Energinet 如何使用 Grafana Enterprise 监控海底电缆并解开谜团

在丹麦周边的水域中，存在着各自独立但同样重要的系统：负责将电力传输到其他国家/地区的电缆，以及货船、油轮、本地和外国渔船等各种船只……它们偶尔会用锚和渔具损坏电缆。在丹麦国家电力传输系统运营商 Energinet，有一个团队致力于确保一切顺利运行。有时，他们会扮演侦探来调查电缆故障以及导致故障的原因或对象。这就是他们如何找到合适的工具来完成这项工作的故事。[咚咚声]

Energinet 是由丹麦气候、能源和公用事业部所有的独立公共企业。公司维护着贯穿北海、波罗的海以及丹麦、瑞典和挪威之间的海峡——斯卡格拉克海峡的高压变电站和电缆。电缆还连接德国和荷兰；一条长达 750 公里（超过 460 英里）通往英国的电缆正在建设中。公司的主要目的是维护国家能源供应安全，整合更多可再生能源，并确保市场对电网的平等准入。

处理海底电缆面临着独特的挑战，因为一切都必须进行远程监控。因此，掌握数据以确保一切正常运行对于 Energinet 的资产应急团队至关重要，这既包括了解问题，也包括知晓问题的原因。毕竟，如果任何系统发生故障，公司的收入也会随之下降。Energinet 资产应急部门的电气工程师 Henrik Roland Hansen 表示：“我们非常重视保护我们的资产，并在有人损坏电缆时提供证据。”“维修不仅花费巨大，还意味着收入损失。”

Hansen 所在的团队负责管理和纠正系统故障，并尽量缩短停电时间。自 2022 年初以来，一个监控工具帮助 Energinet 实现了这一目标：Grafana Enterprise。

Hansen 解释说：“Grafana 帮助我们以比以往更快、更流畅的方式深入了解数据。” 他补充说，能够根据公司的具体需求设置警报和独特的监控解决方案——例如包含地图的仪表盘，或直接来自电缆、高压变电站和组件的指标、日志和追踪——“拉近了我们与设备的距离。现在，有了 Grafana，我们发现自己在数字化方面比过去任何时候都做得更好。”

有限的工具箱

回到 2010 年，当 Hansen 担任电缆资产管理团队的团队负责人时，他意识到公司在电缆故障方面的知识存在一些空白。部分原因是他所谓的团队可用的“有限的工具箱”。当时，他们使用远程桌面和/或基于网络的应用程序来访问 OT 设备和 SCADA（监控控制与数据采集）系统的人机界面 (HMI)，进行报告和分析的可能性有限。

了解船只相对于电缆的位置也是其团队工作的重要组成部分。如果船只驶入电缆保护区，损坏的风险就会增加。如果电缆损坏，能够查看附近有哪些船只可以帮助找到肇事者。自动识别系统 (AIS) 监控——一种用于跟踪船只位置的短程沿海跟踪系统——的市场当时很有限，因此 Hansen 尝试使用 Google Earth 和 Delphi 软件开发内部解决方案。然而，Google 的专有限制使其无法实现。他与 Energinet 的 WebGis 部门开发了一个新解决方案，但它不够可扩展。“我们从丹麦船只监控中生成的数据量非常庞大，以至于我们当时使用的网络 GIS 解决方案崩溃了，而且速度太慢，”他说。

作为对高压变电站事件和模拟数据进行一般监控的快速修复方案，Hansen 的团队使用 Excel 从 SCADA 系统收集数据，但这也不是一个完美的解决方案（用户界面也不理想）。最大的问题之一是什么？“我们无法集中数据，”Hansen 回忆道，“所以电子表格只能收集 SCADA 系统的数据。” 而且该系统本身也有限制，导致团队无法在同一个表格或曲线上监控来自多个组件或变电站的数据。可用的表格和图表也不多，团队无法即时构建特定的仪表盘。“我们需要 SCADA 工程师来开发仪表盘，这太徒劳了。”

最重要的是，他们的 Excel “仪表盘”并非活文档，因此 Hansen 说实施版本更改并在团队成员之间共享是“不可能的”和“一场噩梦”。他回忆道，其中一点是“不同同事进行的相同聚合可能会产生不同的结果”。每次有人进行更改时，都需要重新共享电子表格，以确保团队中的其他 30 人拥有最新的信息。“这太糟糕了，”Hansen 说。“我们真的需要一种托管的、集中的方法来处理我们的数据。”

寻找解决方案

Hansen 的经理向他介绍了 Grafana，他的经理一直在一个家庭自动化项目中使用 Grafana，然后 Hansen 也开始使用Grafana OSS来可视化他自己的家庭自动化。“你会越来越喜欢 Grafana，”他说。“我爱上了它。”

