電力通信機(jī)房動(dòng)力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

畢研國(guó) 董 秀 趙玉田

（1.博格華納燃油系統(tǒng)(煙臺(tái))有限公司，山東煙臺(tái) 265500；2.煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院，山東煙臺(tái) 265500）

0 引言

電力應(yīng)急通信是指當(dāng)發(fā)生自然災(zāi)害、電力交通事故、設(shè)備故障等突發(fā)事件時(shí)，為快速實(shí)施搶險(xiǎn)救援，確保指揮暢通，在現(xiàn)場(chǎng)與各級(jí)事故應(yīng)急救援指揮機(jī)構(gòu)（或指揮中心）之間建立話音、圖像、數(shù)據(jù)等通信聯(lián)系，為現(xiàn)場(chǎng)救援指揮提供的通信手段。其中圖像通信能實(shí)時(shí)、具體地呈現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，在應(yīng)急通信保障期間發(fā)揮了關(guān)鍵作用。電力應(yīng)急通信應(yīng)充分利用電力專用通信、公眾移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等途徑，為電力應(yīng)急救援提供靜、動(dòng)態(tài)圖像通信服務(wù)。電力應(yīng)急圖像通信系統(tǒng)是電力應(yīng)急通信系統(tǒng)中的圖像通信部分，如何將現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)圖像傳輸至應(yīng)急指揮中心是本文的研究重點(diǎn)。

1 系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象

電力數(shù)據(jù)中心機(jī)房動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱為動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)）的監(jiān)控對(duì)象可分為三大類：第一是對(duì)設(shè)備動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)時(shí)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，如供配電系統(tǒng)開關(guān)狀態(tài)、UPS 和柴油發(fā)電機(jī)等設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)和狀態(tài)等；第二是對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，如溫度、濕度、漏水狀況、氫氣濃度等；第三是對(duì)人員設(shè)備進(jìn)出進(jìn)行監(jiān)控，如門禁、攝像頭、防入侵等安全類設(shè)備。而機(jī)柜內(nèi)服務(wù)器、交換機(jī)、加密機(jī)等安全或網(wǎng)絡(luò)類硬件設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并未被納入，不在本文探討范圍。

2 動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)產(chǎn)機(jī)房動(dòng)態(tài)環(huán)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研制20 多年，主要面向基站機(jī)房通信運(yùn)營(yíng)商和政府、大中型機(jī)房企業(yè)?；緳C(jī)房四大通信運(yùn)營(yíng)商，基站數(shù)量可達(dá)10 萬甚至數(shù)百萬，基站機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)環(huán)設(shè)備分布廣泛，接入規(guī)程多，工程開發(fā)復(fù)雜，規(guī)范要求高，可靠性高，性價(jià)比高，售后服務(wù)高，構(gòu)建動(dòng)態(tài)環(huán)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最重要的部分是使用政府部門、大型企業(yè)的接口，以及大中型高科技企業(yè)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房（如百度）。例如，有些項(xiàng)目具有較高的投資價(jià)值和較長(zhǎng)的構(gòu)建周期，通常由動(dòng)態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)制造商作為分包商或大型系統(tǒng)集成商進(jìn)行補(bǔ)充，構(gòu)建方面通常使用SNMP 進(jìn)行數(shù)據(jù)互連和交換，但標(biāo)準(zhǔn)不同。一些用于企業(yè)信息項(xiàng)目的中小型機(jī)房通常由小型動(dòng)態(tài)環(huán)監(jiān)測(cè)集成器或機(jī)房傳感器制造商建造，由配置軟件或小型動(dòng)態(tài)環(huán)監(jiān)測(cè)軟件管理，標(biāo)準(zhǔn)化水平相對(duì)較低[1]。

