變電運維班集中監(jiān)控技術(shù)手段建設(shè)模式對比

文/周耀輝　沈延峰　李永　覃巍　倪鳴

1　實施背景

完成“三集五大”體系建設(shè)后，變電站實行無人值守集中監(jiān)控，調(diào)控中心的監(jiān)控員負責(zé)無人值守變電站的集中監(jiān)控和斷路器遙控操作，運檢部的變電運維班按照地域劃分負責(zé)無人值守變電站的定期巡視、倒閘操作、工作票許可和異常信號處置等業(yè)務(wù)。為解決運維班無法全面監(jiān)視管轄變電站信息的問題，縮短異常信號處置時間，提高運維工作效率，需采用適當手段支撐運維班駐地對變電站主、輔設(shè)備信息進行遠程集中監(jiān)控。

2　各種模式的基本架構(gòu)及實現(xiàn)方式

結(jié)合目前的調(diào)度自動化系統(tǒng)建設(shè)實際情況，實現(xiàn)變電運維駐地遠程集中監(jiān)控的技術(shù)手段主要有調(diào)度端Web瀏覽模式、調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)Ⅲ區(qū)工作站模式、變電站后臺遠程終端模式、變電站后臺KVM模式以及自建系統(tǒng)五種模式，下面針對每種模式的實現(xiàn)方式以及功能差異進行綜合分析對比。

2.1　調(diào)度端Web瀏覽模式

目前調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)集成了變電站主設(shè)備的運行監(jiān)控信息、保護信息等電力運行數(shù)據(jù)。調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)提供Web瀏覽功能，將調(diào)度端的部分監(jiān)控信息（Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)）經(jīng)正向物理隔離裝置跨區(qū)發(fā)布至系統(tǒng)Web服務(wù)器（Ⅲ區(qū)），可直接通過變電站內(nèi)Ⅳ區(qū)辦公網(wǎng)絡(luò)計算機登錄調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)Web服務(wù)器提供的瀏覽服務(wù)界面查看運行監(jiān)控信息。Ⅳ區(qū)辦公網(wǎng)絡(luò)已覆蓋至所有變電站，在各運維班能夠?qū)崿F(xiàn)Web瀏覽。可以查看主接線圖畫面、查詢歷史報警和歷史曲線，不具備實時告警窗和責(zé)任區(qū)分流功能。

2.2　調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)Ⅲ區(qū)工作站模式

將經(jīng)過正向隔離后的調(diào)控自動化系統(tǒng)Ⅲ區(qū)網(wǎng)絡(luò)通過專用光纖網(wǎng)絡(luò)或通信傳輸網(wǎng)提供的10M專網(wǎng)延伸至運維站，在運維站部署調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的Ⅲ區(qū)工作站，該Ⅲ區(qū)工作站除不具備遙控功能外，其余功能與調(diào)度監(jiān)控Ⅰ區(qū)工作站一致。

2.3　變電站后臺機遠程終端模式

遠程終端模式是指將變電站監(jiān)控系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡(luò)通過專用光纖網(wǎng)絡(luò)點對點延伸至運維班駐點、在運維班駐點部署變電站后臺機的模式。將運維班管轄變電站的監(jiān)控系統(tǒng)后臺機逐一延伸至運維班駐點，實現(xiàn)多臺監(jiān)控系統(tǒng)后臺機分別對變電站信息的遠方監(jiān)控，單臺后臺機功能與對應(yīng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)后臺機一致，如運維班管轄變電站數(shù)量較多，需后臺機遠程終端集中組屏布置，采用KVM分配器輪詢顯示各變電站信息。

2.4　變電站后臺機KVM模式

KVM模式是指在運維班駐點新增KVM主機，在被監(jiān)控變電站新增網(wǎng)絡(luò)KVM裝置，當?shù)睾笈_機和五防機的顯示器輸出和USB輸出接入KVM裝置輸入端口，KVM當?shù)剌敵龆私赢數(shù)睾笈_機和五防機的鼠標、鍵盤、顯示器，KVM的網(wǎng)絡(luò)端口接與綜合信息網(wǎng)隔離的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)，該專用網(wǎng)絡(luò)連接運維站新增的KVM主機和下轄各個變電站的KVM裝置，將變電站監(jiān)控后臺終端的顯示設(shè)備（顯示器）、輸入設(shè)備（鼠標、鍵盤）以及輸出設(shè)備（音響）通過網(wǎng)絡(luò)KVM裝置延伸到運維班駐點，實現(xiàn)對變電站的監(jiān)控。

