基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站運行環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

黃建威

深圳市電網(wǎng)通信有限公司 廣東 深圳 518000

引言

針對智能變電站設(shè)備數(shù)量眾多、運行環(huán)境復(fù)雜、數(shù)據(jù)傳輸干擾大等特點，采用專用軟件程序?qū)崿F(xiàn)對智能變電站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的綜合診斷、評估，設(shè)備狀態(tài)具有一定的規(guī)律性和穩(wěn)定性。由于數(shù)據(jù)傳輸干擾大等特點，在監(jiān)測過程中經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)，由于智能變電站設(shè)備在發(fā)生故障時，其溫度變化具有一定的規(guī)律性和穩(wěn)定性，因此對設(shè)備溫度變化趨勢進(jìn)行監(jiān)測，及時采取措施，防止事故的發(fā)生，是智能變電站設(shè)備溫度變化趨勢的一個重要方面。

1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

中國的智能變電站從2009年開始建設(shè)，根據(jù)國家電網(wǎng)公司的要求，對智能變電站進(jìn)行智能化輔助控制系統(tǒng)和智能化輔助控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)，到目前為止，部分智能變電站已配置智能輔助控制系統(tǒng)電源設(shè)備，但其效率還有待進(jìn)一步提高。研究結(jié)果表明，智能變電站在此階段應(yīng)結(jié)合智能輔助控制系統(tǒng)的實際運行情況，分析智能聯(lián)動控制系統(tǒng)的性能，以提高智能聯(lián)動控制系統(tǒng)的運行質(zhì)量，主要是采用人工巡邏的方式進(jìn)行智能監(jiān)控，此階段智能變電站不能完全適應(yīng)新的智能變電站的實際運行，總結(jié)分析以積累更多的經(jīng)驗，保證整個系統(tǒng)的水平有較大的提高。

自動控制方面，新一代信息技術(shù)與常規(guī)變電站設(shè)備相結(jié)合，實現(xiàn)了自動化、智能化方面，新一代信息技術(shù)發(fā)揮智能控制功能，對傳統(tǒng)變電站設(shè)備運行管理進(jìn)行了全面的升級和改造，技術(shù)人員可以利用專用軟件程序?qū)鹘y(tǒng)變電站內(nèi)部設(shè)備的運行狀況和管理進(jìn)行監(jiān)測和評估，發(fā)現(xiàn)問題后立即對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行定位和分析，并根據(jù)反饋結(jié)果[1]。但從實際情況看，智能變電站多、運行環(huán)境復(fù)雜，由于執(zhí)行器監(jiān)控難、數(shù)據(jù)采集難、數(shù)據(jù)失真等原因，很容易受到各種不確定因素的影響，因此必須采用新技術(shù)實現(xiàn)變電站運行環(huán)境動態(tài)監(jiān)控管理。

2 監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

工作人員可以根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)作用形式以及技術(shù)性質(zhì)的區(qū)別，將監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架分為應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層以及感知層三種。應(yīng)用層主要對應(yīng)的是數(shù)據(jù)展示以及應(yīng)用層結(jié)構(gòu)體系、網(wǎng)絡(luò)層主要對應(yīng)的是數(shù)據(jù)傳輸層結(jié)構(gòu)體系、感知層主要對應(yīng)的是傳感器采集層結(jié)構(gòu)體系。從其結(jié)構(gòu)框架設(shè)計中可以明顯看出，此三種類型的結(jié)構(gòu)框架中涉及的關(guān)鍵因素眾多，因此，工作人員需要從此三類結(jié)構(gòu)框架入手，對監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃與設(shè)計。

2.1 應(yīng)用層結(jié)構(gòu)框架

根據(jù)輸入性質(zhì)可以將應(yīng)用軟件平臺進(jìn)行詳細(xì)劃分，可以將其分為監(jiān)視、通信以及數(shù)據(jù)庫等不同的軟件類型。在工作人員建設(shè)應(yīng)用軟件平臺時，需要嚴(yán)格遵從國際標(biāo)準(zhǔn)，對其進(jìn)行優(yōu)化處理，從而不斷增強(qiáng)系統(tǒng)的開放性。從客觀角度而言，應(yīng)用軟件平臺幾乎可以說是所有系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其不僅具備著系統(tǒng)橫向以及縱向全方位的集成任務(wù)工作，還承擔(dān)著保證各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點正常運營的環(huán)境優(yōu)化職責(zé)。

2.2 網(wǎng)路層結(jié)構(gòu)框架

通常而言，變電站監(jiān)測系統(tǒng)在對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行智能采集的過程中需要具備以下特征：首先，工作人員必須積極運用現(xiàn)代化科技以及高集成度微電子技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò)通信方式進(jìn)行合理配置，并且保證后續(xù)安裝與維護(hù)工作的有序正常開展，不斷增強(qiáng)終端集成度。其次，工作人員可以有效運用LCD顯示技術(shù)，為告警以及終端配置等裝置提供較好的數(shù)據(jù)資源。并且，運用鐵電存儲器工作人員可以將海量的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)妥有效保存。與此同時，在對信息進(jìn)行監(jiān)控時，工作人員需要充分利用傳輸?shù)碾p向優(yōu)勢，積極應(yīng)用以太網(wǎng)或無線射頻網(wǎng)等各種方式顯著增強(qiáng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的運輸效率。再次，在設(shè)計過程中，工作人員可以最優(yōu)選擇帶有對環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的集中器設(shè)備，設(shè)備的監(jiān)控功效應(yīng)具有良好的通信、遙測以及遙控等功效。最后，工作人員需要將操作系統(tǒng)向圖形化方向轉(zhuǎn)變，從而保證工作的有效性，突出數(shù)據(jù)信息交互以及后續(xù)維護(hù)工作的優(yōu)勢。