考虑到 Energinet 在集中数据和分析方面遇到的问题，他决定在公司的一台本地服务器上试用 Grafana，在那里他可以连接到 SCADA 历史数据库和其他系统。“我们的同事们最大的‘顿悟’时刻之一是他们意识到无需自己在 Excel 电子表格中设置曲线或表格，”Hansen 回忆道。“选择时间段和过滤数据也容易得多。现在我们可以对我们的 SCADA 历史数据进行特定的聚合 SQL 查询，而无需创建特殊版本的 Excel 文档。”

然而，在完全决定采用 Grafana 之前，Hansen 的团队尝试了其他解决方案，包括 Microsoft Power BI。他解释说：“没有多少同事有时间或知识来设计自己的 Power BI 报告。”“而且许多其他限制因素使得 Power BI 不是处理时间序列数据和工程分析的最合适工具。”

出于几个原因，Grafana 迅速成为 Energinet 的显而易见的选择。首先，Hansen 说，“它更容易设置，而且直观得多。” 团队成员也不需要任何特殊培训或专业知识就能使用它。这尤其有用，因为 Energinet 使用 InfluxDB 进行某些类型的监控（船只、压力、雷击等），而在 Grafana 中查询不需要 SQL 知识。“他们只需按几个按钮，看到一些下拉菜单，然后就可以选择一个，”Hansen 说。“人们真的想使用它。”（他补充说，这包括那些“老派技术人员”。）

新系统也减少了查询时间。

以前，我们部门的人，例如，可能需要半小时到几个小时才能完成一个查询并用数据创建图表，具体取决于所需信息的复杂程度。现在，有了 Grafana，我们只需加载仪表盘，然后加载数据。即使我们还没有合适的仪表盘，也只需几分钟就可以设置新的仪表盘，实现他们所需的可视化隔离。

Henrik Roland Hansen，Energinet 资产应急部门电气工程师

更新和复制电子表格与他人共享的日子一去不复返了，也不再浪费时间创建与现有报告无意中相似的报告。能够访问实时数据——并使用标准化的仪表盘和趋势警报——确保了报告的质量更好。“当报告质量差时，可能会做出错误的决定。无法获取任何信息可能导致数百万欧元的损失，以及环境或声誉损害。”

Energinet 使用 Grafana 的好处还在继续。“Grafana 可以让团队之间快速共享仪表盘，支持许多不同的数据库，并且能够进行实时流处理，”他说。“Grafana 甚至允许我们快速设计和部署工程工具的特殊可视化，比如 Duval Triangle。”

Hansen 说，多亏了 Grafana 的警报功能，他的团队能够更好地在问题演变成重大故障之前检测并控制情况。他回忆说：“我们发现石油电缆泄漏是因为我们在 Grafana 中看到油箱液位下降很快。”他补充说，在某个案例中，“我们实际上在一个电缆系统发生短路之前就阻止了泄漏，从而最大限度地减少了对海洋的石油污染。” 如果他们还在使用电子表格，这是绝对不可能的。“你无法在电子表格中设置警报，”他指出。

仪表盘和侦探工作

在 Grafana 仪表盘中，Energinet 监控来自约 10 到 15 个不同来源的数据，包括 SCADA、丹麦气象研究所（用于架空线路的雷击）、AIS 船只监控以及一家测量 Energinet 变压器和电抗器内部含量的承包商。仪表盘还包含针对高压开关设备泄漏等特殊指标的警报。“其强大之处在于，现在我们在一个集中管理的平台上即可获得运营、资产状况和风险管理所需的所有数据，而不是数百个分散平台，”Hansen 说。他指出，用他们测试过的其他一些解决方案是绝对不可能做到的。他还意识到 Grafana 正在改进他团队的工作方式。“它确实帮助我们更好地分析和深入研究从控制系统中所需的电气信息。”

将所有数据集中在一起也意味着 Energinet 在避免问题方面可以更加积极主动。“我们发现一些趋势正在趋向于故障，我们可以在它们演变成重大事故之前阻止或处理它们，”Hansen 说。“我们还更好地管理因密集捕鱼而脆弱的电缆风险，并在潜在抛锚船只可能收起锚并损坏电缆之前找到它们，而修复电缆可能需要一到六个月的时间。”

使用 Grafana 仪表盘的另一个好处是能够在一个地方比较数据并获得重要——甚至即时——的洞察。例如，Hansen 的团队可以测量 SCADA 系统中的电压，并将其与 SAP 数据（资产、维护、变电站读数等）结合起来，并在发生计划内或计划外停电的地方进行注释。他说：“这使得人们更容易理解为什么系统会发生停电。”

Grafana 的地图面板是 Hansen 在 Energinet 仪表盘中最喜欢的功能之一。他说：“这非常适合我们想要做的事情。”“我构建了一个显示电缆和保护区的面板。”当 Energinet 收到电缆故障警报（也在仪表盘中）时，Hansen 的团队就开始了他们的侦探工作。通过分析他们使用 Grafana 监控的数据，他们可以确定故障是由内部原因引起，还是由第三方造成的损坏。这通常发生在船只用锚或渔具撞击电缆时。

