變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與研究

范雪增

【摘 ?要】隨著社會的不斷發(fā)展，變電站的智能化管理也提出了新的要求。變電站要實現(xiàn)無人值守，變電站的各種數(shù)據(jù)和視頻必須實時準(zhǔn)確的傳送到監(jiān)控中心，一旦遇到突發(fā)事件能及時高效的處理。因此智能電力監(jiān)控系統(tǒng)為電網(wǎng)的智能化提供了有力的保障。變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)可提高電網(wǎng)電能輸送的效率，降低電能在線路傳輸中的損耗。變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和研究，可以保證電網(wǎng)供電的持續(xù)性和供電質(zhì)量?；诖耍瑢ψ冸娬倦娏ΡO(jiān)控系統(tǒng)的特點進(jìn)行了分析，結(jié)合變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求，對變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了設(shè)計與研究。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng);電力系統(tǒng);變電站;電力監(jiān)控系統(tǒng)

引言

變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個電網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督和管理，提高了電力系統(tǒng)供電的質(zhì)量和水平。變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)可對電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并進(jìn)行統(tǒng)一的控制和管理，在電能配送和運(yùn)輸?shù)确矫嫫鹬匾谋O(jiān)控管理作用。在電力系統(tǒng)中，變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)不僅提高了電力企業(yè)的生產(chǎn)效率，而且降低了電力企業(yè)的運(yùn)營成本，保證了電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1電力監(jiān)控系統(tǒng)的使用價值

在智能變電站的管理中，使用電力監(jiān)控系統(tǒng)可以有效降低運(yùn)營的成本，提升管理的效率，降低人為因素造成的事故損失。在用戶的用電管理中，可以對用戶資源及用電負(fù)荷進(jìn)行分析總結(jié)，這對指導(dǎo)用戶降低設(shè)備運(yùn)行電能損耗具有重要意義，通過數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，可以對設(shè)備的運(yùn)營進(jìn)行最優(yōu)化的組合，將無用功損耗降低到最低，提高設(shè)備的使用效率，避免了大量資源的浪費(fèi)，進(jìn)而降低投資資金。對重大事故的預(yù)警，可以對事故的發(fā)生進(jìn)行預(yù)判，系統(tǒng)提前發(fā)出警告，然后進(jìn)行提前介入處理。即使處置不及時，發(fā)生電力系統(tǒng)異常，也可以及時切斷系統(tǒng)將損失降低到最低?？梢杂行Ы档驮O(shè)備維護(hù)的費(fèi)用，延長設(shè)備的使用壽命。

2變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與研究

2.1變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)功能需求分析

變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要滿足電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能需求，其中，電力監(jiān)控系統(tǒng)的事件記錄功能需求，主要是記錄變電站內(nèi)的操作內(nèi)容，并對設(shè)備出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行備份。變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的事件記錄功能，可保證后臺管理人員實時掌握現(xiàn)場設(shè)備的具體情況，事件記錄可有效滿足管理人員對電力監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行事后分析。故障記錄是在設(shè)備發(fā)生故障后，發(fā)生繼電保護(hù)前后對電氣壓運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性記錄。電力監(jiān)控系統(tǒng)要具有遠(yuǎn)程操作功能，管理人員可通過遠(yuǎn)程計算機(jī)對變電站進(jìn)行監(jiān)控和管理。如果在監(jiān)控管理過程中設(shè)備發(fā)生故障，無法進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，那么系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計要具有人工置數(shù)的功能，通過手動修改來掌握現(xiàn)場的具體情況。如果發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備發(fā)生運(yùn)行異常，可通過其他設(shè)備間接的把異常信號發(fā)送到管理中心，使工作人員可以更好地了解現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。如果數(shù)據(jù)量較大，可通過信號報警通知工作人員進(jìn)行安全操作。在設(shè)計變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)時，要充分考慮系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理的需要，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)存儲等功能方面進(jìn)行科學(xué)地設(shè)計。

