數字化變電站直流電源故障遠程檢測系統設計

蒙小胖，梁泓泉，齊安新

（陜西地方電力公司 寶雞供電分公司，陜西 寶雞 721013）

0 引 言

變電站可以用來交流電壓和電流，但在實際應用中，受高熱量和高風險等原因影響，其只能設在相對偏移的位置，缺乏遠程監控，當變電站設備健康狀況不佳時，維護管理人員不能及時發現和處理，甚至在事故發生后才知道設備存在問題，造成了巨大的安全隱患，這是亟待解決的現實問題[1,2]。作為二次系統的重要電源，變電站的DC系統對于變電站的安全運行至關重要。

以往大都使用C/S和B/S兩種組網架構檢測數字化變電站的直流電源故障，其中使用C/S架構是一個典型的兩層體系結構，客戶機的主程序部分在客戶機上運行，服務器通過數據庫等向客戶機用戶程序提供需要的數據，而C/S體系結構只有一個信息交互層，沒有安全保障。B/S模式是對C/S模式的改進和擴展，采用TCP/IP協議雖然邏輯接口顯示有效，但遠程測控和電報數據傳輸速度較慢。為此，提出了基于Web的數字化變電站直流電源故障遠程檢測系統設計。

1 系統硬件結構設計

設計的數字化變電站直流電源故障遠程檢測系統硬件結構由變電站現場和遠程監控中心兩部分組成，其中主要包括控制系統、水浸報警器、火災報警器、溫濕度報警器、IP電話機以及故障采集電路等[3]。

1.1 控制系統

以反饋原理為基礎的閉環控制系統可通過輸出偏差達到預期控制效果，檢查輸出的真值，比較輸出的真值和給定的輸入值得出偏差，利用偏差值產生控制調整動作，以消除偏差，使輸出保持在預期的輸出水平[4,5]。

1.2 水浸報警器

水浸式報警器通過水浸式探頭實時監控安裝區有無積水，并發出語音和短信報警。各洪澇警報主機需安裝電話卡，可通過短信綁定，設定相關參數。每個水浸式報警裝置配備兩個水浸式探頭，當其發現有水時會發出語音報警，然后將短信發送給綁定的遠程移動端，該報警器可以同時綁定3個遠程移動終端，還可以通過GSM網絡信號進行水災報警，保證水災報警正常[6-8]。

1.3 火災報警器

火災報警器需要遠離強電設備，為防止受到電磁影響導致系統發生故障，將線路的電阻設置為20 MΩ以上。系統檢查線路時易出現短路、斷路、部件失效以及電源失效等問題，該系統能夠在緊急情況下警示周圍工作人員檢查附近設備的故障[9,10]。

1.4 溫濕度報警器

溫濕度報警器的溫度和濕度報警采用分布式控制系統（Distributed Control System，DCS），上位機為微機，下位機為智能溫度記錄儀，具有報警功能，并配有數字溫度傳感器DS18B20。其中，溫度記錄儀表采用VisualBasic語言設計方式，無需配置軟件平臺，根據設定的時間間隔自動記錄歷史數據。

1.5 IP電話機

IP電話機是以IP網絡協議為主的通信協議，以網絡端口（或WiFi）為主接口的獨立電話設備，具有撥號和呼叫功能。經常需要結合IPPBX電話交換機或IMS使用，提供RJ45接口或WiFi信號的IP電話不提供RJ11普通電話線接口。

1.6 故障采集電路

數字變電所DC電源故障模塊收集電纜上方感應線圈的故障信息，經修正后的故障信息將被過濾，為此設計故障信息采集電路。設置一個截止線圈通電，利用感應線圈采集交流電，經過全橋整流電路得到兩個相同的故障信息采集結果，并將其作為故障信息檢測模塊的輸入。采用整流方案，在整流后優化多層差分電路，以獲得明顯的脈沖信號。若電流無突變，則可用二極管進行低電平電壓定位，以檢測故障信息。

2 系統軟件部分設計

軟件開發過程中，為實現最優的服務器效率，系統采用分布式應用開發模式，在該模式下的多種運行平臺可分別面對不同對象進行項目開發，且運行服務器可以通過多層結構使系統的功能邏輯更加清楚，使得系統各模塊之間互相配合和分組，有助于項目團隊確定項目目標，從而得到明確的分工和職責。

