變電站綜合預警系統(tǒng)研究與應用

云南電網(wǎng)有限責任公司玉溪供電局 李本惠 朱玉鑫 湯 蓮

設備的多樣化和網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大，網(wǎng)絡的復雜性不斷增加，同時對電力網(wǎng)絡運維的要求也越來越高。另一方面，隨著各種業(yè)務與發(fā)電、運營和管理的關聯(lián)度越來越高，業(yè)務對網(wǎng)絡的實時性、安全性和帶寬的要求越來越高，現(xiàn)有的后修模式不可避免地會影響一些通信。業(yè)務對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行構成一定威脅的業(yè)務。另一方面，通信網(wǎng)絡網(wǎng)絡故障類型多、變化快、涉及網(wǎng)元多、具有顯著時空突發(fā)事件的特點。從理論研究入手，解決電網(wǎng)維面臨的新需求和新挑戰(zhàn)，克服核心技術以適應業(yè)務需求、綜合監(jiān)控和智能變電站運維早期研究和設計補償為目標。同時，變電站在現(xiàn)代電網(wǎng)的輸配電中起著舉足輕重的作用，其安全運行尤為重要。實施少量或無人值守變電站后，必須解決變電站設備運行的可靠性、變電站安全管理和遠程監(jiān)控等問題運?；谙冗M的網(wǎng)絡通信技術、計算機技術和智能檢測技術，研究開發(fā)了變電站安全運行綜合預警系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分層分布式結構，由變電站端、監(jiān)控中心和通信網(wǎng)絡三部分組成。對該系統(tǒng)的通信技術進行具體研究，設計了一套圖像監(jiān)控裝置和安全預警裝置。視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要從整體硬件配置和二次開發(fā)方面進行討論，安全預警系統(tǒng)主要從硬件配置方面進行討論。系統(tǒng)的應用主要是系統(tǒng)軟件的應用，系統(tǒng)的其他參數(shù)可以根據(jù)溫度和濕度的設置進行設置。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對變電站運行環(huán)境的實時監(jiān)控和預警，可以大幅提高變電站的安全運行水平。

1 系統(tǒng)功能構成

1.1 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心由服務器、數(shù)據(jù)服務器、安全報警服務器、工作站組成，是系統(tǒng)的主要軟件。安全警報服務器的主要功能是通過網(wǎng)絡獲取系統(tǒng)的所有環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)，并分發(fā)到各個工作站的客戶端。所謂的服務器本質(zhì)上就是一臺電腦，但是它的性能比普通電腦要高，比如更高的時鐘速度、更大的內(nèi)存、更先進的大硬盤等等。服務器提供了共享機制，只要有服務器指定的機制，局域網(wǎng)內(nèi)的任何客戶端都可以根據(jù)其權限獲取該資源。一方面，只有服務器才能完成一些無法完成的任務，另一方面，也可以降低整個系統(tǒng)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡成本。服務器主要為系統(tǒng)提供網(wǎng)絡服務，使系統(tǒng)的任何授權用戶都可以通過互聯(lián)網(wǎng)隨時隨地使用系統(tǒng)。

1.2 通訊網(wǎng)絡

每個站端和監(jiān)控中心通過兩個以太網(wǎng)橋通過電力系統(tǒng)專用通道互連。監(jiān)控中心內(nèi)部是局域網(wǎng)，通訊只是比較簡單的以太網(wǎng)通訊方式。但是在變電站的情況下，通訊方式更加多樣化，在環(huán)境監(jiān)測部分，主要有兩種通訊方式：現(xiàn)場總線CAN 和串口通訊。視頻監(jiān)控單元采用以太網(wǎng)和通訊方式，其中一臺用作云臺控制總線。

1.3 變電站

目前，我們的圖像監(jiān)控裝置以及安全預警裝置實現(xiàn)了變電站的圖像和環(huán)境監(jiān)控件。圖像監(jiān)控裝置的主要功能是實時傳輸，現(xiàn)場工作人及時了解操作情況。此外通過運動檢測以及智能識別技術，提供變電站相關運行的信息。安全預警裝置的主要功能是采集一些威脅變電站內(nèi)外安全運行的環(huán)境參數(shù)，實時提供給遠程監(jiān)控中心。如果現(xiàn)場的這些環(huán)境參數(shù)發(fā)生異常變化，監(jiān)控中心工作站的工作人員就可以及時發(fā)現(xiàn)問題，降低了變電站因環(huán)境因素而發(fā)生事故的概率，進一步保證了安全運行。該裝置由環(huán)境參數(shù)采集裝置和環(huán)境參數(shù)處理裝置兩部分組成，主要是各種傳感器、變送器或環(huán)境檢測設備集檢測、傳輸于一體，對環(huán)境進行所有有計劃的監(jiān)測工作。數(shù)據(jù)數(shù)字化和模擬操作允許傳感器探頭獲得人類可用的數(shù)據(jù)。環(huán)境處理單元采用單片機作為關鍵的安全預警終端。它承載了單片機的可編程功能，一個通訊口將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到串口服務器，供監(jiān)控中心服務器調(diào)用。

