電力通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

趙春雷

（河北村村友售電有限公司，河北 衡水 053000）

0 引 言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各行業(yè)對于電力的需求越來越大，人們對電力通信系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性提出了更高的要求。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的電力通信行業(yè)發(fā)展比較迅速，建設(shè)水平在不斷提升。電力通信系統(tǒng)是確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，而電力通信系統(tǒng)的運(yùn)行離不開電源這個能源支持設(shè)備。電源是通信系統(tǒng)的核心部件，也是通信系統(tǒng)運(yùn)行的動力基礎(chǔ)[1]。離開通信電源，通信系統(tǒng)就無法正常運(yùn)行，系統(tǒng)中的設(shè)備及模塊都將處于停止工作狀態(tài)。但是，在實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)行過程中，受外界復(fù)雜因素的影響，通信電源不可避免會出現(xiàn)故障，導(dǎo)致通信系統(tǒng)的運(yùn)行水平得不到提升、服務(wù)能力不能得到提高，影響了人們的日常生活。所以，需要加強(qiáng)對通信電源運(yùn)行狀況的監(jiān)控。電力通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要遵循科學(xué)的原則，從主要功能與總體結(jié)構(gòu)入手，做好監(jiān)控功能、管理功能及交互功能等設(shè)計(jì)，同時優(yōu)化電源的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，整體上提高通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行能力。

1 電力通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

電源監(jiān)控系統(tǒng)是規(guī)模較大的管理系統(tǒng)，涉及很多現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)，如計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)等，而且系統(tǒng)中涵蓋了不同的設(shè)備。要想將這些設(shè)備科學(xué)地同各種技術(shù)結(jié)合在一起，就要科學(xué)合理地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的原則主要有以下幾點(diǎn)。

1.1 實(shí)用性原則

實(shí)用性是電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一原則。系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)要滿足系統(tǒng)的管理要求，同時滿足相關(guān)工作人員的使用要求；系統(tǒng)的操作要簡單易學(xué)，讓工作人員通過培訓(xùn)即可掌握；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要符合新的電力通信管理體制，能實(shí)現(xiàn)集中操作和管理。

1.2 可靠性原則

監(jiān)控系統(tǒng)要想長期穩(wěn)定運(yùn)行，其設(shè)計(jì)必須可靠穩(wěn)定，主要表現(xiàn)在兩個方面。一方面，相關(guān)的硬件設(shè)備性能要可靠。要選用高質(zhì)量的傳感器及工控機(jī)等設(shè)備，確保設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行；要采用雙備份的傳輸線路，確保電力傳輸穩(wěn)定[2]。另一方面，軟件系統(tǒng)要可靠，操作系統(tǒng)、編程方式及容錯等技術(shù)要可靠、穩(wěn)定。

1.3 安全性原則

監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須確保安全性高，防止由于系統(tǒng)故障發(fā)生安全事故。首先，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)要采用電氣隔離的方式，即使硬件系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也不會影響被監(jiān)控對象的運(yùn)行安全。其次，軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要對管理人員及維護(hù)人員進(jìn)行權(quán)限分級，有效地限制各級別人員對于系統(tǒng)的訪問及操作，確保操作系統(tǒng)安全[3]。最后，監(jiān)控系統(tǒng)要及時記錄用戶對系統(tǒng)開展的管理及操作內(nèi)容，一旦系統(tǒng)在后續(xù)運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，可以為追究相關(guān)人員的責(zé)任提供輔助的分析功能。

1.4 可維護(hù)性原則

監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要從多方面入手，提高自身的可維護(hù)性。在結(jié)構(gòu)上，采用軟、硬件分層的模塊化結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)維護(hù)。在功能上，系統(tǒng)軟件要具備自診斷、自恢復(fù)功能，還要具備在線升級功能，便于操作人員可以及時升級軟件，降低工作量。在施工布置上，要安全整齊，布線系統(tǒng)及線纜的布置要有條理，而且標(biāo)識要明顯，與施工圖紙相符。

