智能變電站遠程在線監控系統設計

袁傲，洪曉燕，李佳鵬，姚天明

（嘉興恒創電力設計研究院有限公司，浙江嘉興314000）

隨著國民經濟的快速發展，智能電網發揮的作用越來越重要。智能變電站作為智能電網的核心，其發展能夠更加高效地為用戶提供電力資源[1-2]。因此，智能變電站成為智能電網發展研究的重點內容之一。

智能變電系統中的在線遠程監控能夠提升智能變電站的遠程管理效率，降低遠程信息傳輸成本，較大程度地節省智能變電站的運營成本[3]。然而如基于無線網絡傳感器的監控系統[4]和基于可視化的監控系統[5]等傳統監控系統存在信息流動誤差較大、信息完整度較低的弊端。為了能夠深入發展智能變電站的遠程操控技術，文中設計了一種新的智能變電站遠程在線監控系統，應用專用網絡在指定地點提供遠程的智能變電站監控信息，再應用數字化技術提升智能變電站遠程在線監控系統的智能通信功能。

1 系統硬件設計

智能變電站遠程在線監控內容主要包含變壓器的運行狀態監控以及供變電室的環境監控。對于變壓器的監控，需要應用專用的數據信息傳感器對變壓器中的環境進行測量與傳感，文中應用綜合傳感器，該傳感器為眾多傳感器的集合，其中包含溫度傳感器、微電流傳感器、HFCT 傳感器、無線震動傳感器、電阻傳感器等，能夠在220 V～220 kV 電壓下正常工作，具有較強的適應性，能夠精準檢測傳感器內部的環境溫度和濕度、精準測量變壓器繞組溫度以及繞組其他狀態、精準測量變壓器鐵芯內部的接地電流和變壓器常規電流大小、精準測量變壓器本體的釋放電流和局部電流[6]。綜合傳感器能夠與遠程在線監控網絡連接，使多個傳感器節點在監控設備中全方面進行傳感內容上傳[7]。

在智能變電站的基建施工現場建設遠程在線監控硬件系統的過程中，需要將綜合傳感器布局在基建施工現場的精確位置，并保證其不會影響智能變電站變壓器的正常工作，也不會影響基建施工現場的正常施工進度。綜合傳感器中微電流傳感器一般安裝在變壓器套管中的適配器中，微電流傳感器依據變壓器內鐵芯的接地電流來測定變壓器的微電流強度；溫度傳感器主要用于測量變壓器內部繞組溫度與周圍環境濕度，傳感器內部安裝有光纖型溫度探測裝置，能夠較敏感地識別出變壓器內繞組溫度[8]。光纖溫度探測原理結構如圖1所示。

圖1 光纖溫度探測原理結構

智能變電站基建施工現場需要通過高數字化能力的客戶端與服務器為基建施工現場管理人員傳送遠程在線監控信息，常見的信息系統服務器構架為C/S 與B/S 兩種模式，文中應用C/S 服務構架作為用戶端的主要運行設備，為用戶的信息獲取提供穩定的后備資源，C/S 模式下的服務器能夠充分發揮基建施工現場的復雜環境，充分應用綜合傳感器的硬件優勢降低服務器在信息開發方面的損失，這種結構的服務器還能夠在整個系統中進一步開發客戶端數據與客戶端服務端口，提前為智能變電站基建施工現場創造穩定的數據信息傳輸端口，C/S 模式下的服務器操作簡單，智能變電站中的業務功能分類比較清晰，管理人員可以通過檢索的方式快速尋找相應的數據信息[9]。

當服務器的訪問量達到一定限度時容易造成服務器崩潰現象，為此文中將服務器的網絡傳輸協議與Acam 超聲波測量芯片數據處理協議相連接[10-11]。

文中還應用大規模集成電路作為智能變電站遠程在線監控系統中音頻消息的列陣處理器，具有處理數據量大、運算重復性高、信號處理任務精準等特點，能夠與智能變電站遠程在線監控系統控制計算機連接，該電路能夠在任何工作電壓下工作，適應能力較強，且能夠進行獨立單元的拓展，結合編程程序的數據驅動機制提升整個硬件系統的容錯率。圖2為大規模集成電路結構。

圖2 大規模集成電路結構

2 系統軟件設計

智能變電站遠程在線監控系統的軟件系統需要根據基建施工現場的實際情況進行設計與實時改變，軟件系統中主要包含硬件系統的管理程序、監控數據查詢程序、仿真管理程序、遠程在線報告審批程序、通信程序、可視化智能交互程序、故障處理程序以及數據運行程序[12-14]。

針對智能變電站基建施工現場所在位置偏遠的問題，遠程在線監控系統的主要功能為遠程數據信息管理功能。該功能主要用于實現對基建施工現場工作人員的遠程分配與遠程數據仿真查詢，管理人員可以通過遠程監控程序對仿真數據進行操作[15]。在軟件的運行過程中需要統一在線監控語言，建立語言建模并融合基本的工業化標準語言與基建施工現場的基本概念、圖像符號以及專業術語等。遠程管理系統中能夠有效利用智能變電站中的仿真信息，提升智能變電站仿真系統的監控效率，實現監控信息的靈活性與智能化，整體的軟件程序可以劃分為多種類型的角色，對不同類型的仿真數據進行管理。軟件系統的仿真數據管理分配圖如圖3所示。

