智能化儀表在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司 張海林 沈志銘

電力系統(tǒng)是一個(gè)相對復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及到一次二次等多個(gè)子系統(tǒng)，為使電力系統(tǒng)更為安全、穩(wěn)定運(yùn)行，保證供電可靠性，需時(shí)刻對電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、監(jiān)視，通過監(jiān)控系統(tǒng)反應(yīng)的設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)掌握電網(wǎng)運(yùn)行狀況，從而對電力供應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。在電力系統(tǒng)中變電站是至關(guān)重要的一環(huán)，有效對變電站進(jìn)行監(jiān)控是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。目前電力系統(tǒng)正積極推廣智能變電站，在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用智能化儀表能很好滿足目前電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢及需求，助力電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1 變電站監(jiān)控系統(tǒng)的概述

1.1 變電站監(jiān)控系統(tǒng)的含義

變電站監(jiān)控系統(tǒng)作為電網(wǎng)重要的管控平臺(tái)，在電網(wǎng)不同運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)用各種數(shù)字化儀表、技術(shù)和先進(jìn)的信息化的技術(shù)集成，掌握電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行和用戶的用電狀況，以便電網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)行人員根據(jù)用戶用電需求及用電方面呈現(xiàn)出來的趨勢適時(shí)、適當(dāng)調(diào)整供電情況，提高供電可靠性。監(jiān)控系統(tǒng)的組成包含變電站一二次設(shè)備遙測、遙信、遙調(diào)等設(shè)備狀態(tài)信息，以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁、消防、溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)等輔助監(jiān)測系統(tǒng)。通過變電站監(jiān)控系統(tǒng)及輔助監(jiān)控合理應(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站信息實(shí)時(shí)監(jiān)測及合理控制，有助于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備智能管控，減輕電網(wǎng)工作人員運(yùn)維負(fù)擔(dān)，降低設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提升電網(wǎng)運(yùn)行管理效率，提高設(shè)備運(yùn)行以及整個(gè)電網(wǎng)的供電可靠性。

1.2 變電站監(jiān)控系統(tǒng)的功能

在變電站不同運(yùn)行狀態(tài)下，應(yīng)用變電站監(jiān)控和輔助監(jiān)控系統(tǒng)能夠全面、實(shí)時(shí)掌握變電站目前的運(yùn)行狀態(tài)。若變電站設(shè)備由于各種原因出現(xiàn)一系列異常或故障，異常或故障發(fā)展到閾值便會(huì)發(fā)出相應(yīng)信號，變電站監(jiān)控系統(tǒng)對變電設(shè)備情況進(jìn)行快速、有效反饋，幫助電網(wǎng)工作人員迅速定位故障設(shè)備，查找發(fā)生異常、事故的具體設(shè)備或地點(diǎn)，盡快消除設(shè)備缺陷、故障，降低因設(shè)備異常、運(yùn)行故障所產(chǎn)生的電網(wǎng)功率損失和社會(huì)不良影響。

變電站監(jiān)控系統(tǒng)可對一、二次設(shè)備及現(xiàn)場工作情況監(jiān)視，根據(jù)用戶實(shí)際需求和設(shè)備具體運(yùn)行狀況，對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估及預(yù)測未來用電，調(diào)整用電負(fù)荷分配和安排系統(tǒng)計(jì)劃檢修工作，在加強(qiáng)電網(wǎng)設(shè)備維護(hù)和管理方面發(fā)揮重要作用。對變電站監(jiān)控系統(tǒng)各項(xiàng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，能更加準(zhǔn)確地展現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、重載情況及不同工作環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的電能損耗問題，以便電網(wǎng)管理部門對監(jiān)控信息進(jìn)行分類處置、閉環(huán)管理，推動(dòng)數(shù)字化應(yīng)用、數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升電網(wǎng)智能管控水平。

2 智能化儀表在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 智能化儀表在變電站應(yīng)用的重要作用

智能化儀表是一種實(shí)現(xiàn)信息采集及信息傳遞，對采集的信息進(jìn)行處理的新型設(shè)備，具有監(jiān)測、保護(hù)、控制等多種功能，具備控制精度高、自動(dòng)化程度高、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、良好的人際交互能力等特征。在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中運(yùn)用智能儀表可實(shí)現(xiàn)儀表模塊化應(yīng)用、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、前端信息數(shù)據(jù)處理，多種交互信息輸出等功能，有效節(jié)約變電站建設(shè)成本，提升變電站信息反饋能力、智能控制能力和精確控制能力，提升整體運(yùn)行穩(wěn)定性。