1.5 先進(jìn)性原則

監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要具備先進(jìn)性，能滿足當(dāng)前現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行的要求。一方面，采用先進(jìn)的硬件設(shè)施。利用國內(nèi)或者國外最新的且經(jīng)過檢驗(yàn)具有很強(qiáng)實(shí)用性的產(chǎn)品，確保系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施更加先進(jìn)、穩(wěn)定。另一方面，利用先進(jìn)的軟件系統(tǒng)。操作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫都要采用最新的，讓系統(tǒng)可以滿足大量數(shù)據(jù)的實(shí)時處理，具備強(qiáng)大的互聯(lián)功能[4]。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象

監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象主要是電源設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、機(jī)房環(huán)境以及監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件等。其中，電源設(shè)備主要包括高壓設(shè)備（變壓器）、低壓配電設(shè)備（主要包括配電柜、補(bǔ)償柜等）、整流配電（直流屏、交流屏、蓄電池組等）及交流設(shè)備等；空調(diào)設(shè)備主要包括機(jī)房專用空調(diào)、中央空調(diào)及分體空調(diào)等；機(jī)房環(huán)境主要包括機(jī)房的溫度、濕度以及消防、門禁等。監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容主要如下：（1）變壓器的溫度及工作狀況，主要配電柜的電壓及電流數(shù)據(jù)、補(bǔ)償柜的補(bǔ)償電流等；（2）整流配電中直流屏的直流輸出電壓及電流、交流屏的輸入電壓、蓄電池組的總電壓及總放電電流等；（3）交流設(shè)備中逆變器的直流輸入電壓及交流輸入電壓等；（4）空調(diào)設(shè)備中專用空調(diào)的工作參數(shù)，包括主機(jī)工作電流、吸氣壓力、排氣壓力、送風(fēng)溫度及回風(fēng)溫度等，中央空調(diào)的工作參數(shù)，包括主流輸入電壓、主機(jī)工作電力及交流輸入電流等，分體空調(diào)的主機(jī)工作電流等[5]。

3 電力通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

通信電源監(jiān)控系統(tǒng)要具備監(jiān)控、交互、管理及智能分析功能。監(jiān)控，可以實(shí)時監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀況，并能根據(jù)運(yùn)行指標(biāo)對設(shè)備進(jìn)行遙控。交互，要能有效實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話。管理，可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)、配置、人員及檔案資料等進(jìn)行管理。智能分析，可以實(shí)時對設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，進(jìn)而為優(yōu)化系統(tǒng)的性能提供數(shù)據(jù)支持。

3.1 監(jiān)控功能設(shè)計(jì)

監(jiān)控功能是電源監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是核心功能，主要對電源設(shè)備的運(yùn)行狀況實(shí)施有效的監(jiān)控。監(jiān)控的主要內(nèi)容是對電源設(shè)備的運(yùn)行狀況及運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，將監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行上傳，為電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)支持。監(jiān)控系統(tǒng)具備控制功能，可以及時轉(zhuǎn)換業(yè)務(wù)臺中發(fā)出的指令，讓電源設(shè)備及時識別，對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，這一控制過程也被稱為遙控[6]。通過遙控過程，相關(guān)工作人員可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，提高電源監(jiān)控系統(tǒng)的精準(zhǔn)性和實(shí)時性。

3.2 交互功能設(shè)計(jì)

電源監(jiān)控系統(tǒng)的交互功能，也被稱為人機(jī)交互功能，主要從以下4個方面入手。第一，要合理利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，尤其是地圖、布局圖、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)圖等計(jì)算機(jī)圖形操作系統(tǒng)，以便讓操控界面更加友好。運(yùn)用圖形界面，可以簡化操作流程，有效提高系統(tǒng)操作效率。第二，要結(jié)合電力通信電源系統(tǒng)的發(fā)展實(shí)際，引用無線界面，可以實(shí)時傳送報(bào)警信息。合理連接人接界面與移動設(shè)備，可以及時向工作人員發(fā)送報(bào)警信息。第三，提高監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用性能。設(shè)計(jì)人員要創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，在傳統(tǒng)的文字、報(bào)表的顯示基礎(chǔ)上，合理利用圖形結(jié)合的顯示技術(shù)，構(gòu)建多樣化數(shù)據(jù)顯示體系，提高電源監(jiān)控系統(tǒng)的功能。比如，可以顯示某臺設(shè)備的所有監(jiān)測量，也可以顯示不同設(shè)備的相關(guān)監(jiān)測量，設(shè)備的報(bào)警信息可以利用不同的顏色或者指示燈進(jìn)行顯示[7]。利用多元化數(shù)據(jù)顯示方式，提高系統(tǒng)的實(shí)用性。第四，圖像監(jiān)控功能設(shè)計(jì)中要充分考慮機(jī)房的安全可靠性，優(yōu)化圖像監(jiān)控功能?？梢岳眠h(yuǎn)程現(xiàn)場、監(jiān)控區(qū)域及監(jiān)控中心三級系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，通過高速的通信線路連接。在監(jiān)控的現(xiàn)場，設(shè)計(jì)人員可以設(shè)置多臺攝像機(jī)，以便有效監(jiān)控現(xiàn)場。通過告警聯(lián)動，可以隨意切換監(jiān)控現(xiàn)場，及時接收信息，還可以對監(jiān)控現(xiàn)場進(jìn)行錄像。