3 具體的電力應(yīng)急圖像通信系統(tǒng)主要存在的問題

（1）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急圖像通信設(shè)備體積大、重量大、攜帶不方便。由于電力現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急條件比較特殊，現(xiàn)代化交通工具往往不能直接到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，需要人工搬運(yùn)才可到達(dá)，導(dǎo)致應(yīng)急圖像通信時(shí)效性差，失去了應(yīng)急保障的意義。（2）應(yīng)急接入設(shè)備集成度低，配線及接口數(shù)量很多，現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)需要的時(shí)間較長(zhǎng)。應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)最后區(qū)間的接入手段導(dǎo)致傳輸帶寬受限，因此圖像質(zhì)量不高。（3）寬帶衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)是解決應(yīng)急通信的一個(gè)重要手段，雖然個(gè)別電力局集團(tuán)公司已經(jīng)在試點(diǎn)，但電力應(yīng)急通信系統(tǒng)目前還沒有統(tǒng)一規(guī)劃和建設(shè)。（4）發(fā)生應(yīng)急搶險(xiǎn)事故后，首先到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的往往不是電務(wù)系統(tǒng)維護(hù)人員，這就要求各電力局集團(tuán)公司在局內(nèi)信息傳送方式上運(yùn)用時(shí)效性更高的信息系統(tǒng)，僅僅依靠目前的應(yīng)急通信系統(tǒng)無法滿足搶險(xiǎn)需要，全員應(yīng)急是當(dāng)前迫切的需求。（5）沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，公眾移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)急通信系統(tǒng)接入既有電力應(yīng)急通信系統(tǒng)這方面仍然存在很多問題，無法正常發(fā)揮應(yīng)急通信作用。

4 建設(shè)及運(yùn)維情況

安裝、調(diào)試和維護(hù)過程中的主要問題：（1）監(jiān)控單元(如UPS、空調(diào)器、開關(guān)電源)出現(xiàn)設(shè)備品牌復(fù)雜、協(xié)議版本低、沒有智能IP 接口等情況。因此，監(jiān)控設(shè)備存在錯(cuò)誤的報(bào)警現(xiàn)象時(shí)需要工作人員進(jìn)行操作；（2）監(jiān)控設(shè)備故障(如接入控制、FSU 等)。在通常情況下，需要等待設(shè)備制造商重新發(fā)送更換部件，然后才能解決這些問題，這可能導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間故障，在故障期間無法監(jiān)控相應(yīng)的故障單元，存在安全風(fēng)險(xiǎn)；需要每個(gè)縣分支機(jī)構(gòu)準(zhǔn)備備件；（3）局部報(bào)警信息大規(guī)模延長(zhǎng)，精度不高，故障排除響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，故障處理時(shí)間長(zhǎng)；（4）移動(dòng)環(huán)監(jiān)測(cè)軟件只能為個(gè)人發(fā)放檢查計(jì)劃，不能按區(qū)一級(jí)的技術(shù)廳發(fā)放。如果區(qū)一級(jí)技術(shù)廳技術(shù)服務(wù)人員需要重新調(diào)任，檢查計(jì)劃僅限于動(dòng)態(tài)環(huán)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身，不能增加其他重要監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的檢查內(nèi)容，則該系統(tǒng)需要升級(jí)這一功能[2]。

5 開關(guān)量直集模塊

（1）重要開關(guān)監(jiān)測(cè)：通過監(jiān)測(cè)配電柜內(nèi)重要斷路器的輔助觸點(diǎn)狀態(tài)，判斷開關(guān)的通斷狀態(tài)；當(dāng)監(jiān)測(cè)的開關(guān)狀態(tài)與設(shè)定默認(rèn)狀態(tài)不一致時(shí)，監(jiān)控主系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。（2）防雷監(jiān)測(cè)：通過監(jiān)測(cè)防雷器的遙信觸點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)防雷器狀態(tài)；當(dāng)監(jiān)測(cè)的防雷器狀態(tài)與設(shè)定默認(rèn)狀態(tài)不一致時(shí)，監(jiān)控主系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。（3）新風(fēng)排煙監(jiān)控：通過在新風(fēng)和排煙管道中安裝壓差開關(guān)監(jiān)測(cè)壓差信號(hào)，監(jiān)測(cè)機(jī)房?jī)?nèi)新風(fēng)機(jī)和排煙機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，可遠(yuǎn)程控制新風(fēng)機(jī)的啟停。（4）防入侵監(jiān)測(cè)：通過在機(jī)房?jī)?nèi)安裝紅外探頭以監(jiān)測(cè)機(jī)房?jī)?nèi)人員移動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)紅外探測(cè)器的狀態(tài)異常時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。（5）消防監(jiān)測(cè)：通過采集消防控制主機(jī)報(bào)警輸出點(diǎn)的信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)房?jī)?nèi)各分區(qū)的消防狀態(tài)；一旦發(fā)生報(bào)警，系統(tǒng)就自動(dòng)切換到相應(yīng)的監(jiān)控界面，火警狀態(tài)圖標(biāo)變紅且閃爍，同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警事件并記錄存儲(chǔ)[3]。

