變電運維班集中監控技術手段建設模式對比

文/周耀輝　沈延峰　李永　覃巍　倪鳴

1　實施背景

完成“三集五大”體系建設后，變電站實行無人值守集中監控，調控中心的監控員負責無人值守變電站的集中監控和斷路器遙控操作，運檢部的變電運維班按照地域劃分負責無人值守變電站的定期巡視、倒閘操作、工作票許可和異常信號處置等業務。為解決運維班無法全面監視管轄變電站信息的問題，縮短異常信號處置時間，提高運維工作效率，需采用適當手段支撐運維班駐地對變電站主、輔設備信息進行遠程集中監控。

2　各種模式的基本架構及實現方式

結合目前的調度自動化系統建設實際情況，實現變電運維駐地遠程集中監控的技術手段主要有調度端Web瀏覽模式、調度監控系統Ⅲ區工作站模式、變電站后臺遠程終端模式、變電站后臺KVM模式以及自建系統五種模式，下面針對每種模式的實現方式以及功能差異進行綜合分析對比。

2.1　調度端Web瀏覽模式

目前調度監控系統已經集成了變電站主設備的運行監控信息、保護信息等電力運行數據。調度監控系統提供Web瀏覽功能，將調度端的部分監控信息（Ⅰ區、Ⅱ區）經正向物理隔離裝置跨區發布至系統Web服務器（Ⅲ區），可直接通過變電站內Ⅳ區辦公網絡計算機登錄調度監控系統Web服務器提供的瀏覽服務界面查看運行監控信息。Ⅳ區辦公網絡已覆蓋至所有變電站，在各運維班能夠實現Web瀏覽。可以查看主接線圖畫面、查詢歷史報警和歷史曲線，不具備實時告警窗和責任區分流功能。

2.2　調度監控系統Ⅲ區工作站模式

將經過正向隔離后的調控自動化系統Ⅲ區網絡通過專用光纖網絡或通信傳輸網提供的10M專網延伸至運維站，在運維站部署調度監控系統的Ⅲ區工作站，該Ⅲ區工作站除不具備遙控功能外，其余功能與調度監控Ⅰ區工作站一致。

2.3　變電站后臺機遠程終端模式

遠程終端模式是指將變電站監控系統站控層網絡通過專用光纖網絡點對點延伸至運維班駐點、在運維班駐點部署變電站后臺機的模式。將運維班管轄變電站的監控系統后臺機逐一延伸至運維班駐點，實現多臺監控系統后臺機分別對變電站信息的遠方監控，單臺后臺機功能與對應變電站監控系統后臺機一致，如運維班管轄變電站數量較多，需后臺機遠程終端集中組屏布置，采用KVM分配器輪詢顯示各變電站信息。

2.4　變電站后臺機KVM模式

KVM模式是指在運維班駐點新增KVM主機，在被監控變電站新增網絡KVM裝置，當地后臺機和五防機的顯示器輸出和USB輸出接入KVM裝置輸入端口，KVM當地輸出端接當地后臺機和五防機的鼠標、鍵盤、顯示器，KVM的網絡端口接與綜合信息網隔離的專業網絡，該專用網絡連接運維站新增的KVM主機和下轄各個變電站的KVM裝置，將變電站監控后臺終端的顯示設備（顯示器）、輸入設備（鼠標、鍵盤）以及輸出設備（音響）通過網絡KVM裝置延伸到運維班駐點，實現對變電站的監控。

2.5　自建系統模式

自建系統模式可實現對變電站主設備信息全面集中監視以及輔助設施信息全面監控。系統按照分層、分區的原則設計，主要由前端系統和主站管控平臺系統構成，在變電站端安裝部署前端系統主機，實現對變電站主設備監控信息、在線監測信息、輔助設備監控信息的統一集成及上送。在地市層建設系統主站，實現對變電站前端系統主機匯集信息的平臺化應用，實現設備聯動、數據分析和智能告警等高級應用。通過綜合數據網，將主站終端延伸至運維班駐點，便于運維班組使用。

