关于电网集中监控下海量信息导致的安全风险及应对策略的研究

作者：张毅 

    电网集中监控后面临的海量信息风险对电网调控运行提出了新的安全要求．也是集中监控后调度机构必须关注的问题。本文从分散到集中的海量信息问题出发，分析电网集中监控后面临的安全风险．结合宁波电网调控一体化运行经验．探讨切实可行的应对策略，以控制潜在安全风险，从而发挥集中监控的优势，确保电网安全

可靠运行。

1  电网集中监控面临的安全风险

    在集中监控模式下．电网监控部门将负责整个区域电网变电站的运行监视、遥控、遥调等工作。从传统的单座变电站到管辖范围内的所有变电站，监控信号将会有几十倍甚至上百倍的激增。面对海量的信号．监控人员面临着大量异常信号监视疏漏的风险．并且承担着遥控调节误操作的风险。

    据统计，单纯1条220 kV线路跳闸，然后重合闸成功后两端大约会产生40多条信息。以宁波电网为例，日均信息量基本在4 000条左右。当在灾害性气候的助推下．电网多个部分发生故障，甚至是大规模的连锁故障，海量信息将成为集中监控不能承受之重。表1显示了灾害性天气及正常情况下宁波电网的日平均信息量。

    由表1可见，当遭遇恶劣天气等特殊情况，电网监控信息量将成倍的增加，当数以百计的异常信息和故障信息瞬间出现在监控员面前时，面对如此复杂紧迫的场面，如何能实现电网故障信息的准确上传并让值班人员及时发现，这关系到电网集中监控后面临的新危险点和不安全因素。其安全风险主要体现在如下2个方面：

    (1)监控系统信息管理不完善。变电站“遥控、遥调、遥信、遥测”功能是电网远程监控的唯一途径．其功能的完善合格与否直接影响到电网日常监控。过多的信号会干扰正常的监视，而信号不全面也不利于发现问题以及对故障的判断。特别是灾害性天气下，支持系统的信息管理模式是否成熟将经受严峻的考验，并由此带来潜在的安全隐患．如图1所示。

    (2)监控人员的监视职责不到位。主要是不能及时发现电网及设备异常及故障状况。电网正常运行时存在大量提示和状态信号的干扰，监控员容易漏掉重要的异常故障信号，或是责任心不到位，不能及时发现负荷、电压等电网运行数据的异常，从而造成电网及设备异常处理不及时和电网事故扩大。

    针对上述2方面问题，结合宁波电网调控一体化的运行经验，本文将从技术支持系统、组织管理模式等方面探讨安全风险控制策略。

2技术支持系统的风险控制措施

2.1  监控信息管理模式的有效保障

    监控自动化系统是变电站实现集中运行监视的技术支撑平台，监控信息的规范性、自动化数据传输的可靠性、监控终端显示的实用性直接关系到电网集中监控的安全可靠性。

    从变电站现场到监控终端的显示，监控信息实现了如图2所示的信息传输流程。

    厂站设备信息采集：主要指变电站设备回路硬接点信号和通信产生软报文信号的采集，是判断电网设备运行状况的直接依据。

    信息规范与筛选：根据变电站设备的不同特性．按不同定义和合理方式进行信号采集。结合现有典型的信息库标准，对需上传监控端的信息进行筛选，并兼顾不同重要程度分层，最终生成厂站远动转发表。

    信息的通道传输：是指监控信息从变电站到监控终端的物理通道传输，为实现传输数据的可靠性，通道单元的负载率应保持在较低水平，同时应具备海量信息冲击下不丢包的能力。

    信息的终端显示：包括监控终端可视画面、监控信息分类分层、监控信息设置功能等，为监控人员提供直观、实用的应用平台。

    由上可知．为实现电网的集中监控，需要监控信息管理模式中各个环节的可靠性保障，任意环节的不充分、不可靠都将导致最终的安全风险。因此需按照信息规范要求，严格规范接入变电站监控系统和集中监控系统的监控信息。制定监控信息联调验收方案，组织开展信息联调验收工作。

2-2  监控海量信号的有效分层

    当海量信号冲刷监控端信息窗时，为快速获得重要异常信号，避免正常信号的干扰影响，信息的有效分层是一项重要技术手段。通过信息准确分层，实现对每一个信息属性定义，让相同属性的信息出现存同一个告警窗口，并以不同的警告音箱区别，达到重要信息的及时发现和快速核查．避免重要信息的遗漏。