2.3 感知層結(jié)構(gòu)框架

工作人員可以選擇將有源無線射頻以及數(shù)字式傳感器等兩種設(shè)備互相融合的形式提高數(shù)據(jù)信息采集工作質(zhì)量，增強(qiáng)環(huán)境信號傳輸速度。同時，工作人員最好選用帶有應(yīng)用軟件的電路板，從而可以對濕度以及溫度進(jìn)行有效的監(jiān)測分析，從而依據(jù)最終結(jié)果，對變電站所處的具體環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)分析。

3 監(jiān)測系統(tǒng)功能分析

變電站環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)首先具備對變壓器安全的監(jiān)測功效，其主要對變壓器局部放電、套管、油中微水以及溶解氣體等故障連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測，從而可以對變壓器自身的絕緣狀況進(jìn)行深入了解與綜合分析診斷，完美實現(xiàn)對變壓器的安全預(yù)警。對于反應(yīng)容性設(shè)備而言，設(shè)備的等效電容以及介質(zhì)損耗角可以充分反映其設(shè)備絕緣情況，針對以上參量，工作人員可以利用系統(tǒng)連續(xù)的對其絕緣情況進(jìn)行深入分析，完美達(dá)到對反應(yīng)容性設(shè)備的安全預(yù)警以及絕緣情況分析。其次，工作人員可以利用系統(tǒng)對避雷器電流泄漏的阻性分量進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集與分析,從而積極判定避雷器自身絕緣情況，保證預(yù)警工作的順利開展。工作人員還可以對變電站環(huán)境空氣中的氧氣以及六氟化硫含量，從而可以精準(zhǔn)分析在六氟化硫氣體在環(huán)境中的濃度是否符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而可以判斷高壓設(shè)備自身絕緣情況。變電站環(huán)境預(yù)警系統(tǒng)可以對變電站重要設(shè)備以及場所的外界工作環(huán)境，像明火煙霧、外界溫度、電纜溝是否進(jìn)水、是否有動物闖入、是否有非工作人員闖入等情況實時進(jìn)行監(jiān)測，一旦有任何異常情況出現(xiàn)，系統(tǒng)可以立即報警并作出明確顯示，并利用現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息上傳，保證信息的準(zhǔn)確性與及時性。在變電站運行環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，工作人員已經(jīng)應(yīng)用了技術(shù)十分嫻熟的無線通信以及傳感技術(shù)，完美的實現(xiàn)信號傳輸以及高壓隔離工作，并且運用其特有的抗電磁場干擾以及絕緣性能，可以直接從根源上解決變電站高壓開關(guān)柜之中無法準(zhǔn)確監(jiān)測觸點運行溫度的難題。工作人員可以在每一個高壓開關(guān)柜的刀閘以及觸頭上安裝系統(tǒng)，進(jìn)而利用無線傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)信息傳遞到集中器，完美實現(xiàn)遠(yuǎn)程預(yù)警功效。工作人員還可以利用微處理與通信技術(shù)，積極應(yīng)用國外先進(jìn)的傳感器，利用接觸式測量的工作原理，對電纜運行過程中的溫度實時進(jìn)行監(jiān)測，此時系統(tǒng)可以利用棒圖、曲線、數(shù)值以及模擬圖等多種方式展現(xiàn)溫度的變化趨勢。最后，工作人員可以利用系統(tǒng)對變電站中蓄電池組充電以及輸出的電壓數(shù)值實時進(jìn)行監(jiān)測，從而可以制定不用員工值班的工作室。尤其可以解決通信機(jī)房沒有電源或者電源出現(xiàn)故障時產(chǎn)生的蓄電池受損問題，杜絕安全隱患存在，有效保障了工作站的安全。

4 監(jiān)測系統(tǒng)的功能設(shè)計

4.1 主變油色譜在線監(jiān)測設(shè)計

按照物聯(lián)網(wǎng)的運行方式，網(wǎng)格層與傳輸采集層相對應(yīng)，應(yīng)用層與數(shù)據(jù)應(yīng)用層相對應(yīng)，具體表現(xiàn)在因特網(wǎng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)中，從因特網(wǎng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度看，因特網(wǎng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)運行環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)需要協(xié)調(diào)、合理輸入，優(yōu)化商用數(shù)據(jù)庫，以確保系統(tǒng)的開放性和可持續(xù)、改進(jìn)性，并可從目標(biāo)上考慮應(yīng)用軟件平臺的集成系統(tǒng)。該方法既考慮縱向、橫向集成的任務(wù)管理，又能優(yōu)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的良好運行環(huán)境。