智能化儀表技術(shù)的推廣使用，可采集變電站的運(yùn)行過程中不同狀態(tài)下各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如電壓、電流、功率等狀態(tài)量數(shù)據(jù)，采集各項(xiàng)數(shù)據(jù)能夠在前端處理，也可直接在儀表和后臺(tái)上展示處理，數(shù)據(jù)信息獲取和處理更為方便、快捷。智能化儀表能時(shí)刻關(guān)注變電設(shè)備實(shí)際工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對變電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)反饋、上傳設(shè)備數(shù)據(jù)，為變電站的有效管理工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

智能化儀表具有智能化、數(shù)字化以及自動(dòng)化的特征，可在前端結(jié)合用戶的真實(shí)需求調(diào)整變電站的各類設(shè)備運(yùn)行環(huán)境和反饋運(yùn)行狀態(tài)，使設(shè)備運(yùn)行環(huán)境能滿足設(shè)備運(yùn)行正常各種需求，包括關(guān)閉開啟溫度、壓力、熱量等各項(xiàng)開關(guān)設(shè)備，具有良好的集成和自診斷功能，并提高了控制精度和準(zhǔn)確度，逐步革新變電站智能管控平臺(tái)。智能化儀表還具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和展示功能，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)切換和換算，將所需要的各種數(shù)據(jù)直接展示出來，便于直觀了解數(shù)據(jù)具體的數(shù)值，提升數(shù)據(jù)應(yīng)用直觀性。

2.2 智能化儀表的組成及工作原理。

智能化儀表以單片機(jī)為主體，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與檢測技術(shù)相結(jié)合，由硬件和軟件兩部分組成，其中硬件包括主控模板及顯示模板兩部分。主控模板是儀表中較為重要的結(jié)構(gòu)，硬件中設(shè)計(jì)應(yīng)用大量主控板部件，還有電源板等其它部件。顯示模板的具體功能是針對設(shè)備所能得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)展示，提供相應(yīng)參考數(shù)據(jù)，從而為現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)視、控制奠定基礎(chǔ)。通過通信協(xié)議及無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)、硬件設(shè)備的通信和控制。具體工作原理為對狀態(tài)量及模擬量進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換，同時(shí)采集狀態(tài)量、模擬量運(yùn)行的結(jié)果將會(huì)上傳到后臺(tái)系統(tǒng)及主機(jī)，對上傳的數(shù)據(jù)及內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過預(yù)警、人為干預(yù)等方式提高數(shù)據(jù)使用價(jià)值。

智能化儀表設(shè)計(jì)有主程序，還包括終端程序，這兩部分共同構(gòu)成了儀表的軟件部分，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用了模塊化建模理念。在主程序設(shè)計(jì)過程中會(huì)對各部分進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，設(shè)置相關(guān)的工作狀態(tài)。系統(tǒng)通過用戶需求分配需要承擔(dān)的相應(yīng)具體任務(wù)，同時(shí)協(xié)調(diào)不同系統(tǒng)間協(xié)同開展工作，通過工作優(yōu)先級各模塊相互結(jié)合，使系統(tǒng)運(yùn)行的更加流暢。在終端控制系統(tǒng)當(dāng)中涵蓋了時(shí)鐘中段、測頻中段及通訊中段三個(gè)不同的部分，其中時(shí)鐘中段所產(chǎn)生的主要作用就是完成a/d 采樣的轉(zhuǎn)換工作，這是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。此外還可以完成的數(shù)據(jù)的限時(shí)及相關(guān)設(shè)備的有效輸出控制，包括對開關(guān)量檢測的定時(shí)操作等功能。

測頻中段則主要指的是對正弦波的周期進(jìn)行計(jì)算，從而得出相關(guān)的信號頻率，當(dāng)然具體的時(shí)效實(shí)現(xiàn)過程是需對正弦波進(jìn)行輸入信號的有效模擬產(chǎn)生一定干擾作用，計(jì)算正弦波中兩個(gè)零點(diǎn)間存在的時(shí)間差，最終實(shí)現(xiàn)的就是測評中段的功能。通信傳遞中斷包括了通訊的接收和發(fā)送兩個(gè)不同的部分，在接收數(shù)據(jù)信息的時(shí)候，如果信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性無法得到保障，那么通信傳遞就會(huì)隨之而中斷，在對涉及到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送時(shí)，還需要做的就是校驗(yàn)循環(huán)冗余碼。