2.2智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計

本文提出的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)主要包括感知層、處理層和應(yīng)用層，如圖1所示。感知層中主要包括了圖像傳感器、溫濕度傳感器、氣體傳感器和煙霧傳感器。圖像傳感器主要部署在變電站的周圍、出入口和電力設(shè)備機(jī)房等關(guān)鍵地方，用來實時的監(jiān)控和存儲變電站的現(xiàn)場情況。溫濕度傳感器主要部署變電站的周圍區(qū)域，實時的檢測溫度和濕度的信息。當(dāng)溫度過高時可能會出現(xiàn)設(shè)備的故障和火災(zāi)等險情，因此系統(tǒng)將會及時的報警并通知調(diào)度中心。當(dāng)部分區(qū)域的濕度過高時可能是出現(xiàn)淹水等情況，也將把相關(guān)信息及時反映到監(jiān)控系統(tǒng)。在電力設(shè)備的運(yùn)行中會釋放出特定的氣體，如一氧化碳、甲烷和氫氣等有毒和可燃?xì)怏w。因此用氣體傳感器實時的檢測這些數(shù)據(jù)為電力系統(tǒng)提供參考。煙霧傳感器主要是檢測變電站區(qū)域是否出現(xiàn)火焰，當(dāng)出現(xiàn)煙霧的實時，系統(tǒng)及時報警并將信息反饋到電力管理中心，方便相關(guān)部分及時的處理險情，防止更加嚴(yán)重的事故發(fā)生。處理層主要包括傳感器數(shù)據(jù)處理單片機(jī)和數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。傳感器數(shù)據(jù)處理單片機(jī)主要是用來實時的接收來自于不同傳感器實時監(jiān)測到的原始數(shù)據(jù)，并將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的實際應(yīng)用值，最后將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理服務(wù)器。數(shù)據(jù)處理服務(wù)器主要是保存和處理變電站中所有的數(shù)據(jù)信息，并將所有信息上傳到區(qū)域服務(wù)中心。應(yīng)用層主要是通過感知層獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能監(jiān)控。

2.3智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件模塊

設(shè)計的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)主要包括感知層的傳感器，處理層的傳感器數(shù)據(jù)處理服務(wù)器和數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。在實驗?zāi)M階段，我們采用了win7的操作系統(tǒng)，Interi7-6700CPU，16GRAM和2T的硬盤作為數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。傳感器處理單片機(jī)選擇了高性能、低成本和低功耗的STM32單片機(jī)。內(nèi)核為Cortex-M3CPU，最高工作頻率為72MHz，集成了512KB的Flash存儲器和64KB的SRAM存儲器。圖像處理傳感器采用了AHCA4-78TR-LM型號的監(jiān)控攝像頭，該攝像頭最高可以實現(xiàn)16路的720P的高清拍攝，具有IP67防水外殼和大功率隱藏紅外燈，并支持IR-CUT日夜轉(zhuǎn)換模式。溫濕度傳感器采用含有校準(zhǔn)的數(shù)字信號輸出的DHT11溫濕度傳感器模塊，其包含一個電阻式感濕原件和一個測溫元件，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。濕度測量范圍為20%-95%，溫度測量范圍為0-50度，工作電壓為3.3-5V。氣體傳感器采用了MQ-2傳感器，其由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層和測量電路等組成?？梢蕴綔y液化氣、甲烷、乙烷、丙烷、酒精和氫氣等氣體。其具有探測范圍廣、靈敏度較高、穩(wěn)定性好和壽命較長等特點。煙霧傳感器采用了光電式煙霧傳感器，其通過檢測煙霧的濃度來實現(xiàn)煙霧的檢測。其內(nèi)外電離室有放射源镅241，在電場的作用下正負(fù)離子由正向負(fù)極移動，從而形成穩(wěn)定的電流和電壓。當(dāng)有煙霧擴(kuò)散到電離室后打亂了電離子的正常運(yùn)動，從而改變了電流和電壓值，從未觸發(fā)了報警信號。其穩(wěn)定性較高，性能優(yōu)于氣敏電阻類的煙霧傳感器。

2.4智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件流程

系統(tǒng)的軟件平臺主要是是基于Struts2，Spring和Hibernate的J2EE框架，Web服務(wù)器是使用ApacheTomcat6.0，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是MySQL。系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程主要如下圖所示。在采集數(shù)據(jù)之前，首先初始化，然后通過多種傳感器實時的采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理獲得實際應(yīng)用值，再將實際的應(yīng)用值發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過數(shù)據(jù)服務(wù)器來判斷是否異常，如果異常則啟動報警并通知電力系統(tǒng)中心，否則，繼續(xù)監(jiān)控，并顯示在客戶端。

結(jié)語

變電站作為電力系統(tǒng)的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)電網(wǎng)電能的配送等功能，變電站的運(yùn)行狀態(tài)直接決定了整個智能電網(wǎng)的運(yùn)行情況。在智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展過程中，變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和研究，提高了智能電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了重要保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]余貽鑫，劉艷麗.智能電網(wǎng)的挑戰(zhàn)性問題.電力系統(tǒng)自動化，2018（2）：1-5.

[2]余貽鑫，秦超.智能電網(wǎng)基本理念闡釋.中國科學(xué)：信息科學(xué)，2018，44（6）：694-701.

[3]周銘駿.變電站自動化綜合智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).電子科技大學(xué)，2018.（06）.

[4]王光銀.電力監(jiān)控系統(tǒng)在深圳鹽壩高速隧道上的應(yīng)用.軟件，2018（9）：42-43.

（作者單位：朔州供電公司）