圖3 軟件系統仿真數據管理分配圖

軟件系統的管理體系主要負責整體系統的用戶、權限以及相關功能，維護軟件系統的穩定運行與硬件系統的高效，為了確保軟件運行程序的穩定性，需要在用戶管理層面上分別對用戶的賬號信息與角色信息進行分組管理，管理員能夠對用戶信息進行修改，方便智能變電站的角色添加與刪除，管理員登錄管理體系系統中還可以分配給其不同角色用戶的權限，使具有訪問權限的用戶可以自主修改模式。管理體系中管理員管理時序圖如圖4所示。

圖4 管理員管理時序圖

數據查詢功能是軟件程序中的核心功能模塊，能夠在智能面板中顯示智能變電站中遠程的監控數據。數據查詢功能主要包含開關數據查詢、仿真數據查詢、歷史數據查詢三類。其中，開關數據查詢功能主要負責查詢智能變電中固定客戶端的監控界面數據，根據變電站中開關操作與狀態信息保持交互界面的開關狀態一致[16]；仿真數據查詢功能用于獲取智能變電站基建施工現場的硬件設備數據，可以對指定設備的數據進行精準獲取，并以列表的形式或曲線的形式將查詢結果表現在交互界面中，更加直觀地顯示遠程監控信息的數據變化；歷史數據查詢功能主要負責查詢智能變電站中的報警記錄、故障記錄、操作記錄以及施工日期等歷史信息，根據用戶的權限不同還能引用服務器中的錯誤權限告警，將用戶的登錄程序轉接到查詢界面，從而提升服務器數據的安全性與精準性。

3 實驗與研究

為驗證上述監控系統的實際應用性能，將其作為檢驗對象，與基于無線網絡傳感器的監控系統和基于可視化的監控系統進行性能對比。實驗研究環境選擇在網絡良好的系統下展開，避免因網絡中斷對實驗研究結果的干擾。實驗參數（1）如表1所示。

表1 實驗參數（1）

根據以上參數，改造實驗環境中的變壓器，促使變壓器符合整體監控系統的要求。智能化改造傳感器部分的結構，調節變電站的在線監測裝置，當變電站的在線監測數據指標超過監控數據指標時，停止監控系統的監控行為，以防止因數據流量過大造成監控系統操控失誤。測量變電站的基礎電流通過信息，調整變電站的電流輸入模式，將收集的變電站電流與電壓相匹配，集中加強對變電站信息訪問的系統監測力度，并對變電站工作母線狀態進行檢驗。母線開關設備結構如圖5所示。

圖5 母線開關設備結構

在實驗傳感器節點處布置多個網絡監測點，注意在網絡節點布置的同時不影響變電站的正常運轉。當監控系統出現監控盲區時，需添加一定的冗余裝置避免監控的誤差。由此，收集監控系統的數據信息，并對比監控信息的流動誤差率。監控信息流動誤差對比結構如圖6所示。

圖6 監控信息流動誤差對比圖

根據圖6可知，文中監控系統的監控信息流動誤差低于另外兩種傳統的監控系統。這是因為文中監控系統根據系統監控的漏洞進行自行調節，利用網絡檢測裝置對變電站的電流與電壓信息進行數據化處理，將所有的流動數據轉化為靜態數據。選用微電流傳感器將變壓管的適配器內部電流疏導至微控中心，等待傳感器的自主處理操作。在連接變壓器鐵芯電流的同時管理變壓器的內部操作系統狀態，防止因內部狀態異常對監控操作造成影響。在變電站內部變壓器頂部設置繞組裝置，將無線傳感器配置在變壓器外部，根據變電站發出的振動頻率信號獲取相應的振動參數，按照振動參數調整監控的幀數設定操作，獲取幀數精準的監控影像，進而控制監控信息的流動，使其貼近實際流動方向，取得誤差率較小的信息流動數據。

結束初次實驗對比操作，利用實驗得出的數據進行二次實驗對比操作，控制變電站的監控系統數據流通狀態，并對監控系統進行升級，實驗參數（2）如表2所示。

表2 實驗參數表（2）

為避免產生系統監控失誤現象，在研究的過程中需添加系統自主防護裝置，并按照防護等級增強裝置的使用功率。在完成以上操作后，將取得的實驗結果數據進行對比，得到監控信息完整度對比情況如表3所示。

表3 不同監控系統監控信息完整度對比

根據表3可知，文中監控系統的監控信息完整度高于另外兩種傳統的監控系統，表明文中監控系統設計具有良好的監控效果。這是因為文中監控系統選用操作性較強的系統框架對變電站信息進行了集中處理，管理變電站的內部操控中心，并對中心數據進行基礎調節，不斷控制變電站的電流流動方向與電磁的干擾兼容選項，在獲取一定數據信息基礎的前提下構建變電站內部監控數據審核機制。及時緩解變電站運轉過程中產生的數據壓力。在降低變電站運作壓力后，利用監控程序應用對監控的范圍進行計算，取得相應的監控區間數據，在區間內部調整監控信息位置，并追蹤位置電流，獲取需進行監控的數據，由此提高整體監控信息的完整度，監控效果較強。

4 結束語

針對傳統的電站遠監控系統存在的信息流動誤差較大、信息完整度較低的問題，文中設計了一種新的智能變電站在線監控系統。該系統不僅有效解決了傳統系統存在的不足，還具有較強的操作性，符合監控程序的后續運營，能夠更好地為使用者提供優質服務。可以說，該系統具有較強的應用優勢和良好的應用前景。