基于物聯(lián)網(wǎng)的智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

陳士龍+陳浩

摘 要：針對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控中數(shù)據(jù)采集參數(shù)多、數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)多、數(shù)據(jù)處理干擾大的問題，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種智能變電站設(shè)備實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)分為傳感網(wǎng)監(jiān)控、智能集控管理和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)交互三部分，實(shí)現(xiàn)了對(duì)智能變電站運(yùn)行溫度、設(shè)備絕緣、氣體微水密度等信息的采集、傳輸、處理和訪問。試驗(yàn)測(cè)試表明，采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的智能化。

關(guān)鍵詞：智能變電站；在線監(jiān)控；物聯(lián)網(wǎng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.103

1 引言

融合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和普通變電站設(shè)備的智能變電站的設(shè)備監(jiān)測(cè)、控制及智能故障診斷研究是近幾年的熱點(diǎn)，主要是利用專用軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)智能變電站內(nèi)設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、設(shè)備狀態(tài)的綜合診斷與評(píng)估。由于智能變電站內(nèi)設(shè)備數(shù)量較多、運(yùn)行環(huán)境較復(fù)雜、數(shù)據(jù)傳輸干擾大，在對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控時(shí)往往會(huì)發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集困難、傳送距離短、數(shù)據(jù)失真較嚴(yán)重等諸多問題，這成為制約智能變電站全站信息數(shù)字化的障礙。論文通過分析對(duì)比當(dāng)前變電站監(jiān)控的諸多方法，提出基于物聯(lián)網(wǎng)的智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證該系統(tǒng)的監(jiān)控性能。

2 變電站在線監(jiān)控方法

對(duì)智能變電站在線監(jiān)控系統(tǒng)的要求包括能夠在不影響設(shè)備正常運(yùn)行的條件下，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，通過有效的數(shù)據(jù)傳送和處理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)訪問及對(duì)設(shè)備故障的及時(shí)診斷、潛在故障的預(yù)警與處理等。目前，變電站在線監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用主要有以下幾種形式。

2.1 針對(duì)某一參量的就地監(jiān)控系統(tǒng)

這種監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)變電站中的變壓器的溫度、斷路器的機(jī)械特性、氣體的微水密度等具體參量進(jìn)行獨(dú)立的監(jiān)控及分析，系統(tǒng)安裝在現(xiàn)場(chǎng)，需在現(xiàn)場(chǎng)就地查看和檢查信息，由于監(jiān)控系統(tǒng)廠家、分析軟件沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，呈現(xiàn)多樣化，使用時(shí)配合協(xié)調(diào)工作量大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到智能化變電站的要求。

2.2 針對(duì)多個(gè)參量的獨(dú)立在線監(jiān)控系統(tǒng)

這種監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)廠家在被監(jiān)控設(shè)備上安裝系統(tǒng)監(jiān)控單元，通過系統(tǒng)通信單元將數(shù)據(jù)傳動(dòng)到系統(tǒng)后臺(tái)，這種監(jiān)控系統(tǒng)信息共享程度低，在線監(jiān)控系統(tǒng)廠家與一次設(shè)備廠家完全脫離，無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息共享。另一種形式是設(shè)備制造廠家自己研制監(jiān)控系統(tǒng)，并將系統(tǒng)監(jiān)控單元內(nèi)置于設(shè)備中，但價(jià)格昂貴，且設(shè)備維護(hù)工作量大，存在安全隱患。

2.3 綜合多個(gè)變量的分層分布式在線監(jiān)控系統(tǒng)

這種監(jiān)控系統(tǒng)綜合運(yùn)用先進(jìn)傳感器技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了電氣設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)信息采集的就地?cái)?shù)字化和智能化，并可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送與處理，這種系統(tǒng)包含有數(shù)據(jù)管理和專家診斷系統(tǒng)，智能化程度較高，但對(duì)多傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程精確傳送方面的還略顯不足。

總起來(lái)說(shuō)，目前采用的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的信息共享程度較低，數(shù)據(jù)的處理、傳送及評(píng)估的依據(jù)比較單一，這些都不利于對(duì)設(shè)備的綜合診斷及對(duì)變電站的智能監(jiān)控。因此，需要設(shè)計(jì)一種具備“智能監(jiān)測(cè)、智能判斷、智能管理”功能的監(jiān)控系統(tǒng)。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能變電站的在線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建傳感網(wǎng)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，在傳感網(wǎng)測(cè)控平臺(tái)基礎(chǔ)上建立智能集控管理與數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)交互系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)給排水、設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)、SF6泄露監(jiān)測(cè)、圖像監(jiān)視及報(bào)警避雷器絕緣等的智能監(jiān)控功能。因此，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)交互、智能集控管理和傳感器監(jiān)控等三個(gè)部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 各部分功能