6 實(shí)時(shí)告警問題的優(yōu)化

首先，應(yīng)嚴(yán)格控制智能設(shè)備的串行連接數(shù)量，以免串行連接設(shè)備過多導(dǎo)致數(shù)據(jù)下載速度緩慢，從而導(dǎo)致報(bào)警延遲。FSU 掃描時(shí)間合理配置，通過調(diào)整移動(dòng)環(huán)設(shè)備掃描周期來提高捕獲速度，從而縮短采集設(shè)備對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的詢問時(shí)間。其次，合理選擇設(shè)備測(cè)量點(diǎn)，選擇和優(yōu)化重要測(cè)量點(diǎn)，避免收集器過載，這會(huì)影響采購(gòu)效率。操作人員必須避免掃描非重要數(shù)據(jù)占用大量資源并導(dǎo)致收集工作延遲的情況。此外，可通過軟件控制不合理數(shù)據(jù)觸發(fā)的報(bào)警，提高報(bào)警反饋差值的屏蔽功能，如果數(shù)據(jù)輸入值超出合理范圍，可鎖定數(shù)據(jù)的這一部分，設(shè)置有效的上限和下限，消除錯(cuò)誤報(bào)警。傳輸過程中的電磁干擾產(chǎn)生的錯(cuò)誤報(bào)警可以通過在傳輸線上添加抗干擾的磁環(huán)來避免，從而減少干擾，并在軟件末端實(shí)現(xiàn)有效的門限保護(hù)。最后，采用人工智能等先進(jìn)手段，加大報(bào)警邏輯關(guān)系分析，合理分類報(bào)警信息。提高報(bào)警跟蹤功能，劃分主報(bào)警和副報(bào)警，確定報(bào)警生成設(shè)備的主從關(guān)系，從而有效優(yōu)化報(bào)警信息，減少報(bào)警信息的轟炸，同時(shí)不丟失重要的報(bào)警信息。

7 監(jiān)控處理機(jī)通信控制器

監(jiān)控處理機(jī)是綜合電力系統(tǒng)的一個(gè)分系統(tǒng)，是電子系統(tǒng)的故障檢測(cè)中心，主要實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)的集中式監(jiān)控管理，是非電子系統(tǒng)與綜合電力系統(tǒng)之間的接口。某型監(jiān)控處理機(jī)主要監(jiān)控管理電子系統(tǒng)的若干子系統(tǒng)設(shè)備，同時(shí)將這些設(shè)備的各種工作狀態(tài)信息通過多路傳輸數(shù)據(jù)總線報(bào)給維修人員。通信控制器作為監(jiān)控處理機(jī)與外界的通訊媒介，傳遞非電子系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)。通信控制器的故障將直接影響監(jiān)控處理機(jī)乃至整個(gè)電子系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。依靠自身的BIT 來完成故障的診斷和測(cè)試，該測(cè)試可以將故障定位到SRU 級(jí)。依靠通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備來幫助完成內(nèi)場(chǎng)級(jí)的故障診斷和測(cè)試，測(cè)試可以將故障定位到SRU 級(jí)，且只針對(duì)整機(jī)測(cè)試，無法實(shí)現(xiàn)針對(duì)通信控制器的測(cè)試和故障診斷。因此，亟需設(shè)計(jì)并研制一套針對(duì)通信控制器的功能測(cè)試與診斷系統(tǒng)，對(duì)通信控制器的功能、性能參數(shù)以及故障情況進(jìn)行檢查。通信控制器的自動(dòng)測(cè)試與診斷系統(tǒng)能夠完成系統(tǒng)的初始化設(shè)置、正常通信、BIT 自檢等功能測(cè)試，并具備數(shù)據(jù)采集分析功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)對(duì)象的自動(dòng)測(cè)試[4]。

8 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)閉功能

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)閉功能的作用是把變電站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至本地區(qū)調(diào)度中心、備用調(diào)度中心，為本地區(qū)調(diào)度中心和備用調(diào)度中心在110kV 變電站遠(yuǎn)程調(diào)度、運(yùn)行提供可靠的基礎(chǔ)信息支撐，從而達(dá)到遠(yuǎn)程調(diào)度、運(yùn)行的目的。變電站內(nèi)的實(shí)時(shí)信息主要有變電站內(nèi)的線路、設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息、輔助設(shè)備信息和變電站的記錄信息。針對(duì)變電站監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象類型及重要程度，將其劃分為“安全I(xiàn) 級(jí)”和“安全I(xiàn)I 級(jí)”，并就“兩級(jí)”的具體情況進(jìn)行了介紹。電力設(shè)備的主要任務(wù)是對(duì)110kV 變電站的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和監(jiān)控，以及對(duì)變電站的一、二次設(shè)備的監(jiān)控。這樣，區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的關(guān)閉配置需要將變電站的實(shí)時(shí)信息通過本區(qū)域調(diào)度中心發(fā)送到專門的通信線路，并能實(shí)時(shí)接收到控制指令。由于本區(qū)域的信息監(jiān)控工作十分重要，因此，I 區(qū)的安全通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)閉采用了雙重配置。安全區(qū)內(nèi)的電子產(chǎn)品，主要是對(duì)一次電源的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以及對(duì)消防、應(yīng)急等變電站起到輔助作用。該地區(qū)各地區(qū)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)必須向本地區(qū)的調(diào)度室發(fā)送信息，方便客戶查閱。由于安全區(qū)I 區(qū)域信息的重要程度不如II 級(jí)，因此I 區(qū)域數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采取了1 個(gè)單獨(dú)的配置模式[5]。