2.5　自建系統(tǒng)模式

自建系統(tǒng)模式可實現(xiàn)對變電站主設(shè)備信息全面集中監(jiān)視以及輔助設(shè)施信息全面監(jiān)控。系統(tǒng)按照分層、分區(qū)的原則設(shè)計，主要由前端系統(tǒng)和主站管控平臺系統(tǒng)構(gòu)成，在變電站端安裝部署前端系統(tǒng)主機，實現(xiàn)對變電站主設(shè)備監(jiān)控信息、在線監(jiān)測信息、輔助設(shè)備監(jiān)控信息的統(tǒng)一集成及上送。在地市層建設(shè)系統(tǒng)主站，實現(xiàn)對變電站前端系統(tǒng)主機匯集信息的平臺化應(yīng)用，實現(xiàn)設(shè)備聯(lián)動、數(shù)據(jù)分析和智能告警等高級應(yīng)用。通過綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)，將主站終端延伸至運維班駐點，便于運維班組使用。

前端系統(tǒng)主機通過正向隔離裝置獲取主設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)信息。前端系統(tǒng)主機通過接口協(xié)議將在線監(jiān)測及輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)上送至地市層平臺。最終由地市層平臺進行業(yè)務(wù)層面的數(shù)據(jù)展示應(yīng)用。自建系統(tǒng)模式系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

自建系統(tǒng)共分成三個大模塊：主設(shè)備信息、在線監(jiān)測、輔助設(shè)備信息（含環(huán)境監(jiān)測、智能控制、視頻監(jiān)視信息三個模塊）。各模塊均可獨立運行，均具有各自的告警處理業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)分析應(yīng)用功能。

（1）主設(shè)備信息模塊主要展示變電站主設(shè)備的運行信息。運維人員通過該模塊可以了解變電站主設(shè)備運行工況。

（2）在線監(jiān)測模塊包括：主變油色譜、主變鐵芯接地電流、GIS設(shè)備SF6微水、避雷器監(jiān)測等。通過在線監(jiān)測模塊，運維人員可了解主要設(shè)備的運行狀態(tài)信息，做好設(shè)備的狀態(tài)管控。

（3）輔助設(shè)備模塊綜合展示環(huán)境類實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對變電站視頻、門禁、照明、風(fēng)機、空調(diào)、電加熱片、百葉窗等設(shè)備的智能聯(lián)動及控遠程控制，具備數(shù)據(jù)趨勢分析、突變分析、比對分析功能，有效指導(dǎo)變電運維工作開展。

3　各種模式的差異分析對比

綜合考慮各種模式的實現(xiàn)方式，從信息完整性、信息時效性、功能全面性、數(shù)據(jù)安全性、通信資源需求、建設(shè)與后期維護難易度、投資經(jīng)濟性七個維度進行分析對比。

3.1　信息完整性

調(diào)度端Web瀏覽模式：調(diào)度控制系統(tǒng)采集的信息主要是面向調(diào)度監(jiān)控業(yè)務(wù)的，主要技術(shù)依據(jù)是《變電站設(shè)備監(jiān)控信息規(guī)范》（Q/GDW11398-2015），與當?shù)睾笈_的差異主要是未上送保護裝置的自診斷信息和壓板信息（10千伏出線的重合閘壓板信息除外），未上送重復(fù)冗余信息，實際信息量約為站端監(jiān)控后臺的15-25%左右。

Web瀏覽方式所有信息顯示均以變電站一次系統(tǒng)圖為基礎(chǔ)，與調(diào)度端工作站相比，無法實現(xiàn)實時告警以及事件順序記錄推送，數(shù)據(jù)完整性差。

