變電站自動監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究

馮偉 馮梅 沈永紅

摘要：變電站可以實(shí)現(xiàn)對電壓、電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及接受、分配電能，是電力系統(tǒng)中的重要組成部分之一。但實(shí)際運(yùn)行中，由于受到供電設(shè)備性能、供電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性以及高次諧波等因素的影響，導(dǎo)致變電站中的供電設(shè)備經(jīng)常會發(fā)生一些故障，甚至是不能正常運(yùn)行。面對這樣的情況，有必要應(yīng)用完善的變電站自動監(jiān)控系統(tǒng)，對變電站的運(yùn)行情況進(jìn)行有效監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，保障變電站的安全、高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變電站;自動化;監(jiān)控系統(tǒng);應(yīng)用

1變電站自動監(jiān)控系統(tǒng)的作用

變電站中自動監(jiān)控系統(tǒng)的主要作用是替代傳統(tǒng)人工值守的管理模式，采取科學(xué)化、自動化的方式，實(shí)現(xiàn)智能化、高效率的運(yùn)維工作模式，減少電力系統(tǒng)的運(yùn)行故障、提高變電站的運(yùn)行質(zhì)量，并保障周邊的安全性、環(huán)境的穩(wěn)定性。在變電站中對自動監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行有效應(yīng)用可起到五方面效果：可減少巡檢、抄錄的頻率，降低工作人員的工作量、工作強(qiáng)度;可對變電站中的各方面因素、多種設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了高度集中管理;實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備內(nèi)部運(yùn)行情況的透視，可精確分析、精準(zhǔn)定位異常故障，有利于提高變電站的運(yùn)維質(zhì)量[1];在監(jiān)控室便可完成現(xiàn)場巡檢，無需來回奔波，降低了工作人員的勞動量，也可以減少人工成本，解決了人手少、招聘難的問題。

2變電站自動監(jiān)控系統(tǒng)

目前我國變電站的監(jiān)測設(shè)備存在著一定的問題，如設(shè)備成本較高、系統(tǒng)穩(wěn)定性較差、監(jiān)測精度較低、對供電設(shè)備的集中監(jiān)控自動化水平較低等，若是變電站存在故障或隱患不能及時報警，從而引發(fā)安全事故導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。鑒于此，有必要對變電站自動監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)?，F(xiàn)提出了一種ARM嵌入式的變電站自動監(jiān)控系統(tǒng)，并對其組成、原理、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。

2.1自動監(jiān)控系統(tǒng)的組成

變電站自動監(jiān)控系統(tǒng)是由遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)、PLC主控制器、工業(yè)以太網(wǎng)、以太網(wǎng)交換機(jī)、通信設(shè)備以及35kV/110kV微機(jī)保護(hù)裝置等組成。其中遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)是由顯示器、打印機(jī)、上位機(jī)等組成;采用ARM架構(gòu)的STM32系列Cortex-M3內(nèi)核的64位中央處理器作為主控制器，最高主頻為72MHz。

變電站自動監(jiān)控系統(tǒng)采取的是智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備的分層設(shè)計方式，其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造是由站控層、間隔層以及過程層三個部分組成。其中，站控層配置了相應(yīng)的計算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與其他監(jiān)控系統(tǒng)，可在各變電站及箱變內(nèi)供電設(shè)備間構(gòu)建一個系統(tǒng)的通信管理聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與電力系統(tǒng)的對接[2]。變電站自動監(jiān)控系統(tǒng)可對35kV、110kV等電壓等級不同的變電站的開關(guān)狀態(tài)、運(yùn)行情況、運(yùn)行參數(shù)、整定等實(shí)施有效監(jiān)控，并可借助遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對變電站實(shí)現(xiàn)遙控、遙測、遙信、遙調(diào)四項(xiàng)功能。

2.2自動監(jiān)控系統(tǒng)的原理

自動監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行原理如下：首先，將微機(jī)保護(hù)裝置設(shè)置在不同電壓等級（35kV/110kV）的變電站之中，這樣的前提下，在供電期間，便可以通過微機(jī)保護(hù)裝置廣泛收集變電站的供電運(yùn)行情況、故障情況以及供電時間，然后借助有線信號網(wǎng)絡(luò)，將上述數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)酵ㄐ旁O(shè)備之中。其次，通信設(shè)備在接收到數(shù)據(jù)之后，將其傳輸給主控制器，由PLC主控制器對接受到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分類分析，并上傳給以太網(wǎng)交換機(jī)，以太網(wǎng)交換機(jī)再將數(shù)據(jù)信息通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)中的上位機(jī)，并借助顯示器將變電站的實(shí)際運(yùn)行情況直觀地顯示出來。監(jiān)控內(nèi)容主要包括變電站相關(guān)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況、實(shí)時電流、實(shí)時電壓、三相電流、三相電壓、額定電壓、功率、設(shè)備投入整定值及各類功率等。最后，若是變電站供電不穩(wěn)定或者是存在故障[3]，則主控制器在數(shù)據(jù)分析之后，便會將故障源反饋給遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)中的上位機(jī)，同時做出預(yù)警，由監(jiān)控系統(tǒng)自動化地處理故障問題。故障處理過程中，變電站自動監(jiān)控系統(tǒng)具有就地操控、站內(nèi)集中操控、遠(yuǎn)程操控三種操控方式。