前端系統主機通過正向隔離裝置獲取主設備監控系統信息。前端系統主機通過接口協議將在線監測及輔助系統數據上送至地市層平臺。最終由地市層平臺進行業務層面的數據展示應用。自建系統模式系統架構如圖1所示。

自建系統共分成三個大模塊：主設備信息、在線監測、輔助設備信息（含環境監測、智能控制、視頻監視信息三個模塊）。各模塊均可獨立運行，均具有各自的告警處理業務和數據分析應用功能。

（1）主設備信息模塊主要展示變電站主設備的運行信息。運維人員通過該模塊可以了解變電站主設備運行工況。

（2）在線監測模塊包括：主變油色譜、主變鐵芯接地電流、GIS設備SF6微水、避雷器監測等。通過在線監測模塊，運維人員可了解主要設備的運行狀態信息，做好設備的狀態管控。

（3）輔助設備模塊綜合展示環境類實時監測數據，實現對變電站視頻、門禁、照明、風機、空調、電加熱片、百葉窗等設備的智能聯動及控遠程控制，具備數據趨勢分析、突變分析、比對分析功能，有效指導變電運維工作開展。

3　各種模式的差異分析對比

綜合考慮各種模式的實現方式，從信息完整性、信息時效性、功能全面性、數據安全性、通信資源需求、建設與后期維護難易度、投資經濟性七個維度進行分析對比。

3.1　信息完整性

調度端Web瀏覽模式：調度控制系統采集的信息主要是面向調度監控業務的，主要技術依據是《變電站設備監控信息規范》（Q/GDW11398-2015），與當地后臺的差異主要是未上送保護裝置的自診斷信息和壓板信息（10千伏出線的重合閘壓板信息除外），未上送重復冗余信息，實際信息量約為站端監控后臺的15-25%左右。

Web瀏覽方式所有信息顯示均以變電站一次系統圖為基礎，與調度端工作站相比，無法實現實時告警以及事件順序記錄推送，數據完整性差。

調度監控系統Ⅲ區工作站模式：調度監控系統Ⅲ區工作站除不具備遙控功能外，其余功能和可以查看的信息與調度監控員使用的Ⅰ區工作站一致，可以查看主接線圖畫面、查詢歷史報警和歷史曲線，具備實時告警窗和按運維站所轄變電站的責任區分流功能，具備按間隔查看信息功能。

遠程終端模式：相當與在運維站駐地使用當地監控后臺，可查看站端監控系統全部信息，與當地后臺一致，數據完整性好。

KVM模式：KVM模式相當于把當地后臺的鼠標、鍵盤、顯示器遠程延長到運維站，可查看站端監控系統全部信息，與當地后臺一致，數據完整性好。

自建系統模式：自建系統模式集中顯示站端監控系統、輔助設施以及在線監測裝置的全部信息，并可實現對數據的分析比對功能，數據展示內容較為豐富，數據完整性最好。

3.2　信息時效性

調度端Web瀏覽模式：調度監控系統Web服務器部署在Ⅲ區，通過正反向物理隔離裝置與Ⅰ區進行數據交互。由于調度監控系統接入的為全地區變電站的數據，信息量巨大，同時正反向物理隔離裝置存在吞吐量限制，加之Web服務器信息處理及網絡延遲，整體疊加后的延時為秒級，事故情況下延時將會有一定程度延長，實測遙信變位到辦公電腦WEB畫面刷新響應時間在7-10秒左右，信息時效性差。

圖1：自建系統模式系統架構圖

調度監控系統Ⅲ區工作站模式：調度監控系統Ⅲ區工作站除不具備遙控功能外，其余功能與調度監控員Ⅰ區工作站基本一致。較調度監控人員使用的Ⅰ區工作站增加了Ⅰ區到Ⅲ區正向隔離裝置延時，實測在1秒左右。可考慮增加多臺正向隔離裝置分流，進一步壓縮延時,實測現場遙信變位到Ⅲ區工作站和服務器刷新響應時間為4-5秒，信息時效性好。