4.2 安全設(shè)計

變電站容設(shè)備監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測預(yù)警和無線高壓測溫等方面進(jìn)行統(tǒng)籌和合理設(shè)計，在變壓器指令安全監(jiān)測設(shè)計中，應(yīng)針對變壓器故障，根據(jù)監(jiān)測反饋的運行異常的問題進(jìn)行準(zhǔn)確工位分析，根據(jù)具體原因采取針對性措施，加強(qiáng)變壓器絕緣安全預(yù)警功能。在變電站容設(shè)備監(jiān)測中，應(yīng)主動將智能控制與自動管理相結(jié)合，實現(xiàn)對變電站重要場所及等效電容的實時監(jiān)測功能，保證了信號的安全傳輸，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合傳統(tǒng)變電站設(shè)備高壓開關(guān)接頭工作溫度難以監(jiān)測的特點，與無線高壓測溫技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了實時監(jiān)測。

此外，為了進(jìn)一步提高變電站運行環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的安全性，設(shè)計人員可以主動將GPRS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，主要是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的宏觀控制優(yōu)勢，實現(xiàn)對變電站運行環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測與分析，如在采用傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)過程中，現(xiàn)場運營商可以利用 GPRS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)對設(shè)備運行溫度和運行圖像的監(jiān)測與管理，利用 GPRS技術(shù)對設(shè)備的異常情況進(jìn)行定位和分析，及時解決現(xiàn)場運行中的問題。

4.3 智能監(jiān)控設(shè)計

該方案的設(shè)備包括：主變鐵芯、氧化鋅避雷器、主變油色譜單元、兼容高壓設(shè)備監(jiān)測單元、金屬氧化鋅避雷器監(jiān)測單元、變壓器鐵芯電流監(jiān)測單元等，智能變電所各單元可分別配置，控制電纜可與設(shè)備主體相連，站內(nèi)自動化系統(tǒng)可與設(shè)備相連，智能監(jiān)控系統(tǒng) IED安裝在智能控制柜上，考慮功能和成本因素，智能變電所可選擇中空智能控制柜與風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)后臺軟件可分層設(shè)計，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、分析、處理和存儲，體現(xiàn)了配置靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)、集中程度高的特點[2]。

4.4 智能循環(huán)設(shè)計

對設(shè)備工作溫度、壓力密度、雷擊泄漏電流的報警，其中感應(yīng)網(wǎng)主要包括監(jiān)控能力，通過軟件分析設(shè)計，實現(xiàn)功率提高的同時考慮到設(shè)備在高溫、高壓、強(qiáng)磁場環(huán)境中運行的需要，采用軟件分析設(shè)計方法，實現(xiàn)感應(yīng)網(wǎng)的測控功能[3]。智能循環(huán)化管理實現(xiàn)對感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中上傳數(shù)據(jù)的處理，將控制信號發(fā)送到感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中，調(diào)整設(shè)備運行狀態(tài)，及時通知并記錄設(shè)備異常，將設(shè)備 GPRS信號保存到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，同時，當(dāng)設(shè)備發(fā)生異常時，感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中的智能監(jiān)控系統(tǒng)就會發(fā)生異常，獲取變電站的數(shù)據(jù)。

運用圖像監(jiān)控功能，對站場維修作業(yè)進(jìn)行智能確認(rèn)，還可以實現(xiàn)對監(jiān)測作業(yè)的自動監(jiān)測分析、工件對象確認(rèn)、工件識別、工件流程識別、工件詳細(xì)信息收集、工件報表自動生成、智能監(jiān)控自動完成說明。關(guān)于變壓器絕緣安全警告和設(shè)備兼容監(jiān)測，通過對變壓器故障、油、套管、油、診斷器等進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，對變壓器的絕緣進(jìn)行全其主要參數(shù)為中損角和等效電容器，用于評估兼容設(shè)備的絕緣質(zhì)量，實現(xiàn)絕緣兼容、測量和安全警告，以及無線電監(jiān)測和系統(tǒng)密集度、避雷器漏電、防雷組分檢查等。

5 結(jié)束語

總之，監(jiān)測系統(tǒng)配套使用并普遍實施，實現(xiàn)對變電站設(shè)備的實時監(jiān)控，極大地減輕監(jiān)控員的工作量，發(fā)現(xiàn)并確定發(fā)電機(jī)組的位置，正確處理機(jī)組隱藏的危險，采集、收集、匯總、處理和監(jiān)控各變電站設(shè)備的監(jiān)控數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，為我國變電站的運行提供了良好的技術(shù)保障。在設(shè)計應(yīng)用過程中，設(shè)計者可以積極地結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的宏觀控制功能，監(jiān)測、管理變電站的運行環(huán)境和運行狀況，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合其自動化和智能控制功能，及時發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)備的異常運行情況，及時反饋，防止內(nèi)部隱患擴(kuò)大；結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能診斷與分析功能，傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)從孤立狀態(tài)發(fā)展到交互式共享狀態(tài)，為我國電力生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力保障。