調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)Ⅲ區(qū)工作站模式：調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)Ⅲ區(qū)工作站除不具備遙控功能外，其余功能和可以查看的信息與調(diào)度監(jiān)控員使用的Ⅰ區(qū)工作站一致，可以查看主接線圖畫面、查詢歷史報警和歷史曲線，具備實時告警窗和按運維站所轄變電站的責(zé)任區(qū)分流功能，具備按間隔查看信息功能。

遠程終端模式：相當與在運維站駐地使用當?shù)乇O(jiān)控后臺，可查看站端監(jiān)控系統(tǒng)全部信息，與當?shù)睾笈_一致，數(shù)據(jù)完整性好。

KVM模式：KVM模式相當于把當?shù)睾笈_的鼠標、鍵盤、顯示器遠程延長到運維站，可查看站端監(jiān)控系統(tǒng)全部信息，與當?shù)睾笈_一致，數(shù)據(jù)完整性好。

自建系統(tǒng)模式：自建系統(tǒng)模式集中顯示站端監(jiān)控系統(tǒng)、輔助設(shè)施以及在線監(jiān)測裝置的全部信息，并可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析比對功能，數(shù)據(jù)展示內(nèi)容較為豐富，數(shù)據(jù)完整性最好。

3.2　信息時效性

調(diào)度端Web瀏覽模式：調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)Web服務(wù)器部署在Ⅲ區(qū)，通過正反向物理隔離裝置與Ⅰ區(qū)進行數(shù)據(jù)交互。由于調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)接入的為全地區(qū)變電站的數(shù)據(jù)，信息量巨大，同時正反向物理隔離裝置存在吞吐量限制，加之Web服務(wù)器信息處理及網(wǎng)絡(luò)延遲，整體疊加后的延時為秒級，事故情況下延時將會有一定程度延長，實測遙信變位到辦公電腦WEB畫面刷新響應(yīng)時間在7-10秒左右，信息時效性差。

圖1：自建系統(tǒng)模式系統(tǒng)架構(gòu)圖

調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)Ⅲ區(qū)工作站模式：調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)Ⅲ區(qū)工作站除不具備遙控功能外，其余功能與調(diào)度監(jiān)控員Ⅰ區(qū)工作站基本一致。較調(diào)度監(jiān)控人員使用的Ⅰ區(qū)工作站增加了Ⅰ區(qū)到Ⅲ區(qū)正向隔離裝置延時，實測在1秒左右?？煽紤]增加多臺正向隔離裝置分流，進一步壓縮延時,實測現(xiàn)場遙信變位到Ⅲ區(qū)工作站和服務(wù)器刷新響應(yīng)時間為4-5秒，信息時效性好。

遠程終端模式：遠程終端模式將變電站監(jiān)控系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡(luò)直接通過光纖網(wǎng)絡(luò)延伸的方式延伸至運維班駐點，運維站使用監(jiān)控系統(tǒng)后臺，信息傳輸響應(yīng)時間與當?shù)睾笈_一致，信息時效性最好。

KVM模式：KVM模式是將變電站后臺機（五防機）鼠標、鍵盤、顯示器信號延伸到運維站，需考慮KVM設(shè)備延時及網(wǎng)絡(luò)傳輸延時，延時為秒級，信息時效性較差。實測網(wǎng)絡(luò)帶寬在2M時，遠程鍵盤鼠標操作延時約為1-2秒左右，提升網(wǎng)絡(luò)帶寬可壓縮延時。

自建系統(tǒng)模式：自建系統(tǒng)模式采用Ⅰ、Ⅲ區(qū)互聯(lián)的方式，通過正反向物理隔離裝置采集站內(nèi)監(jiān)控信息，由于單個變電站的監(jiān)控信息量較小，不會突破正反向物理隔離裝置的吞吐量，與自建系統(tǒng)服務(wù)器信息處理時間相疊加，延時為秒級，信息時效性好。

3.3　功能全面性

調(diào)度端Web瀏覽模式：Web瀏覽界面與調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)界面基本一致，與調(diào)度端相比，無實時告警及音響告警功能，無事件順序記錄推送功能，無設(shè)備遙控功能，功能全面性差。

調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)Ⅲ區(qū)工作站模式：調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)Ⅲ區(qū)工作站除不具備遙控功能外，其余功能和可以查看的信息與調(diào)度監(jiān)控員使用的Ⅰ區(qū)工作站一致，功能全面性好。