遠程終端模式：遠程終端模式將變電站監控系統站控層網絡直接通過光纖網絡延伸的方式延伸至運維班駐點，運維站使用監控系統后臺，信息傳輸響應時間與當地后臺一致，信息時效性最好。

KVM模式：KVM模式是將變電站后臺機（五防機）鼠標、鍵盤、顯示器信號延伸到運維站，需考慮KVM設備延時及網絡傳輸延時，延時為秒級，信息時效性較差。實測網絡帶寬在2M時，遠程鍵盤鼠標操作延時約為1-2秒左右，提升網絡帶寬可壓縮延時。

自建系統模式：自建系統模式采用Ⅰ、Ⅲ區互聯的方式，通過正反向物理隔離裝置采集站內監控信息，由于單個變電站的監控信息量較小，不會突破正反向物理隔離裝置的吞吐量，與自建系統服務器信息處理時間相疊加，延時為秒級，信息時效性好。

3.3　功能全面性

調度端Web瀏覽模式：Web瀏覽界面與調度監控系統界面基本一致，與調度端相比，無實時告警及音響告警功能，無事件順序記錄推送功能，無設備遙控功能，功能全面性差。

調度監控系統Ⅲ區工作站模式：調度監控系統Ⅲ區工作站除不具備遙控功能外，其余功能和可以查看的信息與調度監控員使用的Ⅰ區工作站一致，功能全面性好。

遠程終端模式：遠程終端模式界面及功能與變電站監控后臺機一致，具備實時告警及音響告警，具備設備遙控功能，但需進一步明確電力監控系統安全防護管理要求。功能全面性較好。

KVM模式：KVM模式界面及功能與變電站監控后臺一致，具備實時告警及音響告警功能（需KVM設備支持），具備設備遙控功能，但需進一步明確電力監控系統安全防護管理要求，功能全面性較好。

自建系統模式：自建系統模式可實現主設備監視及輔助設施監控功能，同時可根據實際業務需要，增加相應的數據分析管理功能，功能全面性最好。

3.4　數據安全性

調度端Web瀏覽模式：Web瀏覽模式是應用調度監控系統原有Web瀏覽功能，符合電力監控系統安全防護規定，且調度監控系統Web服務器與辦公網絡之間設置防火墻進行隔離，可進行訪問控制，數據安全性最好。

調度監控系統Ⅲ區工作站模式：調度監控系統至變電站監控系統通過縱向加密裝置傳輸調度監控信息，滿足電力監控系統安全防護要求；Ⅰ區到Ⅲ區通過正向隔離裝置進行隔離，僅能單向傳輸信息，數據安全性好

遠程終端模式：站端遠程終端模式是將變電站監控系統站控層通過光纖網絡延伸至運維班駐點，傳輸通道無電力監控系統安全防護裝置，存在一定安全風險，數據安全性差。

KVM模式：KVM模式是將站內監控后臺增加的KVM裝置的網絡端口通過光纖通道延伸至運維班駐點，傳輸通道無電力監控系統安全防護裝置，存在一定安全風險，可通過在運維班部署KVM認證裝置CC-SG進行用戶權限和數字證書認證提升安全性，數據安全性好。若通過調度數據網專用通道經縱向加密裝置傳輸，則滿足安全防護要求，但需要相關管理規定支撐。

自建系統模式：自建系統模式安全分區定位為Ⅳ區，其站端與Ⅰ區的數據交互是通過正反向物理隔離實現的，滿足電力監控系統安全防護要求，數據安全性好。

3.5　通信資源需求

調度端Web瀏覽模式：利用現有資源，無新增通信資源需求。

調度監控系統Ⅲ區工作站模式：需新增自動化機房到運維站駐地專用以太網通道，現有通信網絡實施部分改造后可滿足要求。

遠程終端模式：需新增各變電站至運維站的專用以太網通道（至少10M帶寬），各變電站至運維站應為專用網絡，現有通信傳輸網無法滿足要求，需實施通信傳輸網升級。

KVM模式：需要與辦公網絡隔離的專用網絡，可采用2M轉換器、PCM組網、SDH以太網板等方式靈活組網，現有通信網絡實施部分改造后可滿足要求。也可利用現有調度數據網，則不涉及新增通信資源，但需要相關管理制度支撐。

