测数据的相关查询业务，具体为各级技术人员在电力综合数据网内，通过HTTP协议连接WWW服务器而取得允许浏览权限内的数据，在送交数据到网页伺服器并且获取具体监测数据内容，主要内容包括：监测时间、设备名称、检测值(如转换数据格式后的H2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6浓度以及微水含量)等，且相关数据定时刷新；WWW服务器为HPProLiantDL580Gen8系列的4U机架式服务器，采用的处理器缓存为一级1.5MB、二级64MB，硬盘为1TSATA硬盘，内核处理器为XeonE7-4820v2，并承载Linux服务器操作系统。

操作员站可为监测预警中心工作人员提供全网监测数据的查询、诊断业务，主要展示内容包括：监测时间、设备名称、装置厂商、监测报告、数据对比、数据分析、数据列表、综合信息、当前状态、变化曲线图等。工程师站可为监测预警中心的工程师、系统维护人员提供全网监测数据的查询、诊断业务，主要展示内容包括：监测时间、设备名称、设备过热或放电类型的援例推理识别结果、趋势图、三比值诊断结果、相对产气速率、报告、数据对比与分析结果、数据列表、当前状态、历史记录等。同时，监测预警中心的工程师、系统维护人员可通过工程师站向各监测子系统下发控制指令，升级综合数据单元中的神经网络数据库。

如图2所示，本实用新型中的横向互联接口交换机、横向互联接口服务器与其他信息系统构成了横向互联结构，具体状态数据包括输变电设备台账、输电设备监测、SCADA调度、试验、缺陷、检修等。

结合图2和图3，本实用新型具体操作过程如下，

（1）将本实用新型中的3套油中溶解气体监测装置、3套套管绝缘监测装置、综合处理单元部署于某500千伏变电站中，并接入电源；其中3套油中溶解气体监测装置分别紧密安装于变电站中某主变A相、B相、C相本体的排油阀、回油阀处，油路密封循环，3套套管绝缘监测装置分别紧密安装于变电站中该主变A相、B相、C相本体的变高、变低套管处。

（2）安装于变压器本体的3套油中溶解气体监测装置检测设备内部的气体浓度、产气速率，3套套管绝缘监测装置检测设备内部的介质损耗因数、电容量，并经综合处理单元归集后上传至主站时序数据库服务器。

（3）横向互联接口服务器采集其他信息系统中该500千伏变压器的台账、预防性试验、历史缺陷、家族性缺陷、检修记录等状态数据，并在归集后上传至主站关系数据库服务器。

（4）主站时序数据库服务器对分析、比对、过滤及存储该500千伏变压器的气体浓度、产气速率、介质损耗因数、电容量等监测数据；具体过滤是指在比对真实信号与干扰信号后，滤除与背景噪声相同或接近指纹的波形等。进而再通过对过滤后的真实检测信号初步诊断，得出是否存在绝缘缺陷的结果；具体缺陷类型有放电、过热等；

（5）主站关系数据库服务器对分析、比对、过滤及存储该500千伏变压器的台账、预防性试验、历史缺陷、家族性缺陷、检修记录、负荷等状态数据。

（6）根据主站关系数据库服务器、主站时序数据库服务器的分析、比对结果，此外，横向比较同一型号变压器在同一役龄段、负荷的测值是否存在相关性，如同一型号变压器A、B、C三相的监测数据存在显著性差异，并通过比较同一型号变压器的历史缺陷和检修记录为判别设备是否存在家族性缺陷提供数据支撑。

（7）主站平台数据库服务器向WWW服务器、操作员站和工程师站提供展示、存储、对比及分析处理的基础数据（绝缘缺陷、相关历史缺陷、家族性缺陷的分析结果），处理后显示表征设备绝缘缺陷程度的监测值、谱图等，并提供给监测预警中心的工作人员、供电局设备运维人员及外部专家诊断该500kV三相分体式变压器的绝缘状况。此外,在监测预警中心的技术人员发现变压器设备存在产气速率突增、介质损耗因数三相不平衡等疑似设备故障的确凿表象时,将立即向设备供电局发布预警通知单；并要求及时排查设备异常。

本实用新型可检测、扫描、区分设备本体内的状态监测信号与干扰信号，再将已检测、过滤、分析后的设备状态监测数据提供给监测预警中心，并供相关设备运维技术人员进行诊断分析，成功实现了发现和跟踪输变电潜伏性故障和运行风险的功能，一举摆脱了人工定期检测中周期长、投资大的局限，达到了电力安全生产中风险、效能和成本综合最优的目标。

本实用新型不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。