2 變電站綜合預警系統(tǒng)具體實施

2.1 圖像監(jiān)控

圖像監(jiān)控技術是通過變電站技術創(chuàng)新的不斷推進，電力系統(tǒng)的自動化程度大大提高，實現(xiàn)了遠程變電站的遙測。通過遠程功能的實現(xiàn)，靈活的反映了變電站的運行，在反復對變電站一次、二次設備的外部監(jiān)控和變電站的防火防盜，實行相關部分的操作。不斷地通過這些薄弱環(huán)節(jié)直接影響到無人值守變電站的安全運行。變電站斷路器，該局靈活方便，清晰實時，可以監(jiān)控所有攝像機的畫面，控制云臺和鏡頭。設計為數(shù)字視頻錄像功能，可用于變電站丟失或事故分析報警聯(lián)鎖功能當發(fā)生報警時，來自監(jiān)控主機的圖像自動切換到相應的攝像頭系統(tǒng)包括數(shù)字視頻優(yōu)先級和權限設置，用戶動作記錄等。多路分屏實時監(jiān)控系統(tǒng)可在一臺顯示器上同時監(jiān)控相同或不同的前端。視頻監(jiān)控單元設計圖像監(jiān)控單元組織結構視頻監(jiān)控單元由硬盤錄像機、室外高壓半球攝像機和室內(nèi)全向技術組成，其在系統(tǒng)中的作用不容小覷。視頻監(jiān)控裝置是變電站遠程直觀監(jiān)控系統(tǒng)的基本條件，同時各種報警聯(lián)動需要視頻監(jiān)控裝置的支持。

2.2 數(shù)據(jù)采集

采集器開關量采集器主要由單片機、接口、光電隔離電路和邏輯處理電路組成。采用單片機作為數(shù)據(jù)處理器，接口為預警主機提供輸出通道，光電隔離電路的作用是避免或減少采集信號因電磁污染而失真。它用于收集和利用來自各種傳感器的信號作為數(shù)字信號輸出。數(shù)據(jù)接收接口有兩個接口和兩個單接口，接口主要用于為數(shù)據(jù)采集器提供一個輸入通道，一個接口是溫濕度變送器和無線溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)輸入，另一個接口也用作預警主機[1]。輸出接口連接串口服務器供監(jiān)控中心服務器使用該監(jiān)控數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理器是預警主機的核心，所有數(shù)據(jù)都必須在該主機上處理并發(fā)送到串行服務器。實時狀態(tài)顯示部分主要是液晶顯示電路，通過它也可以現(xiàn)場觀察檢測結果，同時還可以顯示預警主機是否工作正常。

2.3 安全預警

安全預警裝置的主要功能是監(jiān)測環(huán)境溫濕度、煙霧、火焰、變壓器噪聲、高壓電纜溫度、門禁系統(tǒng)、安全等因素。通過變電站和現(xiàn)場總線采集影響各傳感器接收變電站安全運行的各種參數(shù)，并確定和處理預警終端信息。安全預警裝置由安全預警主機、數(shù)據(jù)采集器和若干智能環(huán)境探測器組成。安全預警主機通過總線連接采集器，通過串口與主站通信。開關量采集器采集來自煙霧、火焰、洪水、室內(nèi)侵入等不同類型探測器的開關狀態(tài)信號。模擬量收集器收集不斷變化的信號，例如噪聲。最大探測距離非法入侵探測器，視角角度煙霧探測器報警集中變暗，報警后延時自動復位。液位檢測器警報高度總警報延遲時間、事件分辨率、遙測刷新率和實時指示器、遙測變化傳輸時間、信號變化傳輸時間、事故位移警報響應時間、呼叫屏幕響應時間、屏幕數(shù)據(jù)響應時間、全系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新周期、事故彈出屏幕時間、遙控返回時間、位移響應時間、遙控命令響應時間、可靠性指標可用性、正常情況下主機平均負載率、網(wǎng)絡負載率、遠程控制準確率、平均故障間隔時間，主站和遠程終端全滿[2]。

