輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

崔健 李雨萌

摘要：輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是實現(xiàn)輸變電設(shè)備狀態(tài)運行檢修管理、提升輸變電專業(yè)生產(chǎn)運行管理精益化水平的重要技術(shù)手段。系統(tǒng)通過各種傳感器技術(shù)、廣域通信技術(shù)和信息處理技術(shù)實現(xiàn)各類輸變電設(shè)備運行狀態(tài)的實時感知、監(jiān)視預(yù)警、分析診斷和評估預(yù)測。其建設(shè)和推廣工作對提升電網(wǎng)智能化水平、實現(xiàn)輸變電設(shè)備狀態(tài)運行管理具有積極而深遠(yuǎn)的意義。

關(guān)鍵詞：輸變電設(shè)備；設(shè)備狀態(tài)；監(jiān)測系統(tǒng)

引言：

輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)和部署應(yīng)用，規(guī)范了各類輸電線路狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的接入，提升了我國電網(wǎng)的智能化水平，實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)信息的統(tǒng)一管理和多元應(yīng)用，為建設(shè)堅強智能電網(wǎng)提供有力支撐。系統(tǒng)的進(jìn)一步建設(shè)和深化應(yīng)用，將會更大程度地提高我國電網(wǎng)的可靠性和狀態(tài)運行管理水平。

1 系統(tǒng)設(shè)計

為了促進(jìn)智能電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測的發(fā)展.系統(tǒng)的設(shè)計必須考慮到技術(shù)的先進(jìn)性、標(biāo)準(zhǔn)性、統(tǒng)一性。同時兼容已有的針對某種重要電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)接入，保障電網(wǎng)建設(shè)與運行的穩(wěn)定性，降低建設(shè)成本。

1.1 系統(tǒng)設(shè)計

輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)依托PMS（電力生產(chǎn)管理系統(tǒng)）進(jìn)行，是PMS的重要組成部分。建立統(tǒng)一的狀態(tài)監(jiān)測信息技術(shù)框架，統(tǒng)籌考慮輸電線路和變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測信息的處理及未來發(fā)展需要。各類輸電線路和變電設(shè)備的各類狀態(tài)監(jiān)測信息進(jìn)行抽象化處理，進(jìn)而建立面向準(zhǔn)實時連續(xù)型數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、傳輸、存儲和綜合加工處理的統(tǒng)一技術(shù)框架，然后在具備條件的情況下逐步實現(xiàn)各種應(yīng)用功能。支持輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的分階段建設(shè)，滿足系統(tǒng)的長期可持續(xù)發(fā)展需要。適度靠前接入各類狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的可擴(kuò)展的狀態(tài)信息接入規(guī)范層，同時提高所接入狀態(tài)信息的“濃縮性”和“直接可用性”，以此規(guī)范各類輸變電設(shè)備狀態(tài)信息的接入，靈活適應(yīng)智能電網(wǎng)傳感器技術(shù)和狀態(tài)監(jiān)測業(yè)務(wù)的發(fā)展變化需要。通過增強前端智能化程度和后端處理分析能力，實現(xiàn)系統(tǒng)中間接入和存儲環(huán)節(jié)的輕量化和簡約化，方便上層應(yīng)用對數(shù)據(jù)的使用。并最大限度保障整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性和穩(wěn)定性。通過在原有系統(tǒng)的較上層處理環(huán)節(jié)接入狀態(tài)信息。以最小代價維持各網(wǎng)省現(xiàn)有系統(tǒng)的運行，確保上層穩(wěn)定，下層適配。目前電力公司PMS系統(tǒng)中，狀態(tài)監(jiān)測與診斷等相應(yīng)模塊已經(jīng)存在，但是唯一不足在于缺少狀態(tài)監(jiān)測原生數(shù)據(jù)，所以系統(tǒng)設(shè)計下層可以根據(jù)需要配置相應(yīng)的監(jiān)測功能，經(jīng)處理后監(jiān)測數(shù)據(jù)送入PMS系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)設(shè)計采用分層分布式.這種分層設(shè)計可支持系統(tǒng)內(nèi)各層在獨自范圍內(nèi)遵照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相對獨立地并行發(fā)展。系統(tǒng)分層體系的建立有利于推動公司輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的持續(xù)改進(jìn)和發(fā)展，使得各層技術(shù)更新的相互影響最小化。該系統(tǒng)分為3層：主站層、監(jiān)測層、傳感網(wǎng)絡(luò)層。傳感網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)監(jiān)測系統(tǒng)信息的獲取，將各種電氣量或非電氣量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式上送監(jiān)測層；監(jiān)測層在獲取監(jiān)測信息后，各子IED進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行狀態(tài)測量，同時子IED上送主IED，進(jìn)行綜合狀態(tài)分析，并周期上送信息至監(jiān)測子站；全站的監(jiān)測信息經(jīng)主IED處理后，集中在監(jiān)測子站，并根據(jù)業(yè)務(wù)要求，通過電力信息網(wǎng)上送監(jiān)測主站。