2.3自動監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)分析：

2.3.1監(jiān)控精度較高

對于變電站來說，通過借助自動監(jiān)控系統(tǒng)對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、分析，并與電力系統(tǒng)的正常參數(shù)進(jìn)行比較，便可準(zhǔn)確判斷供電設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，及時發(fā)現(xiàn)電流、電壓的異常并能迅速報警。同時，也實(shí)現(xiàn)了各設(shè)備用電計量、智能化控制、數(shù)據(jù)共享、動態(tài)成像、自動存儲等功能，可為地面工作人員提供有效、真實(shí)的數(shù)據(jù)信息。

2.3.2可降低勞動強(qiáng)度

借助自動監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測人員身處于遠(yuǎn)程監(jiān)控室中也可發(fā)現(xiàn)變電站存在的故障問題、故障種類、影響范圍等，并能應(yīng)用遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)來控制變電站內(nèi)相關(guān)供電設(shè)備的電負(fù)荷情況，以縮短事故的影響時間、減小事故的影響范圍，保障供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、安全運(yùn)行，達(dá)到“無人值守”的效果。相比較于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，自動監(jiān)控系統(tǒng)大幅度減少了人工在監(jiān)控、系統(tǒng)操作、故障維修等方面的勞動量、勞動強(qiáng)度。

2.3.3自動化水平高

自動監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合了現(xiàn)場監(jiān)控、現(xiàn)場保護(hù)，可實(shí)時監(jiān)控保護(hù)變電站供電系統(tǒng)的運(yùn)行情況，若是變電站發(fā)生故障，也可及時發(fā)出警報、迅速發(fā)現(xiàn)故障源、在第一時間內(nèi)將故障情況傳送給遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)中的上位機(jī)，大大提高了監(jiān)控系統(tǒng)的自動化水平。實(shí)現(xiàn)了遙控、遙測、遙信、遙調(diào)四項(xiàng)功能。自動監(jiān)控系統(tǒng)可對變電站進(jìn)行遙控、遙測、遙信、遙調(diào)，同時與地面上位機(jī)有機(jī)結(jié)合起來，便可實(shí)現(xiàn)變電站的“無人值守”、智能控制[4]。有效應(yīng)用自動監(jiān)控系統(tǒng)，可保障變電站供電系統(tǒng)的可靠、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3.4維穩(wěn)性好

在變電站中通過對自動監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可以對機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。變電站在運(yùn)行中，對相關(guān)調(diào)度指令合理分析實(shí)施相應(yīng)操作，可以確保操作具有很好的穩(wěn)定性。變電站系統(tǒng)當(dāng)中對于智能化技術(shù)的應(yīng)用，將傳統(tǒng)設(shè)備管理模式進(jìn)行了創(chuàng)新，在變電系統(tǒng)中對先進(jìn)智能機(jī)械設(shè)備引入，確保電力系統(tǒng)自動化運(yùn)行維護(hù)，使得監(jiān)測設(shè)備具有一定的科學(xué)合理性，保證設(shè)備管理當(dāng)中相應(yīng)的功能都可以合理開展，為電力系統(tǒng)整體穩(wěn)定性的提升奠定很好的基礎(chǔ)。

缺點(diǎn)：雖然變電站自動監(jiān)控系統(tǒng)有著諸多優(yōu)點(diǎn)，但其不可避免地也有一定的缺點(diǎn)與的不足之處。經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，變電站自動監(jiān)控系統(tǒng)在諧波方面還存在一定問題。變電站中通常情況下電壓等級較高，因此供電設(shè)備在實(shí)際供電過程中會出現(xiàn)高次諧波，強(qiáng)度有強(qiáng)有弱，但均會給無線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)信號傳輸帶來一定的干擾，導(dǎo)致信號傳輸失真問題的發(fā)生。面對這樣的問題，在自動監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)有效監(jiān)測工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，判斷其是否穩(wěn)定，有必要的情況下最好是添加高次諧波濾波器，以此來預(yù)防高次諧波問題。

總而言之，變電運(yùn)行技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動化監(jiān)控發(fā)展，不但能夠?qū)崿F(xiàn)日常運(yùn)行和維護(hù)工作的便捷，還可以為信息網(wǎng)絡(luò)以及自動化技術(shù)提供良好的保障。但是，在當(dāng)前實(shí)際操作中，智能變電運(yùn)行技術(shù)還存在很多問題，因此只有不斷加強(qiáng)對人員操作技術(shù)水平以及操作方法的提升和改進(jìn)，對工作中存在的問題合理處理，這樣電網(wǎng)的運(yùn)行效率也就能夠很好的提升。

參考文獻(xiàn)

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