變電站綜合預(yù)警系統(tǒng)研究與應(yīng)用

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局 李本惠 朱玉鑫 湯 蓮

設(shè)備的多樣化和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性不斷增加，同時(shí)對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的要求也越來(lái)越高。另一方面，隨著各種業(yè)務(wù)與發(fā)電、運(yùn)營(yíng)和管理的關(guān)聯(lián)度越來(lái)越高，業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、安全性和帶寬的要求越來(lái)越高，現(xiàn)有的后修模式不可避免地會(huì)影響一些通信。業(yè)務(wù)對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成一定威脅的業(yè)務(wù)。另一方面，通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)故障類型多、變化快、涉及網(wǎng)元多、具有顯著時(shí)空突發(fā)事件的特點(diǎn)。從理論研究入手，解決電網(wǎng)維面臨的新需求和新挑戰(zhàn)，克服核心技術(shù)以適應(yīng)業(yè)務(wù)需求、綜合監(jiān)控和智能變電站運(yùn)維早期研究和設(shè)計(jì)補(bǔ)償為目標(biāo)。同時(shí)，變電站在現(xiàn)代電網(wǎng)的輸配電中起著舉足輕重的作用，其安全運(yùn)行尤為重要。實(shí)施少量或無(wú)人值守變電站后，必須解決變電站設(shè)備運(yùn)行的可靠性、變電站安全管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控等問(wèn)題運(yùn)?；谙冗M(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能檢測(cè)技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)了變電站安全運(yùn)行綜合預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由變電站端、監(jiān)控中心和通信網(wǎng)絡(luò)三部分組成。對(duì)該系統(tǒng)的通信技術(shù)進(jìn)行具體研究，設(shè)計(jì)了一套圖像監(jiān)控裝置和安全預(yù)警裝置。視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要從整體硬件配置和二次開(kāi)發(fā)方面進(jìn)行討論，安全預(yù)警系統(tǒng)主要從硬件配置方面進(jìn)行討論。系統(tǒng)的應(yīng)用主要是系統(tǒng)軟件的應(yīng)用，系統(tǒng)的其他參數(shù)可以根據(jù)溫度和濕度的設(shè)置進(jìn)行設(shè)置。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，可以大幅提高變電站的安全運(yùn)行水平。

1 系統(tǒng)功能構(gòu)成

1.1 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心由服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、安全報(bào)警服務(wù)器、工作站組成，是系統(tǒng)的主要軟件。安全警報(bào)服務(wù)器的主要功能是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取系統(tǒng)的所有環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)，并分發(fā)到各個(gè)工作站的客戶端。所謂的服務(wù)器本質(zhì)上就是一臺(tái)電腦，但是它的性能比普通電腦要高，比如更高的時(shí)鐘速度、更大的內(nèi)存、更先進(jìn)的大硬盤等等。服務(wù)器提供了共享機(jī)制，只要有服務(wù)器指定的機(jī)制，局域網(wǎng)內(nèi)的任何客戶端都可以根據(jù)其權(quán)限獲取該資源。一方面，只有服務(wù)器才能完成一些無(wú)法完成的任務(wù)，另一方面，也可以降低整個(gè)系統(tǒng)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)成本。服務(wù)器主要為系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，使系統(tǒng)的任何授權(quán)用戶都可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地使用系統(tǒng)。

1.2 通訊網(wǎng)絡(luò)

每個(gè)站端和監(jiān)控中心通過(guò)兩個(gè)以太網(wǎng)橋通過(guò)電力系統(tǒng)專用通道互連。監(jiān)控中心內(nèi)部是局域網(wǎng)，通訊只是比較簡(jiǎn)單的以太網(wǎng)通訊方式。但是在變電站的情況下，通訊方式更加多樣化，在環(huán)境監(jiān)測(cè)部分，主要有兩種通訊方式：現(xiàn)場(chǎng)總線CAN 和串口通訊。視頻監(jiān)控單元采用以太網(wǎng)和通訊方式，其中一臺(tái)用作云臺(tái)控制總線。