3.3 管理功能設(shè)計(jì)

管理功能主要是對數(shù)據(jù)信息、數(shù)據(jù)記錄及檔案信息等進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)要具備數(shù)據(jù)顯示、存儲、查詢、備份恢復(fù)及處理統(tǒng)計(jì)功能。第一，數(shù)據(jù)顯示功能。該功能通過多樣化的數(shù)據(jù)顯示方式可以準(zhǔn)確反映設(shè)備的運(yùn)行狀況，讓相關(guān)工作人員可以了解設(shè)備的運(yùn)行特性，更好地掌握設(shè)備運(yùn)行情況。第二，數(shù)據(jù)存儲功能。在設(shè)備的長期運(yùn)行過程中，很多數(shù)據(jù)可以及時反映設(shè)備的性能，可以為設(shè)備的維護(hù)工作提供支持，因此需要存儲這些數(shù)據(jù)。第三，數(shù)據(jù)查詢功能。電源設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)被處理后會進(jìn)行存儲而成為歷史數(shù)據(jù)。在實(shí)際工作中，為了解設(shè)備的運(yùn)行狀況，可以通過對歷史數(shù)據(jù)的查詢，從中找出設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律。通過快速搜索引擎及邏輯運(yùn)算，讓相關(guān)工作人員可以查詢到自己需要的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。第四，數(shù)據(jù)備份及恢復(fù)功能。監(jiān)控系統(tǒng)在長期運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)長期保存在磁盤中，如果保存期過長，對于當(dāng)下的設(shè)備維護(hù)工作意義不大，但又具備留檔價值，這時就需要將數(shù)據(jù)備份到光盤或者磁盤中。當(dāng)需要這些數(shù)據(jù)的時候，可以將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)中，這個過程就是數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)。經(jīng)常備份系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，可以提高系統(tǒng)的安全性，一旦系統(tǒng)由于外界因素突然崩潰時，可以確保系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)信息不受損失[8]。第五，數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)功能。該功能是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對原始的復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、總結(jié)，得出對工作有價值的數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際需求將數(shù)據(jù)以曲線及報(bào)表的形式顯示出來，讓數(shù)據(jù)的顯示更加直觀。由于數(shù)據(jù)表比較龐大，可以利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)將端局表合并為一個，增加數(shù)據(jù)庫的表的檢索能力，提高檢索速度。此外，管理功能還包括告警管理、配置管理、安全管理及自我管理等功能。

3.4 智能分析功能設(shè)計(jì)

該功能是利用專家系統(tǒng)、模糊控制等人工智能技術(shù)，學(xué)習(xí)設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)知識及故障處理方法，及時對設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納分析，優(yōu)化系統(tǒng)性能，為相關(guān)人員的決策提供依據(jù)。智能分析功能主要包括告警分析、故障預(yù)測及運(yùn)行優(yōu)化3個功能。首先，告警分析功能是系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)相關(guān)的知識，對于系統(tǒng)曾經(jīng)產(chǎn)生過的告警記錄進(jìn)行分析，并查找導(dǎo)致告警出現(xiàn)的原因，給出排除故障的建議。其次，故障預(yù)測功能?？梢愿鶕?jù)實(shí)時監(jiān)測到的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，科學(xué)分析設(shè)備的運(yùn)行狀況，并能預(yù)測設(shè)備可能發(fā)生的故障，以便提前應(yīng)對，及時排除故障[9]。最后，運(yùn)行優(yōu)化功能是系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，自動分析設(shè)備的性能及能耗狀況等，為相關(guān)工作人員開展維護(hù)工作提供依據(jù)，或者可以自動對設(shè)備的一些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行，滿足實(shí)際工作要求。