2.1 數據處理子系統

數據處理子系統能對終端采集的數據進行讀、解、存，資料處理系統所處理的資料包括兩類參數及索引。數據采集參數是前端采集設備實時傳輸的數據采集，這些參數是系統的基本原始數據，可用于計算、顯示以及分析系統所需的各項指標數據。數據處理子系統得到的最終數據為指標，該指標主要包括由采集參數直接產生、由采集參數計算產生以及由其他指標與采集參數混合計算得出的3種。指標是數據分析子系統后期顯示、查詢、統計以及分析等功能的直接數據源。

2.1.1 數據讀取

數據處理子系統定期（在設定的收集周期內）閱讀表格或資料緩存中的資料，包括為各種監測參數而收集的資料。在臨時表或緩存區中讀取數據的格式必須相同。該系統能根據采集點參數設置的要求自動讀取采集點的信息和參數。

2.1.2 數據存儲

當指標計算完成后，數據處理子系統將采集到的數據參數和指標存儲到數據庫相關表中，供數據分析子系統進行調用和處理。

2.2 數據分析子系統

數據分析子系統實現了對實時采集參數和指標的實時顯示、查詢及分析，包括實時數據列表顯示和電源線框顯示兩個子功能模塊。實時性數據顯示以電源線連接方框圖的形式提供資料顯示，框圖顯示主要是通過變電站內DC電源的實際接線圖等，實時顯示所監測的DC供電系統的參數數據，用圖像和聲音來通知系統產生異常數據。

集成查詢模塊為系統提供全面的統計查詢功能，該系統從縱向和橫向兩個角度進行構建，同時，對信息進行深度挖掘。從縱向角度以單一變電站為依托，包括變電站的基本數據、實時數據以及歷史數據查詢等功能。從橫向角度以電力系統中心為出發點，提供基本資料、作業數據以及工況等統計匯總功能。該系統以深度為起點，融入時間概念，提供各變電站各時段、各年期間、各年度全電力局同期以及各年期間的數據對比。查詢類別和查詢條件由系統選擇，不同類別提供不同的查詢條件。用戶可以點擊任何字段名，系統就會對該字段的數據進行排序并顯示，還會顯示一個升序或降序符號。

2.3 故障遠程檢測流程設計

依據數據分析結果，檢測數字化變電站直流電源故障，獲取符合實際需求故障檢測結果。故障遠程檢測流程如圖1所示。

圖1 故障遠程檢測流程圖

第一步，計算實際出現故障信號與本周預期故障信號差值。第二步，判斷第一步的值與某個周期出現故障信號差值是否小于設定的閾值，如果是則啟動遠程檢測系統，開始進行區間檢測，如果不是則需構建故障檢測模型。第三步，分析實際故障數據量是否高于系統設定的故障數據量，如果是則需計算故障檢測耗能，如果不是則需根據第二步構建的模型分析系統實際故障情況。第四步，系統自動提交庫存故障檢測結果，否則繼續檢測。

3 實 驗

為了驗證基于Web的數字化變電站直流電源故障遠程檢測系統設計合理性，進行實驗驗證分析。

3.1 檢測精確率

分別使用C/S架構、B/S架構以及基于Web檢測系統檢測數字化變電站直流電源故障，檢測精確率對比結果如下。使用C/S架構在檢測時間為10 s時，檢測精確率達到最低為60%，在檢測時間為20 s時，檢測精確率達到最高為88%；使用B/S架構在檢測時間為10 s時，檢測精確率達到最低為33%，在檢測時間為20 s時，檢測精確率達到最高為60%；使用基于Web檢測系統在檢測時間為10 s時，檢測精確率達到最低為90%，在檢測時間為20 s時，檢測精確率達到最高為96%。

通過上述分析結果可知，使用基于Web檢測系統在檢測時間為20 s時，檢測精確率達到最高為96%。

3.2 系統召回率

分別使用C/S架構、B/S架構以及基于Web檢測系統檢測數字化變電站直流電源故障，系統召回率對比結果如表1所示。

由表1可知，使用基于Web檢測系統召回率始終低于0.1，而使用C/S架構系統召回率在0.39～0.45之間，使用B/S架構系統召回率在0.35～0.44之間。通過上述分析結果可知，使用基于Web檢測系統召回率較低，具有良好運行效果。

4 結 論

設計的基于Web的數字化變電站直流電源故障遠程檢測系統，在數字變電站的基礎上，采用監測與控制技術實現了對變電站DC系統運行信息與健康狀況的自動監測與分析，為自動化、信息化以及智能化的運輸巡檢提供依據。