2 主站層模塊設(shè)計

在整個系統(tǒng)中，狀態(tài)監(jiān)測信息已經(jīng)成為輸變電設(shè)備諸多信息中的關(guān)鍵點，屬于輸變電設(shè)備的一個信息層，因此，在主站層模塊設(shè)計過程中，相關(guān)人員還需要綜合考慮設(shè)備臺賬信息、故障信息等多方面因素的影響，最終構(gòu)建一個完整的輸變電設(shè)備全方位監(jiān)測信息系統(tǒng)，以更好的滿足設(shè)備日常管理的要求。本次研究中，主站層模塊是由整個系統(tǒng)提供一個分布式應(yīng)用開發(fā)與運行環(huán)境，并在統(tǒng)一平臺的基礎(chǔ)上，通過高度融合、集成處理等方法，實現(xiàn)對信息的監(jiān)測，確保能在最大程度上復(fù)用PMS優(yōu)化各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源。同時，數(shù)據(jù)平臺能有效將上層應(yīng)用與底層系統(tǒng)相隔離，并建立與之相適應(yīng)的系算計體系結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)。例如，本文所研究的監(jiān)測主站層模塊的綜合展現(xiàn)發(fā)布，主要包括設(shè)備管理、狀態(tài)診斷與評價、設(shè)備運行風(fēng)險評估、檢修決策等內(nèi)容。總體而言，主站層模塊設(shè)計需要盡可能滿足系統(tǒng)全面評估的要求。最后，分布式應(yīng)用開發(fā)環(huán)境可以為系統(tǒng)運行提供一個統(tǒng)一的、可擴(kuò)散的開發(fā)平臺，使傳統(tǒng)、單一的系統(tǒng)可編程轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N系統(tǒng)的可編程。因此，在主站層模塊設(shè)計以及開發(fā)應(yīng)用過程中，可以單一的依靠分布式應(yīng)用開發(fā)與運行環(huán)境所提供的服務(wù)與編程接口，這種開發(fā)模式，不僅有助于進(jìn)一步提高系統(tǒng)開發(fā)效率，也能強化應(yīng)用代碼的統(tǒng)一性，使整個系統(tǒng)的可維護(hù)性、開放性得到進(jìn)一步的優(yōu)化。

3 監(jiān)測層模塊設(shè)計

變電監(jiān)測層模塊的主要功能，就是針對不同監(jiān)測模塊對象，形成相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測、局放監(jiān)測、變壓器綜合監(jiān)測等。在具體操作中，每個子系統(tǒng)都存在子lED與主IED，并根據(jù)既定的要求完成相應(yīng)的監(jiān)測功能。該系統(tǒng)能針對性地獲取電子設(shè)備狀態(tài)信息資料，包括電容量、系統(tǒng)電壓、開關(guān)量等，并構(gòu)建基于本系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)信息監(jiān)測網(wǎng)，其整體結(jié)構(gòu)，同時，由于在變電站內(nèi)的一個間隔中存在多臺監(jiān)測子IED，而這些IED會通過過程總線完成與監(jiān)測主IED通信，而多臺監(jiān)測主監(jiān)測子站實現(xiàn)基層。在具體操作中，監(jiān)測子站主要圍繞不同的單一因素完成監(jiān)測，并依靠智能控制，獲取設(shè)備狀態(tài)信息的實時資料；而監(jiān)測主IED則會在獲取各個子IED數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)資料的綜合業(yè)務(wù)分析，使其能完成數(shù)據(jù)儲存、管理、備份、發(fā)布等功能。總體而言，在系統(tǒng)設(shè)計中，需要通過經(jīng)濟(jì)、可靠的接入組網(wǎng)技術(shù)，強化系統(tǒng)整體運行質(zhì)量。主IED負(fù)責(zé)獲取各種監(jiān)測IED的統(tǒng)一格式信息，并統(tǒng)計各種狀態(tài)評估結(jié)構(gòu)資料，對相關(guān)資料進(jìn)行綜合分析。在經(jīng)過一段時間后，系統(tǒng)會獲取輕量級評估結(jié)構(gòu)信息，并分別按照故障模式、故障部件、故障發(fā)生時間等資料，將相關(guān)數(shù)據(jù)反饋到子站上，其中，評估故障幾率每增加2%，則會主動提交1次報文。

4 系統(tǒng)安全設(shè)計

監(jiān)測IED自身的防護(hù)，狀態(tài)監(jiān)測裝置應(yīng)保證系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、密鑰信息、證書、應(yīng)用程序等的完整性、機(jī)密性，監(jiān)測裝置關(guān)鍵器件的完整性、可靠性以及用戶身份的真實性。監(jiān)測IED通過近距離無線通信網(wǎng)絡(luò)通信時，應(yīng)采用國家密碼管理局認(rèn)可的硬件安全模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的加解密。狀態(tài)監(jiān)測子站若通過GPRS等無線公網(wǎng)接入信息網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)按照國家電網(wǎng)公司《安全接入平臺規(guī)范》部署安全接入平臺，以及在狀態(tài)監(jiān)測子站部署安全通信模塊進(jìn)行防護(hù)。對采用無線技術(shù)的狀態(tài)監(jiān)測傳感裝置、安全通信模塊應(yīng)實現(xiàn)鏈路的安全。狀態(tài)監(jiān)測裝置和監(jiān)測子站、主站采用專用安全模塊或加密機(jī)，并采用經(jīng)過國家密碼管理局批準(zhǔn)的加密方式、密碼算法和密鑰管理技術(shù)來增強安全保障。

結(jié)束語：

總體而言，輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，相關(guān)人員在工作中，需要正確認(rèn)識到系統(tǒng)設(shè)計的具體要求，并立足于模塊化的系統(tǒng)設(shè)計模式，不斷優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計方法，以保證所設(shè)計的系統(tǒng)能滿足輸變電設(shè)備綜合管理的要求，以更好滿足電力企業(yè)的管理要求，為全面提高電力企業(yè)設(shè)備管理質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]任丕杰.電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)建[J].電子技術(shù)與軟件工程.2016（24）

[2]劉君，張林，馮薇璽，趙國杰，張淵淵.探討測試技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測診斷中的運用問題[J].電子技術(shù)與軟件工程.2015（02）

[3]王峰，閻春雨，畢建剛，是艷杰，袁帥，楊圓.變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案[J].電力建設(shè).2011（11）