4 電力通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸方式

監(jiān)控系統(tǒng)需要傳輸大量的數(shù)據(jù)，因此傳輸線路的傳輸效率要高。利用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸方式，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該傳輸方式具有傳輸速率高、可靠性高及連接靈活等特點(diǎn)，可以一線多用，不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，而且可以進(jìn)行虛擬專網(wǎng)的組建。這種傳輸方式主要應(yīng)用于區(qū)監(jiān)控中心與監(jiān)控局站間的傳輸。在區(qū)監(jiān)控中心及總監(jiān)控中心間采用全國電信管理中心數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，這樣的布置既提高了傳輸效率，又利用了網(wǎng)絡(luò)資源，可更有效地管理及維護(hù)電信網(wǎng)絡(luò)。

4.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對當(dāng)前監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量龐大的實(shí)際，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)利用三級優(yōu)化設(shè)計(jì)方式，分為監(jiān)控中心、監(jiān)控站及監(jiān)控單元，主要組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。在這個結(jié)構(gòu)中，監(jiān)控中心是級別最高的，與各監(jiān)控站進(jìn)行實(shí)時的互聯(lián)，還具備設(shè)置告警等級的權(quán)限。監(jiān)控站是監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理的重要環(huán)節(jié)，與各監(jiān)控單元相互連接，以便及時接收監(jiān)控單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，進(jìn)行處理后傳輸給監(jiān)控中心。監(jiān)控單元與被監(jiān)控電源連接在一起，實(shí)時采集被監(jiān)控電源的運(yùn)行參數(shù)及工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理以后發(fā)送到監(jiān)控站。此外，監(jiān)控中心下達(dá)的監(jiān)控命令也是通過監(jiān)控單元來接收的[10]。如果在運(yùn)行過程中突然發(fā)生通信中斷現(xiàn)象，監(jiān)控單元會保存重要的數(shù)據(jù)，待故障排除、通信恢復(fù)后，及時上報(bào)通信中斷期間的重要數(shù)據(jù)，做到重要的監(jiān)測數(shù)據(jù)不丟失。

圖1 通信電源監(jiān)控示意圖

4.3 體系結(jié)構(gòu)的確定

體系結(jié)構(gòu)是區(qū)監(jiān)控中心各項(xiàng)基本功能得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，對于監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)用性及可靠性有重要的影響，因此要確定好體系結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)采用客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)的終端多用戶方式的不足，將應(yīng)用程序分為前端和后端兩個部分。前端的客戶機(jī)可以提供高度的人機(jī)交互界面，后端服務(wù)器提供數(shù)據(jù)管理及安全防護(hù)功能，讓數(shù)據(jù)更加完整，讓設(shè)備的使用壽命更長，讓系統(tǒng)升級及擴(kuò)容更加便捷。

5 結(jié) 論

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得電力通信電源監(jiān)控設(shè)備不斷更新，監(jiān)控性能也在逐漸提高，對于通信電源的運(yùn)行狀況實(shí)現(xiàn)了有效的監(jiān)督與維護(hù)。電源監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)、預(yù)測故障、收集并處理數(shù)據(jù)等多種功能，提高了電源設(shè)備運(yùn)行的可靠性，保障了電力通信網(wǎng)絡(luò)暢通。電源監(jiān)控系統(tǒng)通過遙控、遙測等功能，可實(shí)現(xiàn)對大多數(shù)設(shè)備的日常維護(hù)及運(yùn)行狀況監(jiān)測等。監(jiān)控系統(tǒng)可以提供設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的變化趨勢及故障發(fā)生的順序等信息，以便工作人員根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息，排除難以發(fā)現(xiàn)的故障隱患。