2.3 智能化儀表的通信格式

智能化儀表的通信格式和協(xié)議通信格式相同，通信命令信息共涵蓋四個(gè)部分，其內(nèi)容分別是單元通信地址，還有通信指令以及數(shù)據(jù)段，最后一步是檢驗(yàn)和環(huán)節(jié)。系統(tǒng)單元的通信地址是指用戶在應(yīng)用智能化儀表時(shí)需提前設(shè)置一個(gè)用戶專用地址，該地址便于系統(tǒng)指令統(tǒng)一，子系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)下達(dá)的指令進(jìn)行應(yīng)答，針對不同智能化儀表用戶可定制個(gè)性化需求方案。通信指令用于系統(tǒng)下達(dá)動(dòng)作指令，設(shè)備能按照下達(dá)的指令進(jìn)行有效的運(yùn)轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)段則是智能化儀表執(zhí)行的各種命令中一個(gè)有效的信息表現(xiàn)形式，存在多種不同的類型，如數(shù)值、地址等數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)段可更清晰地了解相對應(yīng)的通信信息內(nèi)容，并能更清楚、明確反應(yīng)通信系統(tǒng)通訊狀態(tài)。校驗(yàn)功能是對上述功能中所包含的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。

3 智能化儀表在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用的價(jià)值

3.1 提高了變電站運(yùn)行的可靠性

當(dāng)前變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)趨勢是智能化變電站。智能化儀表的有效運(yùn)用也是智能化水平的重要標(biāo)志，是智能變電站實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)內(nèi)容和重要的前提。通過在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中對智能化儀表的有效應(yīng)用，可充分發(fā)揮智能化儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控方面的功能，實(shí)現(xiàn)變電站數(shù)據(jù)信息及時(shí)傳遞，對變電站各個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)進(jìn)行有效監(jiān)測和合理控制，實(shí)現(xiàn)了對變電站進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。利用智能化儀表所搜集到并提供的各種非常詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容，可及時(shí)根據(jù)變電站運(yùn)行狀況進(jìn)行有效調(diào)整，面對故障時(shí)也能及時(shí)消除危機(jī)及這些故障所產(chǎn)生的一系列影響，制定相對應(yīng)的解決性措施，科學(xué)有效的處理故障，避免故障所產(chǎn)生的更多負(fù)面影響，這樣也確保了變電站運(yùn)行的安全性及變電站運(yùn)行工作的可靠性和穩(wěn)定性。

3.2 提高了變電站的整體運(yùn)行效率

變電站運(yùn)行設(shè)備及輔助設(shè)備數(shù)量多，大部分設(shè)備操作存在操作和管理風(fēng)險(xiǎn)，若對這些設(shè)備運(yùn)維或應(yīng)用不當(dāng)，或?qū)@些設(shè)備應(yīng)管理不當(dāng)會(huì)大幅降低設(shè)備使用壽命，降低運(yùn)維工作人員工作效率，降低電網(wǎng)安全和穩(wěn)定性。在沒辦法滿足正常用電需求的同時(shí)，還易在這些電力設(shè)備中產(chǎn)生更多安全隱患問題。在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中對智能化儀表進(jìn)行有效應(yīng)用，還需利用各種數(shù)字信息化技術(shù)，時(shí)刻調(diào)整變電站運(yùn)行情況，時(shí)刻進(jìn)行有效監(jiān)督。通過這些技術(shù)的科學(xué)使用也能減輕變電量管理工作人員在工作過程中面臨的壓力，因?yàn)橹悄芑瘍x表的智能化所具備的特點(diǎn)可使其更加便捷地對邊界面進(jìn)行有效的控制，提高工作運(yùn)行過程中的效率水平。此外還可根據(jù)智能化儀表得到的各種數(shù)據(jù)信息，調(diào)整變電站運(yùn)行的工作方式，簡單的降低其中出現(xiàn)的損耗，最終實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行效率的有效提高。

綜上，目前智能化儀表的應(yīng)用對變電站建設(shè)和維護(hù)發(fā)揮著重要作用，對變電站應(yīng)用控制方式的改革也是智能化變電站建設(shè)中一項(xiàng)重要舉措。智能化儀表正朝著簡單、可靠、開放、兼容等方向發(fā)展，未來勢必將更人性化、智能化，并發(fā)展成為一種標(biāo)準(zhǔn)、一種通用技術(shù)平臺(tái)，更好地為變電站運(yùn)行提供可靠服務(wù)。