2.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫

一個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設計是否合理，關系到系統(tǒng)運行的可靠性，決定了系統(tǒng)的可用性。監(jiān)控數(shù)據(jù)庫是存儲和管理所有監(jiān)控參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，它包含大量的數(shù)據(jù)，其設計直接關系到系統(tǒng)的效率和運行的穩(wěn)定性。由于預警數(shù)據(jù)變量的種類很多，如果對每個變量都設計一個表，一是讓數(shù)據(jù)庫變得過于復雜，二是考慮為每個數(shù)據(jù)表增加數(shù)據(jù)文件和日志文件，負擔增加。因此，將數(shù)據(jù)集中在一個表中是一種減少數(shù)據(jù)庫表數(shù)量的方法。預警數(shù)據(jù)分為三種類型：模擬、數(shù)字和視頻模擬?？梢源鎯δM量的表也必須存儲數(shù)字量。這是存儲空間的一個小浪費，但與前面提到的由于數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)和日志文件，尤其是日志文件的增長而造成的浪費相比，是微不足道的。經(jīng)過綜合考慮，設計站點列表用于存儲所有監(jiān)控站點的信息。監(jiān)控設備列表用于監(jiān)控設備管理。同時，它區(qū)分變量。監(jiān)測變量列于綜合預警中。軟件設計表預警變量初始化、相關管理數(shù)據(jù)存儲管理、設計監(jiān)控變量實時值表對各類預警實時數(shù)據(jù)存儲管理、設計監(jiān)控預警數(shù)據(jù)存儲歷史值用于管理的變量歷史值表。系統(tǒng)還需要設計兩個輔助表來完成站點、站點地圖和站點監(jiān)控地圖信息的存儲管理和相關配置[3]。站點地圖配置信息表用于變電站站點地圖的系統(tǒng)配置和各站點監(jiān)控地圖的監(jiān)控。每個站點的監(jiān)控分布圖使用監(jiān)控預置點配置表。用戶登錄數(shù)據(jù)庫是存儲和管理用戶登錄相關任務的數(shù)據(jù)庫，類型簡單，關聯(lián)度不高[4]。大多數(shù)表是在數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建后初始化的固定表。表是固定表，在一段時間內(nèi)不會隨機變化，第四張表隨著用戶使用系統(tǒng)而改變內(nèi)容，并始終存儲系統(tǒng)所有用戶的登錄和注銷記錄。

3 系統(tǒng)的安裝注意事項

前期安裝工作確保施工工具齊全，原材料齊全，在可以搭建變電站的前提下，設置一些傳感器和舊相機的地址。監(jiān)測點布置變電站遠程監(jiān)測監(jiān)測點的分布按空間范圍分為室外和室內(nèi)兩部分。變電站外部主要包括環(huán)境壓力、變電站、圍欄、大門等監(jiān)測對象。變電站遠程監(jiān)控需要設置的位置包括主控室、高壓開關柜室和電容器室。各項具體功能的實現(xiàn)與監(jiān)測點的布置密切相關，監(jiān)測點布置是否合理是整個變電站遠程監(jiān)測系統(tǒng)有效運行的關鍵。監(jiān)控點的布置包括攝像頭、門磁、探測器的分布和配置。相機和各種傳感器必須正確放置才能很好地發(fā)揮其功能。接線安裝按照上述準備工作開始接線并安裝每個系統(tǒng)組件。我們首先進行布線，在布線時測試電纜的可用性，根據(jù)安裝難度和子布局安裝設備，并在安裝過程中進行調(diào)試。安裝注意事項安裝時調(diào)試，調(diào)試前不要安裝所有設備調(diào)試必須逐個或按類型進行避免設備和站內(nèi)產(chǎn)生高電壓和強電磁波的地方嘗試安裝接線安全警告主機、硬盤錄像機等[5]。在電磁環(huán)境較好的主控室，制定合理的工程進度表，降低安裝成本注意安全一般情況下，變電站都有高壓。

4 結語

在配備視頻監(jiān)控系統(tǒng)的有人值班變電站中，可以監(jiān)控煙霧、非法進入等有限事件，但可以監(jiān)控溫度、濕度、環(huán)境火焰、小動物侵入電纜溝和淹沒，以及工作現(xiàn)場的空調(diào)狀況。向?qū)崟r性較差的運營監(jiān)控人員提供事件信號，往往導致運營監(jiān)控人員無法及時發(fā)現(xiàn)隱患。預警系統(tǒng)中配置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其他監(jiān)控終端實現(xiàn)報警聯(lián)鎖。對各種業(yè)務子系統(tǒng)和機房設備進行綜合管理，具有跨平臺、組合設計、實時、flash 動畫效果、歷史回放等優(yōu)良特性，該系統(tǒng)的應用大大提高了運維。電網(wǎng)的可管理性和高效性有力地保障了電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。