    一般可以将信息分为事故、异常、变位、越限、告知等类别。

    事故信号：是由于电网故障、设备故障等，引起开关跳闸（包含非人工操作的跳闸）、保护装置动作出口跳合闸的信号以及影响全站安全运行的其他信号。是需要实时监控、立即处理的重要信息。

    异常信号：是反映设备运行异常情况下的报警信号，影响设备遥控操作的信号，直接威胁电网安全与设备运行，是需要实时监控、及时处理的重要信息。

    变位信息：特指开关类设备状态（分、合闸）改变的信息。该类信息直接反映电网运行方式的改变，是需要实时临控的重要信息。

    越限信息：越限信息是反映重要遥测量超出报警上下限区间的信息。重要遥测量主要有设备有功、无功、电流、电压、主变压器油温、断面潮流等。是需要实时监控、及时处理的重要信息。

    告知信息：是反映电网设备运行情况、状态监测的一般信息。主要包括隔离开关、接地闸刀位置信号、主变运行档位，以及设备正常操作时的伴生信号（如：保护压板投／退，保护装置、故障录波器、收发信机的启动、异常消失信号，测控装置就地/远方等）。该类信息需定期查询。

2.3监控干扰信号的有效规避

    在监控系统上传信息中，大部分是电网正常运行的告知、正常变位等信号。过多的信号干扰容易造成对重要信号的冲刷。同时也存在部分设备告警信号是瞬时的“虚异常”，容易造成对设备异常的判断干扰．为此需对不必要的干扰信息实施技术规避，使监控信息更精简有效。

    对于监控不需要关注、而信息量又较大的信息设置为只入库不告警，能有效地减少干扰信息．如：(1)将“光字牌确认信息”的告警行为改为只人数据库不告警。(2)将“遥信对位信息”（包括遥信对位、厂站遥信对位、系统遥信对位）的告警行为改为只入库不告警。(3)将用户操作信息（包括系统登录、退出、用户切换责任区等系统信息）的告警行为均改为只入库不告警。

    对于出现后均能很快复归的伴生信号．如开关操作过程中由于接点抖动引起的“控制回路断线”和延时不足报出的“弹簧未储能”，以及部分装置产生的瞬时“装置报警”等，可以采取信号延时设置。在延时范围内的信号，如果出现复归就不上告警窗，否则会在延时过后出现在告警窗一延时时间是一个经验值，所伴生信号的动作延时一般可取10 s左右。

2.4  监控设备缺陷的有效处置

    对于影响电网监控的一次、二次设备缺陷或监控信息缺陷，采取多种手段进行有效处置。如对于变电站常亮光的地方，进行逐站逐项核查，查明原因并通过落实相关责任单位及时整改，对于整改期内的常亮缺陷信息进行遥信封存：对于现场已报缺陷但频繁抖动的节点信号．采取间隔或单点抑制等方式进行信号屏蔽，并提供告警抑制查询功能：对于影响设备正常远方监控功能的缺陷统一定性为紧急缺陷．或者监控员有权提升缺陷等级，并按照流程进行处理，紧急缺陷无法在规定时间内消除的，缺陷单位应向缺陷主管部门说明原因，并明确处理方案及时间．确保缺陷能及时、有效地闭环。

2.5  监控遥控操作的有效防误

    监控岗位除了电网的集中监控业务．还负责事故紧急状态的遥控操作、日常无功调节的遥调操作。当面对着大量的遥控、遥调操作时，不可避免地存在误操作的风险。

    遥控、遥调操作时，误操作的概率一方面来源于操作问隔是否已完成对点验证工作：另一方面来源于监控人员操作的可靠性。如主变压器档位遥调操作时误拉主变压器开关．遥控线路开关对点错其他间隔．误操作都将造成极其严重的后果，因此需在监控系统巾设置防误操作制度或技术措施，如采用正副值班分机分画面监护操作，增加监护人可减少误操作概率。如严格执行操作命令复诵和登记制度，增加操作人员警觉性  如将设备对点情况作为检测项加入遥控防误措施，从而杜绝未对点间隔操作的可能性等。

2.6监控智能辅助软件的有效应用

    现阶段的监控系统往往是单纯的故障信号告警窗显示，缺乏直观化、智能化的展示手段。事故状态下，在众多的电网运行数据或异常信号中，监控人员很难直接获取关键数据信息，而是需要进一步的确认或分析。为此可以开发一些基于监控数据的实用化应用软件．对异常数据或信息进行综合分析并予以直观展示．从而减少监控人员的分析判断时间。