1.3 變電站

目前，我們的圖像監(jiān)控裝置以及安全預(yù)警裝置實(shí)現(xiàn)了變電站的圖像和環(huán)境監(jiān)控件。圖像監(jiān)控裝置的主要功能是實(shí)時(shí)傳輸，現(xiàn)場(chǎng)工作人及時(shí)了解操作情況。此外通過(guò)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)以及智能識(shí)別技術(shù)，提供變電站相關(guān)運(yùn)行的信息。安全預(yù)警裝置的主要功能是采集一些威脅變電站內(nèi)外安全運(yùn)行的環(huán)境參數(shù)，實(shí)時(shí)提供給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。如果現(xiàn)場(chǎng)的這些環(huán)境參數(shù)發(fā)生異常變化，監(jiān)控中心工作站的工作人員就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，降低了變電站因環(huán)境因素而發(fā)生事故的概率，進(jìn)一步保證了安全運(yùn)行。該裝置由環(huán)境參數(shù)采集裝置和環(huán)境參數(shù)處理裝置兩部分組成，主要是各種傳感器、變送器或環(huán)境檢測(cè)設(shè)備集檢測(cè)、傳輸于一體，對(duì)環(huán)境進(jìn)行所有有計(jì)劃的監(jiān)測(cè)工作。數(shù)據(jù)數(shù)字化和模擬操作允許傳感器探頭獲得人類可用的數(shù)據(jù)。環(huán)境處理單元采用單片機(jī)作為關(guān)鍵的安全預(yù)警終端。它承載了單片機(jī)的可編程功能，一個(gè)通訊口將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到串口服務(wù)器，供監(jiān)控中心服務(wù)器調(diào)用。

2 變電站綜合預(yù)警系統(tǒng)具體實(shí)施

2.1 圖像監(jiān)控

圖像監(jiān)控技術(shù)是通過(guò)變電站技術(shù)創(chuàng)新的不斷推進(jìn)，電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度大大提高，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程變電站的遙測(cè)。通過(guò)遠(yuǎn)程功能的實(shí)現(xiàn)，靈活的反映了變電站的運(yùn)行，在反復(fù)對(duì)變電站一次、二次設(shè)備的外部監(jiān)控和變電站的防火防盜，實(shí)行相關(guān)部分的操作。不斷地通過(guò)這些薄弱環(huán)節(jié)直接影響到無(wú)人值守變電站的安全運(yùn)行。變電站斷路器，該局靈活方便，清晰實(shí)時(shí)，可以監(jiān)控所有攝像機(jī)的畫面，控制云臺(tái)和鏡頭。設(shè)計(jì)為數(shù)字視頻錄像功能，可用于變電站丟失或事故分析報(bào)警聯(lián)鎖功能當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，來(lái)自監(jiān)控主機(jī)的圖像自動(dòng)切換到相應(yīng)的攝像頭系統(tǒng)包括數(shù)字視頻優(yōu)先級(jí)和權(quán)限設(shè)置，用戶動(dòng)作記錄等。多路分屏實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)可在一臺(tái)顯示器上同時(shí)監(jiān)控相同或不同的前端。視頻監(jiān)控單元設(shè)計(jì)圖像監(jiān)控單元組織結(jié)構(gòu)視頻監(jiān)控單元由硬盤錄像機(jī)、室外高壓半球攝像機(jī)和室內(nèi)全向技術(shù)組成，其在系統(tǒng)中的作用不容小覷。視頻監(jiān)控裝置是變電站遠(yuǎn)程直觀監(jiān)控系統(tǒng)的基本條件，同時(shí)各種報(bào)警聯(lián)動(dòng)需要視頻監(jiān)控裝置的支持。

2.2 數(shù)據(jù)采集

采集器開(kāi)關(guān)量采集器主要由單片機(jī)、接口、光電隔離電路和邏輯處理電路組成。采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理器，接口為預(yù)警主機(jī)提供輸出通道，光電隔離電路的作用是避免或減少采集信號(hào)因電磁污染而失真。它用于收集和利用來(lái)自各種傳感器的信號(hào)作為數(shù)字信號(hào)輸出。數(shù)據(jù)接收接口有兩個(gè)接口和兩個(gè)單接口，接口主要用于為數(shù)據(jù)采集器提供一個(gè)輸入通道，一個(gè)接口是溫濕度變送器和無(wú)線溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)輸入，另一個(gè)接口也用作預(yù)警主機(jī)[1]。輸出接口連接串口服務(wù)器供監(jiān)控中心服務(wù)器使用該監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理器是預(yù)警主機(jī)的核心，所有數(shù)據(jù)都必須在該主機(jī)上處理并發(fā)送到串行服務(wù)器。實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示部分主要是液晶顯示電路，通過(guò)它也可以現(xiàn)場(chǎng)觀察檢測(cè)結(jié)果，同時(shí)還可以顯示預(yù)警主機(jī)是否工作正常。

