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

何楊

摘 要：在對變電站管控的過程中，其各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)往往存在傳輸節(jié)點(diǎn)過多、參數(shù)過多、干擾過大等問題。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對智能變電站設(shè)置了一種實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)交互、智能集中管理、傳感網(wǎng)監(jiān)控3個(gè)環(huán)節(jié)。在智能變電站運(yùn)行的過程中，能夠?qū)ζ錃怏w微水密度、設(shè)備絕緣、運(yùn)行溫度等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、處理以及傳輸。實(shí)踐表明，數(shù)據(jù)采集十分精準(zhǔn)，使智能化的監(jiān)控系統(tǒng)得到了有效的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能變電站；在線監(jiān)測系統(tǒng)；研究

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

以往普通的變電站設(shè)備與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的有效結(jié)合，使變電站實(shí)現(xiàn)智能化的故障診斷、監(jiān)控與檢測。智能變電站主要是通過對專業(yè)程序與計(jì)算機(jī)軟件的有效運(yùn)用，在設(shè)備運(yùn)行的過程中，對其內(nèi)部的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，對設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行綜合全面的評定與診斷。因?yàn)橹悄茏冸娬井?dāng)中存在著大量的設(shè)備，并且有著非常復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中往往會(huì)遇到非常大的干擾。在進(jìn)行變電站監(jiān)控的過程中，往往會(huì)存在數(shù)據(jù)信息嚴(yán)重失真、傳輸距離過短、收集困難等問題，這給智能變電站的全面數(shù)字信息化帶來了極大的阻礙。本文對現(xiàn)階段百年電站監(jiān)控的重要手段進(jìn)行了深入的分析，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)置變電站的智能監(jiān)控系統(tǒng)，并且運(yùn)用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的形式，對系統(tǒng)的監(jiān)控的性能進(jìn)行測定。

1 變電站在線監(jiān)控手段

智能變電站在實(shí)施在線監(jiān)控的過程中，需要在不影響設(shè)備有效運(yùn)行的基礎(chǔ)下，對設(shè)備的運(yùn)行信息數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲，并且運(yùn)用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理與傳送形式，從而有效診斷設(shè)備出現(xiàn)的故障以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)訪問，及時(shí)地對設(shè)備出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)處理。現(xiàn)階段，變電站的在線監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中主要從以下幾個(gè)層面上來進(jìn)行。

1.1 針對某一參量的就地監(jiān)控系統(tǒng)

此種監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)ψ冸娬井?dāng)中的斷路器性能、變壓器溫度以及氣體微水密度等參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的檢測與探查。因?yàn)楝F(xiàn)階段監(jiān)控系統(tǒng)的分析軟件、系統(tǒng)控制的廠家并不具備統(tǒng)一化的準(zhǔn)則，往往有著多種多樣的類型，在使用的過程中需要大量的工作進(jìn)行協(xié)調(diào)與配合，無法使智能化變電站得到有效的實(shí)現(xiàn)。

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

此種監(jiān)測系統(tǒng)主要根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的廠商將監(jiān)控單元安裝到監(jiān)控設(shè)備當(dāng)中，運(yùn)用系統(tǒng)通信單元，使數(shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)的后臺。該種監(jiān)測系統(tǒng)往往缺乏信息資源的共享能力。一次設(shè)備廠商與在線監(jiān)控系統(tǒng)廠商之間相互分割，很難使信息共享得到有效的實(shí)現(xiàn)。另一種方式就是設(shè)備的制造商自行進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)，并且在設(shè)備當(dāng)中內(nèi)置系統(tǒng)監(jiān)控單元，但是有著非常高昂的價(jià)格，并且需要巨大的工作量進(jìn)行維護(hù)，往往具有非常大的安全隱患。

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

此種監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)字信號處理、先進(jìn)的傳感技術(shù)以及信息技術(shù)進(jìn)行了全面的運(yùn)用，電氣設(shè)備在對信息與數(shù)據(jù)采集的過程中，使智能化與數(shù)據(jù)化得到全面的實(shí)現(xiàn)，并且能夠及時(shí)地對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與傳輸。此種系統(tǒng)當(dāng)中包括著專家診斷與數(shù)字管理系統(tǒng)，有著非常高的智能化特性，但是在對傳感器所收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸以及遠(yuǎn)程輸送的過程中，仍然存在著極大的缺陷。

總而言之，現(xiàn)階段所使用的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，其信息資源共享依然存在著很大不足，對數(shù)據(jù)進(jìn)行評估、傳輸、處理的形式過于單一化，給設(shè)備故障的診斷以及變電站監(jiān)控的智能化，都帶來了極其負(fù)面的影響。

2 智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用信息共享與系統(tǒng)集成化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與電網(wǎng)的計(jì)量信息、輔助設(shè)備、狀態(tài)檢測、設(shè)備電網(wǎng)運(yùn)行等信息的統(tǒng)一化的管理、儲(chǔ)存以及接入，使智能變電站的應(yīng)用輔助、運(yùn)行管理、智能警告、綜合信息分析、控制操作、運(yùn)行監(jiān)視得到有效的實(shí)現(xiàn)。結(jié)合IEC 61850的標(biāo)準(zhǔn)，智能變電站通常運(yùn)用分層式的結(jié)構(gòu)，其中包括站控層、間隔層、過程層，層級之間運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接?；ヂ?lián)器、隔離開關(guān)、斷路器、變壓器等一次設(shè)備包括其所屬的獨(dú)立智能電子設(shè)備與智能組件，屬于過程層，使設(shè)備狀態(tài)與點(diǎn)測量信息能夠有效地傳遞與采集，對各種各樣的控制操作與命令進(jìn)行執(zhí)行。