    如基于PI数据的变电站无功在线监测，电网设备运行负载率告警等应用，通过这些辅助性的应用软件．可以实现关键数据的集中式显示，形象地向监控人员展示电网运行的状态．使监控人员及时发现异常情况。如智能化的故障告警软件，电网中fH现事故跳闸时．监控系统会自动推出故障画面，并结合事故信息，开关跳闸情况，可以自动生成故障综合分析结果．并在地理图上闪烁故障点．从而辅助监控人员在重大电网事故下的准确判断。

3组织管理模式的风险控制措施

3.1  加强员工责任到位

    日常“监盘”的安全风险主要在于信号的遗漏：当电网及其设备长时间处于正常运行状态，异常和故障是偶发情况，调控人员会警觉疲劳：当电网遭遇重大事故时．大量信号的瞬间呈现容易造成事故、告警等重要信号的遗漏。另外由于采取倒班制．夜班时由于通宵疲劳的缘故．容易出现信号监视的疏忽。

    为消除这类安全隐患．首先监控人员在“监盘”过程中要养成正确的信号确认习惯．尽可能地做到每条信号“不过日不确认”、“无把握不确认”，从而保证异常信号的不遗漏。另外值内也要做好责任到位制，每个时间段均保证1名“监盘”负责人．防止出现值内人员均以为其他人能及时监视的侥幸心理．最后．要有保证电网安全的高度责任心。对于任何设备异常．当汇报相关人员后，并不是万事大吉，应做好后续跟进工作

3.2  提升员工事故敏感性

    为便于运行监控人员快速掌握重要信息．监控系统已将信号进行了分层，包括事故信号、告警信号、告知信号等。当出现异常信号时，虽然系统已给出了大致的分类界定，但电网在不同的运行方式下，不同的外界环境条件下，这些笼统的定义并不可靠。在特殊情况下，一般的告警信号也极有可能是电网事故的导火索。

    监控人员在解读异常信号时，需及时掌握电网运行的薄弱环节．时刻保持对设备的敏感性，深刻理解电网是一个复杂、动态的大系统，任意一个设备的小扰动都有可能发展成一个事故，同时很多设备的严重异常甚至停役大多是动态的、缓慢的演变过程。因此在解读异常信号时，需要带着全局、动态的观点，思考这个异常是否有可能再发展，是否会影响设备的安全运行，甚至是否可能最终影响电网的可靠性。

    如在迎峰度夏特殊时期，设备更将面临高温、重负荷的考验，监控人员需重点关注下列相关信号：如风机故障、主变压器油温高、设备发热、主变过负荷、线路电流越限等。这些信号将直接关系着电网的可靠运行，当发现该类异常后，需做好后续及时跟进及汇报工作。

3.3提升电网监控管理协同工作

    电网监控运行涉及调度运行、二次管理、二次运行等部门，应按照国家电网公司加强监控设备管理实施方案，通过设备监控管理专职的设置，各部门应加强T作协同，共同做好设备监控管理相关工作的相互配合。

    开展集中监控业务许可工作，协同完成集中监控许可申请的接收、审核和批复等内容；开展监控运行分析和业务评价工作．协同完成监控运行分析、信息优化方案的提出、集巾监控业务评价等内容：开展监控缺陷闭环管理工作，协同完成监控系统告警信息的发现、统计、分析、处置、验收等内容：开展监控信息管理工作，协同完成监控信息规范的编制、审核、问题反馈等内容。

3.4完善监控信息优化整治制度

    信息接入后其优化和处理是一个长期和动态的过程．应建立监控业务评价指标体系，定期对监控业务开展量化评价，动态分析每月信号的构成以及数量变化，并采取切实可行的信号优化措施．提高监控效率。与此对应，联合相关部门成立信息整治小组，定期召开分析会议，对影响监控的疑难问题协调处理。

    对于发现的重要信号丢失问题，明确后及时上报、走消缺流程，并由相关部门对类似重要信号定期核查，预防信息漏报问题的发生。对于异常频发的信号．通过对信号的分析，寻找引发频报信号的缺陷并及时消除，尽量减少个别设备的问题对电网监控的影响。利用监控信息规范表，定期对监控信息进行梳理、整合，通过删减冗余信息、规范监控信息描述、增加重要设备故障预警信息等，让监控信号更为精确、有效，有利于监控人员的理解。

3.5完善事故应急预案制度

    根据天气变化及供电负荷的变化做好电力事故的预测工作，及时制定电网监控应急预案。因严重自然灾害引起电力设施大范围损坏、电网发生大面积事故等情况，电网监控应急进入预警状态．按照事故预案、保电方案，结合当时电网实际情况．采取切实可行的电网监控方案。