遠程終端模式：遠程終端模式界面及功能與變電站監(jiān)控后臺機一致，具備實時告警及音響告警，具備設(shè)備遙控功能，但需進一步明確電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護管理要求。功能全面性較好。

KVM模式：KVM模式界面及功能與變電站監(jiān)控后臺一致，具備實時告警及音響告警功能（需KVM設(shè)備支持），具備設(shè)備遙控功能，但需進一步明確電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護管理要求，功能全面性較好。

自建系統(tǒng)模式：自建系統(tǒng)模式可實現(xiàn)主設(shè)備監(jiān)視及輔助設(shè)施監(jiān)控功能，同時可根據(jù)實際業(yè)務(wù)需要，增加相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析管理功能，功能全面性最好。

3.4　數(shù)據(jù)安全性

調(diào)度端Web瀏覽模式：Web瀏覽模式是應(yīng)用調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)原有Web瀏覽功能，符合電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護規(guī)定，且調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)Web服務(wù)器與辦公網(wǎng)絡(luò)之間設(shè)置防火墻進行隔離，可進行訪問控制，數(shù)據(jù)安全性最好。

調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)Ⅲ區(qū)工作站模式：調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)至變電站監(jiān)控系統(tǒng)通過縱向加密裝置傳輸調(diào)度監(jiān)控信息，滿足電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護要求；Ⅰ區(qū)到Ⅲ區(qū)通過正向隔離裝置進行隔離，僅能單向傳輸信息，數(shù)據(jù)安全性好

遠程終端模式：站端遠程終端模式是將變電站監(jiān)控系統(tǒng)站控層通過光纖網(wǎng)絡(luò)延伸至運維班駐點，傳輸通道無電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護裝置，存在一定安全風(fēng)險，數(shù)據(jù)安全性差。

KVM模式：KVM模式是將站內(nèi)監(jiān)控后臺增加的KVM裝置的網(wǎng)絡(luò)端口通過光纖通道延伸至運維班駐點，傳輸通道無電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護裝置，存在一定安全風(fēng)險，可通過在運維班部署KVM認證裝置CC-SG進行用戶權(quán)限和數(shù)字證書認證提升安全性，數(shù)據(jù)安全性好。若通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)專用通道經(jīng)縱向加密裝置傳輸，則滿足安全防護要求，但需要相關(guān)管理規(guī)定支撐。

自建系統(tǒng)模式：自建系統(tǒng)模式安全分區(qū)定位為Ⅳ區(qū)，其站端與Ⅰ區(qū)的數(shù)據(jù)交互是通過正反向物理隔離實現(xiàn)的，滿足電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護要求，數(shù)據(jù)安全性好。

3.5　通信資源需求

調(diào)度端Web瀏覽模式：利用現(xiàn)有資源，無新增通信資源需求。

調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)Ⅲ區(qū)工作站模式：需新增自動化機房到運維站駐地專用以太網(wǎng)通道，現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)實施部分改造后可滿足要求。

遠程終端模式：需新增各變電站至運維站的專用以太網(wǎng)通道（至少10M帶寬），各變電站至運維站應(yīng)為專用網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有通信傳輸網(wǎng)無法滿足要求，需實施通信傳輸網(wǎng)升級。

KVM模式：需要與辦公網(wǎng)絡(luò)隔離的專用網(wǎng)絡(luò)，可采用2M轉(zhuǎn)換器、PCM組網(wǎng)、SDH以太網(wǎng)板等方式靈活組網(wǎng)，現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)實施部分改造后可滿足要求。也可利用現(xiàn)有調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，則不涉及新增通信資源，但需要相關(guān)管理制度支撐。

自建系統(tǒng)模式：自建系統(tǒng)模式安全分區(qū)定位為Ⅳ區(qū)，依托現(xiàn)有綜合信息網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，不需要新增通信資源。