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)

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到智能變電站的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，對傳感網(wǎng)測控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行創(chuàng)設(shè)，依托于傳感網(wǎng)檢測平臺對數(shù)據(jù)交互動(dòng)態(tài)系統(tǒng)以及智能集控管理進(jìn)行構(gòu)建，使變電站具備設(shè)備避雷報(bào)警器絕緣、圖像監(jiān)視、SF6泄漏監(jiān)視、設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)視、排水等智能監(jiān)控功能。所以，系統(tǒng)主要由傳感監(jiān)控、智能集控管理、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)交互等幾部分構(gòu)成。如圖1所示。

3.2 各部分功能

（1）傳感網(wǎng)監(jiān)控功能

變電站設(shè)備避雷報(bào)警器絕緣、圖像監(jiān)視、SF6泄漏監(jiān)視、設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)視、排水等智能監(jiān)控功能是傳感網(wǎng)監(jiān)控的主要功能。能夠?qū)ψ冸娬緝?nèi)部的避雷器電流泄漏、SF6壓力微水密度、電纜偷溫度、運(yùn)行溫度、變壓器油溫、電纜溝水位等信息數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。在信息數(shù)據(jù)收集的過程中，應(yīng)當(dāng)對設(shè)備在強(qiáng)磁場、高壓高溫環(huán)境當(dāng)中的工作狀況進(jìn)行充分的考量，數(shù)據(jù)傳輸以及傳感器的安裝是抗干擾設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，系統(tǒng)通過軟件對設(shè)計(jì)功能進(jìn)行分析。

（2）智能集控管理功能

智能集控管理能夠?qū)鞲芯W(wǎng)監(jiān)控單元中所上傳的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析處理，根據(jù)研究結(jié)果，將控制信號發(fā)射到傳感網(wǎng)監(jiān)控單元，對設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在設(shè)備運(yùn)行狀況出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行有效的記錄與通知，并且對設(shè)備運(yùn)行的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，運(yùn)用GPRS對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，將其轉(zhuǎn)入互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器當(dāng)中。另外，設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題時(shí)，主機(jī)在智能監(jiān)控的過程中運(yùn)用GPRS將位置以及異常情況的信息數(shù)據(jù)，以短信息的方式傳達(dá)至工作者的手中，能夠使工作者及時(shí)對現(xiàn)場出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行處理與分析。

（3）數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)交互功能

該功能主要運(yùn)用客戶機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫所構(gòu)成，對智能集控管理單元所上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，并且將其儲(chǔ)存進(jìn)數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。變電站當(dāng)中的用戶可以運(yùn)用瀏覽器，通過網(wǎng)站訪問的形式來獲得變電站的工作信息。用戶還可以通過公眾號平臺以及手機(jī)軟件的使用，來獲得變電站的信息數(shù)據(jù)，這幾種方式只需要與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接，就能夠?qū)ψ冸娬具M(jìn)行訪問。

（4）其他功能

對變電站當(dāng)中的巡檢與維護(hù)工作進(jìn)行仔細(xì)的監(jiān)督與認(rèn)證，主要通過系統(tǒng)圖像的監(jiān)視功能來進(jìn)行，能夠通過自動(dòng)圖像來對檢修過程進(jìn)行識別，對操作對象進(jìn)行確認(rèn)，巡檢采集工作、生成報(bào)表、引導(dǎo)填表自行完成，使智能監(jiān)督得到有效的實(shí)行。

4 系統(tǒng)測試

4.1 硬件單機(jī)測試

在對那些傳感網(wǎng)監(jiān)控單元的硬件進(jìn)行調(diào)試的過程中，應(yīng)當(dāng)對各個(gè)模塊的PCB板進(jìn)行檢測，其中包括其焊接短路、虛焊的狀況，還包括漏焊與錯(cuò)焊的狀況，以及對通電的檢測、對集成電路引腳功能的檢測等，確保PCB板能夠正常的工作。

4.2 ZigBee傳感網(wǎng)單元功能測試

該單元功能能夠?qū)ψ儔浩鞯睦@組溫度與油溫、環(huán)境濕度溫度、避雷器電流泄漏、電纜溝水位、SF6微水密度等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，并且運(yùn)用ZigBee網(wǎng)關(guān)在串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。所以，運(yùn)用串口調(diào)試助手，能夠檢測其終端網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息準(zhǔn)確與否。在測試的過程中得出了表1中的數(shù)據(jù)。

4.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互測試

監(jiān)控系統(tǒng)的主界面，對目前的時(shí)間日期進(jìn)行了顯示、還包括避雷器泄漏電流檢測子系統(tǒng)、電纜溝水位檢測子系統(tǒng)、SF6氣體檢測子系統(tǒng)、濕度檢測子系統(tǒng)、濕度檢測子系統(tǒng)等。指示燈綠色代表可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，紅色則為警告。

在實(shí)際應(yīng)用測試的過程中，我們能夠分析出，變電站的遠(yuǎn)程在線智能監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)性的對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)的采集，在信息傳輸?shù)倪^程中也有著非常高的可靠性，數(shù)據(jù)方位的速率也非?？?，從而使監(jiān)控系統(tǒng)有效地實(shí)現(xiàn)了智能化。

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