輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究及應(yīng)用探討

董文茹 曹保國 紀(jì)紅霞

摘 要：隨著電力維修技術(shù)的進(jìn)步，輸變電設(shè)備的故障診斷技術(shù)也在快速地發(fā)展。如果在多設(shè)備監(jiān)測(cè)過程中利用分立的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，就會(huì)使系統(tǒng)功能的構(gòu)建更加復(fù)雜，因此必須探究科學(xué)的系統(tǒng)開發(fā)手段，實(shí)現(xiàn)變電站關(guān)鍵電力設(shè)備絕緣綜合的在線監(jiān)測(cè)。本文結(jié)合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，論述了監(jiān)測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：輸變電設(shè)備；在線監(jiān)測(cè)；研究應(yīng)用

輸變電設(shè)備監(jiān)測(cè)由預(yù)防性監(jiān)測(cè)逐漸向狀態(tài)監(jiān)測(cè)過渡，由故障后維修逐漸向預(yù)測(cè)性維修過渡，兩者都必須建立在大型電力設(shè)備連續(xù)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上[1]。輸變電設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)最初借助于單片機(jī)，后來逐漸發(fā)展至計(jì)算機(jī)技術(shù)的監(jiān)測(cè)，現(xiàn)已逐漸向總線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)在線綜合監(jiān)測(cè)，同時(shí)信號(hào)采集技術(shù)、PXI測(cè)控總線技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用。目前，輸變電設(shè)備的監(jiān)測(cè)必須向高度集成的方向發(fā)展，在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)站內(nèi)輸變電設(shè)備的監(jiān)測(cè)和故障診斷。本文基于PXI總線技術(shù)論述了輸變電設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)。

1 輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

1.1 在線監(jiān)測(cè)需求分析

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的終端為主控機(jī)，主要監(jiān)測(cè)的對(duì)象為發(fā)電機(jī)、GIS、電力變壓器、電力電纜、高壓斷路器、避雷器和電力電容器等，這些監(jiān)測(cè)對(duì)象通過傳感器與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中包含前置機(jī)、PXI測(cè)控單元等，再與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主控機(jī)相連[2]。

在對(duì)變壓器、GIS和電力電纜等監(jiān)測(cè)的過程中，必須保證設(shè)備的工作狀態(tài)信號(hào)有較高的采樣率，因此可以在系統(tǒng)中加入高速數(shù)據(jù)采集卡和高速示波器，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的采集。電纜箱高頻信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)理單元，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)對(duì)象與調(diào)理單元的對(duì)應(yīng)，最后將PXI測(cè)控單元結(jié)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的巡檢切換，保證監(jiān)測(cè)設(shè)備即插即用。

針對(duì)輸變電設(shè)備的絕緣電阻和泄露電流值的監(jiān)測(cè)，可以充分考慮傳感器耦合的直流信號(hào)、交流工頻信號(hào)，而在這個(gè)過程中，非電量信號(hào)的采集并不需要對(duì)采樣率提出較高的要求，因此可以利用嵌入式前置智能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行采集。嵌入式智能單元的主要功能是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，利用總線將信號(hào)接入PXI測(cè)控機(jī)中的串口，利用串行通訊的方法保證數(shù)據(jù)可靠上傳。

1.2 PXI總線前置機(jī)應(yīng)用

PXI前置機(jī)系統(tǒng)包括PXI機(jī)箱、接口模塊和硬件采集模塊。不同的PXI系統(tǒng)通過對(duì)電力設(shè)備絕緣參量的采集和計(jì)算，將其儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫中，保證監(jiān)控站系統(tǒng)可以獲得最精確的絕緣狀態(tài)信息，從而提高絕緣數(shù)據(jù)的有效性。在PXI機(jī)箱上安裝相應(yīng)的接口模塊，將硬件系統(tǒng)集成在PXI總線上。在任務(wù)規(guī)劃過程中，要充分考慮不同絕緣狀態(tài)的模擬信號(hào)可能會(huì)在傳輸過程中受到干擾，因此一般將PXI系統(tǒng)就近監(jiān)測(cè)。

