試述網絡自動化系統中的安全技術

唐華為

（湛江師范學院基礎教育學院 廣東 524300）

1.大壩安全檢測系統

1.1 大壩外部變形觀測數據采集、分析、與處理

系統設大壩表面水平位移觀測點20個，豎向沉降觀測點20個。其中，大壩水平位移觀測采用全站儀自動數據采集，輔以觀測后處理軟件的觀測方案，系統采用全站儀現場搬站觀測；大壩豎向沉降監測采用高精度數字水準儀，輔以觀測后處理軟件的觀測方案。系統將自動觀測的數據存儲在pc卡中，再由pc卡傳送到計算機數據庫中進行存儲，通過數據分析處理軟件對測量數據進行分析和處理，得出科學可靠的大壩運行狀態與變化趨勢的分析結論，并在計算機及其網絡平臺實現成果顯示、發布與輸出打印等操作。

1.2 大壩滲流觀測數據采集與傳輸

大壩滲流自動觀測系統共設測點24個，考慮整個系統測點比較集中，系統采用現場總線分層分布式結構，現場設1臺DAU數據采集與測控單元，2臺數據采集模塊單元，負責采集各測點的壩基滲流數據和測壓管壩體滲流數據，并由DAU數據采集與測控單元完成現場數據采集的離線自動控制、數據存儲。系統建設過程中采用自主研發的大壩深孔封孔技術，實現了壩基滲流、壩體滲流的同孔同步觀測，遭毆保證觀測數據可靠性的同時，使觀測數據更符合規范要求，并且降低工程造價投資，目前該技術已申請發明專利。

1.3 大壩安全監測分析評價系統

根據多年的水庫大壩安全分析評價系統開發經驗，結合水庫實際特點與需求，開發了可視化的土石壩安全監測分析評價系統軟件。系統由采集管理子系統、數據信息管理子系統及分析評價預報子系統組成，利用經典水工分析與評價電算化模型，對觀測數據進行系統化、科學化專業化分析、相關性分析等分析模型，結合灰色關聯分析、神經網絡和模糊綜合評價，最終得出科學可靠的大壩運行安全狀況分析結論，為專家領導會商決策提供可靠依據。

2 高邊坡遠程自動化安全監測系統

2.1 GPS監測系統與常規監測系統的比較

對于自然或人工的邊坡及大壩等重要建筑物的變形監測,通常有常規監測和GPS監測兩種方法。常規監測方法是使用經緯儀、測距儀或全站儀等儀器,采用前方交會、邊角網、極坐標差分等方法獲取監測點觀測數據，并通過相應的數據處理方法獲得監測點的位移量；GPS監測法是將GPS接收機分別安置在基準站和監測點上，觀測相同衛星載波測量值，利用載波相位的差分觀測值，獲得高精度的基線向量，從而獲得監測點相對基準點的三維位移量。

常規監測方法的優點是觀測數據直觀可靠，短距離獲得的精度高、投資少。但缺點是受通視條件、氣象條件以及施工干擾的影響，在進行長距離監測時精度較差并且很難提高。而GPS衛星定位技術不受天氣的干擾，點位間毋需通視，容易實施長距離的精確定位。此外GPS所具有精度高、速度快等優點，是常規監測方法難以比擬的，它已成為當今最先進的形變監測手段。

2.2 GPS在安全監測中存在的問題

針對GPS在安全監測中存在的問題，研究者們提出了GPS一機多天線思想,并研究開發了GPS一機多天線控制器，使一臺GPS接收機能互不干擾的連接多個天線。在這種體系下，每個監測點上只安裝GPS天線，而不需安裝接收機,從而極大地降低了安全監測系統的造價。該項技術開發為大壩、高邊坡利用GPS進行安全監測創造了極為良好的條件，也使GPS技術在水利水電工程中擁有了更為廣闊的應用前景。

此外，基于GPS一機多天線控制器也為高邊坡自動化連續遙測創造了有利條件。為了實現這種無人職守的安全自動的工作模式，需要開發遠程自動化監控系統。應顧及海量GPS原始數據傳輸技術及成本。