自建系統模式：自建系統模式安全分區定位為Ⅳ區，依托現有綜合信息網進行數據傳輸，不需要新增通信資源。

3.6　建設與后期維護難易度

調度端Web瀏覽模式：利用現有資源，不涉及新增設備，無建設和維護工作量。

調度監控系統Ⅲ區工作站模式：需要新增工作站和運維站到調度自動化機房的專用通道，建設工作量小。后期與調度控制系統主站同步維護，維護工作量小。

遠程終端模式：需新增各變電站至運維站的專用以太網通道（至少10M帶寬），各變電站至運維站應為專用網絡；所有變電站需要新增1臺后臺終端，建設和調試工作量大，早期變電站的測控保護裝置對上通信對象數目存在限制，不滿足要求；后期變電站存在間隔擴建、備用間隔投運等工作時，遠程終端需同步進行維護，維護工作量大。

表1：重要指標對比表

表2：分析維度對比表

KVM模式：通信網絡部分改造、新增部分設備后可滿足最小2M、最大10M的專用KVM網絡組網需求；站端增加KVM裝置，施工難度小，建設工作量小，后期無維護工作量。

自建系統模式：站端需要增加正向隔離裝置和運檢網關機，早期系統不滿足要求，僅新建智能站可滿足要求；主設備監控系統經正向隔離接入運檢管控系統的信息規范未定，實施難度較大。新建獨立系統需要考慮新建機房、電源、空調等，建設工作量大。后期維護工作量大。

3.7　投資經濟性

調度端Web瀏覽模式：Web瀏覽模式可直接通過Ⅳ區網絡連接的辦公計算機實現，無需再進行任何投資即可實現，投資為零。

調度監控系統Ⅲ區工作站模式：需要考慮增加每個運維站的調控Ⅲ區工作站，建設自動化機房到各個運維站的專用通道，投資規模較小。

遠程終端模式：遠程終端模式需在運維班駐點增加與所管轄變電站數量一致的監控后臺機，且每臺監控后臺機軟件要與該站監控系統廠家一致，需完成新后臺接入調試，調試工作量大；每個運維站需要考慮增加機柜、KVM切換器等，每座變電站需增加到相應運維站的專用獨立通道，投資規模最大。

KVM模式：KVM監控模式需在每個運維班駐點增加KVM主機，并在所有變電站監控后臺處增加KVM終端設備，可利用現有的調度數據網通道，投資規模較小。

自建系統模式：自建系統模式需要服務器、安防設備等大量硬件投入及軟件開發，投資規模大。

4　分析對比結果

4.1　重要指標對比

按照主設備信息、輔助設施信息、告警信息、信息延時、遙控功能及投資規模等六個重要指標對四種方案進行分析比對，具體如表1所示。

4.2　分析維度對比

按照信息完整性、信息時效性、功能全面性、投資經濟性、數據安全性五個維度對比結論如表2所示。

5　遠期與近期推薦模式

綜上分析分析結論，考慮到年內完成運維站集中監視技術手段建設任務的需要，推薦近期采用運維站部署調控系統Ⅲ區工作站和后臺KVM終端方式，遠期建設獨立的變電運維管控系統。

運維站變電運維人員使用調控系統Ⅲ區工作站可實現對無人值守變電站主設備告警信息和輔助設備重要信息的分責任區實施監控；發現異常信息報警后，可通過遠程KVM登錄當地后臺機查看具體報警信息，并可進行刀閘順序控制操作，提升變電運維智能化水平。