3.2.1 傳感網(wǎng)監(jiān)控功能

傳感網(wǎng)監(jiān)控包括對(duì)變電站內(nèi)給排水、設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)、SF6泄露監(jiān)測(cè)、圖像監(jiān)視及報(bào)警避雷器絕緣等的智能監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)部電纜溝水位、變壓器油溫、運(yùn)行溫度、電纜偷溫度、SF6壓力微水密度及避雷器泄露電流等數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)采集中考慮設(shè)備工作在高溫、高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境，在傳感器安裝與數(shù)據(jù)傳輸上抗干擾設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，系統(tǒng)通過軟件進(jìn)行分析設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能。

3.2.2 智能集控管理功能

智能集控管理實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感網(wǎng)監(jiān)控單元上傳的數(shù)據(jù)的處理，依據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果向傳感網(wǎng)監(jiān)控單元發(fā)送控制信號(hào)調(diào)節(jié)設(shè)備工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常情況進(jìn)行通知并記錄，保存設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過GPRS上傳數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)當(dāng)設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，智能監(jiān)控主機(jī)通過GPRS及時(shí)將異常狀況信息及位置信息以短信模式下發(fā)給工作人員，為工作人員及時(shí)掌握和處理現(xiàn)場(chǎng)異常狀況提供幫助。

3.2.3 數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)交互功能

數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)交互由網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)和客戶機(jī)組成，接受智能集控管理單元上傳的數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫(kù)。電站用戶可以通過瀏覽器使用http協(xié)議訪問網(wǎng)站獲取變電站電站工作信息。用戶還可通過手機(jī)APP或微信公眾號(hào)等形式獲取電站數(shù)據(jù)，這兩種方式只要能連上網(wǎng)絡(luò)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站電站的訪問。

3.2.4 其他功能

通過系統(tǒng)的圖像監(jiān)視功能還可實(shí)現(xiàn)站內(nèi)檢修維護(hù)工作的智能認(rèn)真和巡檢工作的智能監(jiān)督，能自動(dòng)分析操作票，確認(rèn)操作對(duì)象，自動(dòng)圖像識(shí)別檢修過程，自動(dòng)完成巡檢詳細(xì)采集、報(bào)表生成和填表引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)督。

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1 硬件單機(jī)測(cè)試

對(duì)傳感網(wǎng)監(jiān)控單元進(jìn)行硬件調(diào)試之前，必須對(duì)各功能模塊PCB板進(jìn)行一些檢查，包括PCB板的虛焊和焊接短路情況、錯(cuò)焊和漏焊情況、集成電路模塊引腳功能測(cè)試、通電測(cè)試等，保證PCB板工作正常。

4.2 ZigBee傳感網(wǎng)單元功能測(cè)試

ZigBee傳感網(wǎng)單元可實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的油溫和繞組溫度、環(huán)境溫濕度、SF6微水密度信息、電纜溝水位以及避雷器泄露電流等參數(shù)的監(jiān)測(cè)，并通過ZigBee網(wǎng)關(guān)發(fā)送通過串口發(fā)送至上位機(jī)。因此使用串口調(diào)試助手查看ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)是否正確。經(jīng)過測(cè)試得到如表1所示結(jié)果。

4.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互測(cè)試

如圖2為監(jiān)控的主界面，主界面顯示了當(dāng)前日期和時(shí)間、溫度監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、濕度監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、SF6氣體監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、電纜溝水位監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)及避雷器泄露電流監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)等。指示燈為紅色表示告警，綠色表示正常運(yùn)行。

通過實(shí)際測(cè)試應(yīng)用可以看出，變電站在線遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)傳送可靠精確、數(shù)據(jù)訪問快速有效，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的智能化。

5 結(jié)語(yǔ)

智能變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)從每一個(gè)設(shè)備的監(jiān)控到整個(gè)變電站設(shè)備監(jiān)控的數(shù)據(jù)的采集、融合、處理、傳送，從變電站運(yùn)行整體進(jìn)行分析、比較，實(shí)現(xiàn)了智能監(jiān)控、智能分析、智能診斷，將傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控從孤立、參考性系統(tǒng)發(fā)展為智能、網(wǎng)絡(luò)、全局的綜合監(jiān)控、分析診斷和服務(wù)管理系統(tǒng)，為真正實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修提供技術(shù)支撐， 對(duì)于提高智能變電站運(yùn)行、維護(hù)的經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

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