“有时我们无法立即获得信息，因此我们必须结合大量信息来获取特定船只对电缆造成损坏的证据，”Hansen 说。他的团队可以精确确定船只的位置，并将其与有关某个位置的历史数据进行交叉引用。（如果它仍然在电缆区内抛锚，那也很好知道：“我们可以最大限度地降低它带着锚起航并拉断电缆的风险。”）

Hansen 回忆起 2022 年 2 月发生的一起特定事件，当时他的老板一天早上打电话给他，让他检查在故障发生时是否有船只靠近连接瑞典和博恩霍尔姆岛的电缆。Hansen 迅速登录 Grafana 查看情况。“我总是把我的仪表盘设置好，这样我就可以看到所有的船只交通，”他说。“我查看数据，结合历史数据，我看到一艘船大约经过其中一根电缆 200 米。我说，‘就是这家伙。’” 不久之后，Hansen 接到当局的电话，询问他在监控中是否看到了什么，因为他们也在寻找肇事者。“他告诉我那是一艘来自荷兰的船，但我看到它是来自另一个国家的船。我把船只的海洋移动业务识别码 (MMSI) 给了他，然后我们挂断了电话。” 几个小时后，当局带着船只的照片回到了 Energinet。“他们正在收起锚，锚在撞击电缆后弯曲，并沿海底拖行。幸运的是，他没有撞到其他东西——至少据我们所知是这样。”

多年来，Hansen 的团队已经能够抓获几艘拖锚船和渔船，它们撞击并损坏了电缆。肇事者已被认定负有责任，并不得不支付数百万欧元的损害赔偿金。

但 Energinet 不仅关注水上和水下发生的事情。公司可以使用 Grafana 来查明其自身控制室中的问题，操作员在必要时会增加系统中电抗器的电压。Hansen 解释说：“有些人可能不擅长控制电压，所以他们会频繁切换或者切换不足。”

“你实际上可以看到，有一个人切换得很频繁，而其他人则不频繁。” 这不仅仅是归咎于谁，而是引发了诸如“他为什么这样做？是不是训练不足？”等问题。因此，公司可以提高员工绩效。

由于 Grafana 非常易于使用，Hansen 团队中的任何人都可以参与监控。“如果我不在工作，其他人也可以查找信息，甚至可以设置新的仪表盘——这非常容易。”

额外的好处

自采用 Grafana 作为监控工具以来，Hansen 的团队提高了规划能力。现在他们可以规划停电，或跟踪海上平台油箱中的汽油量。他说：“我们运营着风力涡轮机海上平台，所以当失去与陆地的连接时，我们需要启动发电机。” 如果发电机用完了所有汽油，他们就必须派船出去——这可能是一项复杂的任务。他解释说：“我们现在可以根据天气进行更精确的计划，因为有时由于大浪，无法在海上变压器平台上拉出软管甚至油箱。”

Grafana 警报甚至有助于 Energinet 最大限度地减少对环境的影响。在一个正在进行的项目中，公司正在安装 2400 个传感器来监控其断路器上的泄漏率，以最大限度地减少用于绝缘断路器高压的 SF6 气体泄漏量。六氟化硫 (SF6) 是一种极其强效和持久的温室气体。

理想的匹配

Hansen 说，多年来，Grafana 作为一款产品变得“越来越好”，并支持着 Energinet 越来越多的需求。同时，他与 Grafana 团队和社区的互动一直非常积极且富有成效。他说：“我在 Grafana 的 OSS 版本中发现的故障，社区响应并解决得非常快。”“在我们有需要的时候，Grafana Labs 一直支持着我们。”

对 Hansen 而言，Grafana 的另一个巨大额外好处是它是开源软件并且具有可扩展性——这是其他监控解决方案无法提供的两个特点。

当您从特定公司购买专有系统时，您无法自己进行修改。但凭借 Grafana 的开放性和可组合性，如果我们要监控新的东西，我们可以轻松地设置一个新的仪表盘并立即开始。

Henrik Roland Hansen，Energinet 资产应急部门电气工程师

展望未来

展望未来，他预计将有更多 Energinet 团队采用 Grafana。“我与电力和天然气 TSO（传输系统运营商）部门的同事们进行了讨论，当他们看到 Grafana 时，他们说，‘这正是我们缺少的工具。’”

当 Energinet 实施 Grafana 时，大约有 30 人使用它。目前，公司共有约 120 名用户，分布在资产运营、系统运营和自动化部门。Hansen 预计这个数字将增长到 250 或 300。“甚至我们的控制中心人员也在使用 Grafana 查看历史数据库中的系统警报。”

这种增长促使公司转向使用 Grafana Enterprise，这将成为 Energinet 最近成立的资产健康中心的一部分，该中心将负责监控非关键警报、指标、趋势和数据质量，以最大限度地减少停电，管理已达到生命周期末期的资产风险等。Hansen 表示，公司还希望探索 Grafana 内置的报告工具，用于其绩效报告。

他永远不想想象的一件事是没有了 Grafana，又回到了电子表格的日子：“我的同事和我都会哭。”