2.3 GPS一機多天線無線遠程自動化監測系統

新研制的GPS一機多天線監測系統解決了以上問題，它利用多天線控制器，使一臺GPS接收機能連接8個天線，可以監測8個點的變形，大大降低了設備投入。利用快速靜態定位理論和濾波技術，能在快速確定整周模糊度；采用專用天線減弱了多路徑效應的影響，大大提高了觀測精度。此系統可以根據需要進行定時或實時監測。

一機多天線監測系統綜合了微波技術、計算機實時控制技術、大地測量數據處理和定位算法等，在保證每個GPS天線能同時至少觀測到4顆衛星的情況下，由計算機控制對數據進行自動采集，并基于快速靜態定位理論和卡爾曼濾波技術進行數據處理，以實現實時監測的變形分析和預報。

另外，考慮到高邊坡多屬危險地區，為了保證人身安全，需要實現無人職守的工作模式，對監測的原始數據采用無線傳輸的數據鏈路，提出了基于GPS一機多天線的無線遠程自動化監測系統。使系統從觀測、采集、傳輸、解算分析都實現全自動化，從而快速準確地預報邊坡的變形。

3 變電站自動化系統的安全監測

3.1 變電站自動化系統的組成

變電站自動化系統是功能除控制、監視和保護三大功能外，還包括變電站自動化系統的維護功能，即系統組態、通信管理和軟件管理等功能。采用變電站自動化系統可以把原本分隔的控制、保護、監視、通信和測量等裝置以合適的形式進行集成，由少量多功能智能電子設備組成自動化系統，通過站內的通信網絡實現信息共享，可使信號電纜大為減少，系統結構簡化。這樣既提高了系統的經濟性，又改善了可靠性。因此，變電站集成和自動化已成為電力行業降低安裝、維護和運行成本的有效途徑。

3.2 變電站自動化系統集成過程中面臨的阻礙

在變電站自動化系統集成過程中面臨的最大障礙是不同廠家的IED，甚至同一廠家不同型號的IED所采用的通信協議和用戶界面的不相同，因而難以實現無縫集成和互操作。因為需要額外的硬件和軟件來實現IED互聯，還要對用戶進行培訓，這在很大程度上削弱了變電站實現自動化的優點和異議。因此變電站自動化系統在實現功能之外，還應具備互操作性、可擴展性和高可靠性等性能。

3.3 變電站的高可靠性

變電站自動化系統作為系統數據通道的通信系統和人機界面的監控主站應具有互相獨立的冗余配置。在故障情況下，冗余的通信系統和監控主站應該可以在系統不停止工作的情況寫進行熱切換，以保證系統執行相應的保護和自動控制任務。IEC在充分考慮變電站自動化系統的功能和要求，特別是互操作性要求的基礎上，制定了變電站內通信網絡與系統的通信標準體系——IEC61850標準。它采用分層分布式體系、面向對象的建模技術，使得數據對象的自描述成為可能，為不同廠商的IED實現互操作和系統無縫集成提供了途徑。

3.4 變電站的可擴展性和互操作性

互操作性是指同一廠家或不同廠家的多個IED要具有交換信息并使用這些信息進行協同操作的能力。設備互操作性可以最大限度地保護用戶原來的軟硬件投資，實現不同廠家產品集成。可擴展性要求系統在設計時，軟件系統和硬件系統都盡可能采用模塊化設計方法，方便未來的系統擴展，同時要求通信接口標準化，系統具有開放性。

4 總結

網絡自動化系統帶給人們很大的便利，在大壩安全監測系統完善后，可提高水庫大壩的防洪能力，及時發現壩體安全隱患，將為水庫帶來顯著的防洪效益和水資源效益。系統的功能先進合理，可有效解決壩體運行管理中的實際問題，提高水庫安全管理水平，具有良好的社會和經濟效益。在變電站自動化系統方面提出了變電站自動化通信系統框架模型，同時為變電站自動化系統互操作性、可擴展性和高可靠性的實現提供了可行依據。

[1].崔巖，齊亞彬，梁凱，國土資源標準化基礎與實踐[M]中國大地出版社，2005

[2].沈國榮，黃鍵，通信技術是變電站自動化的關鍵，電力系統自動化[J]2000