3.6　建設(shè)與后期維護難易度

調(diào)度端Web瀏覽模式：利用現(xiàn)有資源，不涉及新增設(shè)備，無建設(shè)和維護工作量。

調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)Ⅲ區(qū)工作站模式：需要新增工作站和運維站到調(diào)度自動化機房的專用通道，建設(shè)工作量小。后期與調(diào)度控制系統(tǒng)主站同步維護，維護工作量小。

遠程終端模式：需新增各變電站至運維站的專用以太網(wǎng)通道（至少10M帶寬），各變電站至運維站應(yīng)為專用網(wǎng)絡(luò)；所有變電站需要新增1臺后臺終端，建設(shè)和調(diào)試工作量大，早期變電站的測控保護裝置對上通信對象數(shù)目存在限制，不滿足要求；后期變電站存在間隔擴建、備用間隔投運等工作時，遠程終端需同步進行維護，維護工作量大。

表1：重要指標對比表

表2：分析維度對比表

KVM模式：通信網(wǎng)絡(luò)部分改造、新增部分設(shè)備后可滿足最小2M、最大10M的專用KVM網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)需求；站端增加KVM裝置，施工難度小，建設(shè)工作量小，后期無維護工作量。

自建系統(tǒng)模式：站端需要增加正向隔離裝置和運檢網(wǎng)關(guān)機，早期系統(tǒng)不滿足要求，僅新建智能站可滿足要求；主設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)正向隔離接入運檢管控系統(tǒng)的信息規(guī)范未定，實施難度較大。新建獨立系統(tǒng)需要考慮新建機房、電源、空調(diào)等，建設(shè)工作量大。后期維護工作量大。

3.7　投資經(jīng)濟性

調(diào)度端Web瀏覽模式：Web瀏覽模式可直接通過Ⅳ區(qū)網(wǎng)絡(luò)連接的辦公計算機實現(xiàn)，無需再進行任何投資即可實現(xiàn)，投資為零。

調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)Ⅲ區(qū)工作站模式：需要考慮增加每個運維站的調(diào)控Ⅲ區(qū)工作站，建設(shè)自動化機房到各個運維站的專用通道，投資規(guī)模較小。

遠程終端模式：遠程終端模式需在運維班駐點增加與所管轄變電站數(shù)量一致的監(jiān)控后臺機，且每臺監(jiān)控后臺機軟件要與該站監(jiān)控系統(tǒng)廠家一致，需完成新后臺接入調(diào)試，調(diào)試工作量大；每個運維站需要考慮增加機柜、KVM切換器等，每座變電站需增加到相應(yīng)運維站的專用獨立通道，投資規(guī)模最大。

KVM模式：KVM監(jiān)控模式需在每個運維班駐點增加KVM主機，并在所有變電站監(jiān)控后臺處增加KVM終端設(shè)備，可利用現(xiàn)有的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道，投資規(guī)模較小。

自建系統(tǒng)模式：自建系統(tǒng)模式需要服務(wù)器、安防設(shè)備等大量硬件投入及軟件開發(fā)，投資規(guī)模大。

4　分析對比結(jié)果

4.1　重要指標對比

按照主設(shè)備信息、輔助設(shè)施信息、告警信息、信息延時、遙控功能及投資規(guī)模等六個重要指標對四種方案進行分析比對，具體如表1所示。

4.2　分析維度對比

按照信息完整性、信息時效性、功能全面性、投資經(jīng)濟性、數(shù)據(jù)安全性五個維度對比結(jié)論如表2所示。

5　遠期與近期推薦模式

綜上分析分析結(jié)論，考慮到年內(nèi)完成運維站集中監(jiān)視技術(shù)手段建設(shè)任務(wù)的需要，推薦近期采用運維站部署調(diào)控系統(tǒng)Ⅲ區(qū)工作站和后臺KVM終端方式，遠期建設(shè)獨立的變電運維管控系統(tǒng)。

運維站變電運維人員使用調(diào)控系統(tǒng)Ⅲ區(qū)工作站可實現(xiàn)對無人值守變電站主設(shè)備告警信息和輔助設(shè)備重要信息的分責(zé)任區(qū)實施監(jiān)控；發(fā)現(xiàn)異常信息報警后，可通過遠程KVM登錄當?shù)睾笈_機查看具體報警信息，并可進行刀閘順序控制操作，提升變電運維智能化水平。