1.3 監(jiān)測(cè)主控機(jī)應(yīng)用

監(jiān)測(cè)主控機(jī)系統(tǒng)主要包含中央計(jì)算機(jī)、GPS衛(wèi)星時(shí)鐘和多種輔助設(shè)備，主要目的是展示出電力設(shè)備絕緣狀態(tài)參量的特征值，并且可以實(shí)現(xiàn)歷史查詢，便于用戶獲得繪制相應(yīng)的圖形數(shù)據(jù)。監(jiān)控站系統(tǒng)在獲得更新的數(shù)據(jù)后，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)的報(bào)警閥值對(duì)設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，如果有參量數(shù)據(jù)高于報(bào)警閥值，監(jiān)控站系統(tǒng)將發(fā)出告警信號(hào)。同時(shí)監(jiān)控站系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的查詢，繪制出參量數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，此外還可以利用網(wǎng)絡(luò)通信改變信號(hào)采集的方式，從而提高在線監(jiān)測(cè)的有效性[3]。

2 軟件監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

在PXI總線技術(shù)的基礎(chǔ)上，輸變電設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)需要實(shí)現(xiàn)硬件集成，保證在線監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠即插即用，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)參數(shù)測(cè)量模塊的軟件集成。由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件功能的不同，一般將軟件系統(tǒng)分為PXI前置機(jī)、主控機(jī)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)3個(gè)部分。在軟件開發(fā)過程中，在集成的同時(shí)應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)化和可擴(kuò)展性，滿足操作簡單的需求。在對(duì)輸變電設(shè)備監(jiān)測(cè)對(duì)象模型和子系統(tǒng)分析的同時(shí)，利用XML格式存儲(chǔ)各種不同的數(shù)據(jù)加載信息。在監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，使用MVC設(shè)計(jì)模式，對(duì)子系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行合理的配置和修改，完善子系統(tǒng)即插即用功能。在設(shè)計(jì)過程中必須重視設(shè)備連續(xù)監(jiān)測(cè)的控制沖突問題，便于對(duì)輸變電設(shè)備的多個(gè)特征參量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。

協(xié)調(diào)主控機(jī)和前置機(jī)的管理和控制，保證主控模塊即插即用。根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的訪問頻率，可以進(jìn)一步將數(shù)據(jù)庫細(xì)化，主要包含靜態(tài)系統(tǒng)信息庫、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)配置庫。在分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，集成基本功能，保證數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)框架的科學(xué)合理，提高數(shù)據(jù)信息交互的有效性，完成歷史數(shù)據(jù)查詢和報(bào)表制作工作。集成系統(tǒng)可以共享局部統(tǒng)計(jì)參量，可以實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)參量之間的交互和管理[4]。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用智能監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的PXI總線和主控機(jī)，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)監(jiān)測(cè)主控機(jī)對(duì)多個(gè)前置機(jī)的管理。輸變電設(shè)備的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遵循結(jié)構(gòu)化和可擴(kuò)展性，具有操作簡單的特點(diǎn)，結(jié)合子系統(tǒng)不同的功能，將其分為PXI前置監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)、主控監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

輸變電設(shè)備的智能監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)同串行總線實(shí)現(xiàn)通訊，在PXI監(jiān)測(cè)單元中一一對(duì)應(yīng)。監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)提取出數(shù)據(jù)信息，將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)字采集卡和相關(guān)的串口操作進(jìn)行封裝，利用軟件系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)分析模塊對(duì)原始數(shù)據(jù)濾波后封裝。在系統(tǒng)應(yīng)用過程中，將定時(shí)巡檢方法和手動(dòng)檢測(cè)方法相結(jié)合，解決在以往連續(xù)監(jiān)測(cè)中的沖突問題，并利用一臺(tái)監(jiān)控站系統(tǒng)對(duì)多臺(tái)PXI子系統(tǒng)進(jìn)行管理。

4 結(jié)束語

隨著輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)和診斷方法的進(jìn)步，PXI總線開發(fā)技術(shù)在電力領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。基于PXI總線開發(fā)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將輸變電設(shè)備的數(shù)據(jù)信息集成起來，這一技術(shù)在電力系統(tǒng)設(shè)備安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：國網(wǎng)山東省電力公司巨野縣供電公司）