    从人员配置上，在特殊时期实行双轨值班，除正常值班人员外，安排一组加强值班随时后备。从监控职责内部值班做好工作职责分工，确保各个环节有人负责。从监控手段上，可以实现分区监控．减少海量信息的互相干扰。从监控系统可靠性上，安排相关变电站现场值班，防止通信中断的发生。

    应急机制的建立，可以确保发生大面积事故时．电网监控信息的畅通无阻。同时结合电网、气候特点．定期组织反事故演习，做到警钟长鸣，平日有备无患，用时能充分发挥其作用。由此形成长期化的工作机制，应急不再只是应对某一重大事件的集中反应，更是常态化的工作模式。

4面向地区电网的智能告警系统设计

    在电网实际运行过程中．由于电力网络的一体性．告警信息往往是围绕多个问题而群发性发生的。因此除了上文提到的技术、组织管理等多种举措外，还必须结合电网网架，把不同间隔甚至是跨变电站的告警信息进行归总，结合电网分析提供辅助决策，为调控人员展现最直接的告警信息。

    基于此．面向地区电网的综合智能告警系统是目前电网调度系统发展的迫切需求。本文对于智能告警系统的功能进行了框架设计，以满足海量监控系统下告警监控处理要求

4.1  系统目标

    目标1：智能告警分析一实时辨识不同告警信息，过滤伪告警，提供设备缺陷下的处理策略；实现集中监控电网设备越限比例，提供限额控制策略：开展设备故障计算分析，评估设备停役的风险。

    目标2：在线事故分析  处理出力设备故障时的一次和二次信息，智能定位故障位置；针对电网不同事故类型，提供故障隔离措施和停电区域恢复供电措施目标3：离线事故分析。根据不同假想事故类型，自动生成停电预案与措施：生动、可视化地回放事故的全过程。

4.2硬件体系架构

    该系统可建议位于安全三区，从EMS获取模型、图形和实时数据，从保信系统获取事故简报信息，其硬件结构大致如图3所示。

    数据接口层：负责同外部系统或者应用人员之间的实时数据接口，包括EMS系统、保信系统和电网方检修计划专职的数据交互。

    计算模块层：基于数据接口层的不同实时数据，开展智能电网告警和分析计算。

    功能模块层：基于上层各种分析结果，加以综合、智能的归纳和提炼，为终端用户进行决策展示。

    客户端：提供全方位的可视化界面和报表界面。

4.4  智能告警关键技术

    EMS系统提供的原始告警消息达有70多种．包括电网的一次、二次告警信息和EMS自身的告警信息一针对调度和监控人员的应用需求．通过设计出详细告警规则．建立适应实际电网的遥信告警信息专家规则。通过告警专家规则，实现对原始告警信息进行在线的智能告警分析．生成智能告警结论。

    规则示例1：对于二次遥信告警，建立全新的智能告警方式，根据自动化规范定级别。将同一个遥信发生的同类型告警复归消息合并．新建同一遥信号发生的同类型告警动作信息。如果该告警信号为重要异常告警时，则假设告警遥信对应的设备发生故障．立即进行实时风险评估．定义风险等级。

    规则示例2：设备发生重要异常告警时，以异常设备为对象的触发一次故障分析，并按照《国家电网公司安全事故调查规程》和《国务院第599号令》定义后果分析。通过潮流分析计算与状态评估综合算法，实施风险评估快速计算．实时为调度人员和监控人员提供决策参考和解决措施。

5结语

结合国家电网公司“大运行”建设体系下电网集中监控的发展趋势．本文阐述了新体系下电网集中监控面临的巨大安全风险．并从分散到集中的海量信息问题出发．探讨如何建立高效的自动化支持系统，从信号显示应用层面进行技术性的风险防御，在不影响安全的情况下采取适当的措施精简海量的信号、凸显重要异常信号、增加多手段显示等。制定合理的组织管理措施，加强员工责任、提升员工事故敏感性、坚持信号问题定期自查等，尽可能地控制潜在安全风险，有效应对灾害性天气、重大电网事故等特殊时期的严峻考验，从而发挥集中监控的优势，确保电网的安全可靠运行。

6摘要：结合国家电网公司“大运行”建设体系下电网集中监控的发展趋势，阐述了新体系下电网集中监控面临的潜在安全风险，并从分散到集中的海量信息问题出发，探讨如何建立高效的监控信息支持系统，制定合理的组织管理措施，尽可能地控制潜在的安全风险，有效地应对灾害性天气、重大电网事故等特殊时期的严峻考验，从而发挥集中监控的优势，确保电网的安全可靠运行。