9 智能電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

智能電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)選擇分布式結(jié)構(gòu)模式，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、分析，建立四層結(jié)構(gòu)為一體的智能電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，CPU 選擇CC2530F256型號(hào)的主要優(yōu)勢(shì)在于低功耗、高性能，且整體傳輸鏈路的開銷相對(duì)較低，具有更為理想的保護(hù)性能。智能電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使用多個(gè)傳感器部署在電力系統(tǒng)各個(gè)終端，系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)收集各個(gè)終端的運(yùn)行情況。調(diào)度節(jié)點(diǎn)與各個(gè)儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)聯(lián)，通過位置信息、各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)分類信息，調(diào)度節(jié)點(diǎn)能夠直接將各個(gè)數(shù)據(jù)分別劃分到不同數(shù)據(jù)儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)當(dāng)中。對(duì)于異常數(shù)據(jù)分析來說，主要是采用自適應(yīng)學(xué)習(xí)計(jì)算的方式，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析，在進(jìn)行自動(dòng)處理的同時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)送異常的數(shù)據(jù)。5G 時(shí)代的全面到來，數(shù)字化建設(shè)、智能化建設(shè)已經(jīng)成為各個(gè)行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要方向。從當(dāng)前信息技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)來看，大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)開始在多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，為智能電網(wǎng)的建設(shè)提供了有效的技術(shù)支持。對(duì)于智能電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)來說，應(yīng)當(dāng)充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì)，將大數(shù)據(jù)技術(shù)融入智能電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，針對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行智能化、智慧化管理。

10 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)廣泛應(yīng)用在人們生活中，適用于路面交通監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、信息探測(cè)、路面監(jiān)控等諸多場(chǎng)景。但在自動(dòng)化使用過程中，為確保自動(dòng)化安全和規(guī)劃精準(zhǔn)度，本文通過探究自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化規(guī)劃、監(jiān)控、編輯等功能，確保讓地面站臺(tái)能夠時(shí)刻掌握自動(dòng)化的路徑和信息。自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)主要是依靠通信設(shè)備、遠(yuǎn)程遙控等功能來完成目標(biāo)，各功能模塊通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信[6]。自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心在于對(duì)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、信息數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行全方位收集，通過仿真模擬平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，通過虛擬儀表盤等設(shè)備來對(duì)自動(dòng)化進(jìn)行全過程監(jiān)控，確保自動(dòng)化的運(yùn)行安全。自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)主要是依托仿真平臺(tái)來進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)與測(cè)試，在相關(guān)監(jiān)控功能上具有一定的局限性，只能對(duì)自動(dòng)化的主要設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。同時(shí)受限于通信技術(shù)問題，在編輯和三維地圖繪制中存在一定的誤差[7]。

11 結(jié)語(yǔ)

為提高應(yīng)急響應(yīng)能力，各電力局集團(tuán)公司也在不斷創(chuàng)新應(yīng)急圖像終端接入方式，少數(shù)電力局集團(tuán)公司配備了寬帶衛(wèi)星通信車、自動(dòng)化等設(shè)備功能。寬帶衛(wèi)星通信具有覆蓋廣泛、天然的廣播性（組播）、建設(shè)快速、配置部署靈活等優(yōu)勢(shì)，可以做到全天候有效的圖像傳送，同時(shí)也解決了復(fù)雜地形條件下的圖像傳送問題，可迅速建立通信車與指揮中心之間的音視頻通信，將現(xiàn)場(chǎng)的音視頻實(shí)時(shí)接入和轉(zhuǎn)發(fā)至電力局集團(tuán)公司應(yīng)急指揮中心，并提供實(shí)時(shí)瀏覽、存儲(chǔ)、回放、遠(yuǎn)程管理等多種業(yè)務(wù)應(yīng)用，是解決偏遠(yuǎn)及復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)接入的有效方式。