2.3 安全預(yù)警

安全預(yù)警裝置的主要功能是監(jiān)測(cè)環(huán)境溫濕度、煙霧、火焰、變壓器噪聲、高壓電纜溫度、門禁系統(tǒng)、安全等因素。通過(guò)變電站和現(xiàn)場(chǎng)總線采集影響各傳感器接收變電站安全運(yùn)行的各種參數(shù)，并確定和處理預(yù)警終端信息。安全預(yù)警裝置由安全預(yù)警主機(jī)、數(shù)據(jù)采集器和若干智能環(huán)境探測(cè)器組成。安全預(yù)警主機(jī)通過(guò)總線連接采集器，通過(guò)串口與主站通信。開(kāi)關(guān)量采集器采集來(lái)自煙霧、火焰、洪水、室內(nèi)侵入等不同類型探測(cè)器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)。模擬量收集器收集不斷變化的信號(hào)，例如噪聲。最大探測(cè)距離非法入侵探測(cè)器，視角角度煙霧探測(cè)器報(bào)警集中變暗，報(bào)警后延時(shí)自動(dòng)復(fù)位。液位檢測(cè)器警報(bào)高度總警報(bào)延遲時(shí)間、事件分辨率、遙測(cè)刷新率和實(shí)時(shí)指示器、遙測(cè)變化傳輸時(shí)間、信號(hào)變化傳輸時(shí)間、事故位移警報(bào)響應(yīng)時(shí)間、呼叫屏幕響應(yīng)時(shí)間、屏幕數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間、全系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新周期、事故彈出屏幕時(shí)間、遙控返回時(shí)間、位移響應(yīng)時(shí)間、遙控命令響應(yīng)時(shí)間、可靠性指標(biāo)可用性、正常情況下主機(jī)平均負(fù)載率、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率、遠(yuǎn)程控制準(zhǔn)確率、平均故障間隔時(shí)間，主站和遠(yuǎn)程終端全滿[2]。

2.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)

一個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是否合理，關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，決定了系統(tǒng)的可用性。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)和管理所有監(jiān)控參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，它包含大量的數(shù)據(jù)，其設(shè)計(jì)直接關(guān)系到系統(tǒng)的效率和運(yùn)行的穩(wěn)定性。由于預(yù)警數(shù)據(jù)變量的種類很多，如果對(duì)每個(gè)變量都設(shè)計(jì)一個(gè)表，一是讓數(shù)據(jù)庫(kù)變得過(guò)于復(fù)雜，二是考慮為每個(gè)數(shù)據(jù)表增加數(shù)據(jù)文件和日志文件，負(fù)擔(dān)增加。因此，將數(shù)據(jù)集中在一個(gè)表中是一種減少數(shù)據(jù)庫(kù)表數(shù)量的方法。預(yù)警數(shù)據(jù)分為三種類型：模擬、數(shù)字和視頻模擬。可以存儲(chǔ)模擬量的表也必須存儲(chǔ)數(shù)字量。這是存儲(chǔ)空間的一個(gè)小浪費(fèi)，但與前面提到的由于數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)和日志文件，尤其是日志文件的增長(zhǎng)而造成的浪費(fèi)相比，是微不足道的。經(jīng)過(guò)綜合考慮，設(shè)計(jì)站點(diǎn)列表用于存儲(chǔ)所有監(jiān)控站點(diǎn)的信息。監(jiān)控設(shè)備列表用于監(jiān)控設(shè)備管理。同時(shí)，它區(qū)分變量。監(jiān)測(cè)變量列于綜合預(yù)警中。軟件設(shè)計(jì)表預(yù)警變量初始化、相關(guān)管理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、設(shè)計(jì)監(jiān)控變量實(shí)時(shí)值表對(duì)各類預(yù)警實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、設(shè)計(jì)監(jiān)控預(yù)警數(shù)據(jù)存儲(chǔ)歷史值用于管理的變量歷史值表。系統(tǒng)還需要設(shè)計(jì)兩個(gè)輔助表來(lái)完成站點(diǎn)、站點(diǎn)地圖和站點(diǎn)監(jiān)控地圖信息的存儲(chǔ)管理和相關(guān)配置[3]。站點(diǎn)地圖配置信息表用于變電站站點(diǎn)地圖的系統(tǒng)配置和各站點(diǎn)監(jiān)控地圖的監(jiān)控。每個(gè)站點(diǎn)的監(jiān)控分布圖使用監(jiān)控預(yù)置點(diǎn)配置表。用戶登錄數(shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)和管理用戶登錄相關(guān)任務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，類型簡(jiǎn)單，關(guān)聯(lián)度不高[4]。大多數(shù)表是在數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建后初始化的固定表。表是固定表，在一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)隨機(jī)變化，第四張表隨著用戶使用系統(tǒng)而改變內(nèi)容，并始終存儲(chǔ)系統(tǒng)所有用戶的登錄和注銷記錄。

3 系統(tǒng)的安裝注意事項(xiàng)

前期安裝工作確保施工工具齊全，原材料齊全，在可以搭建變電站的前提下，設(shè)置一些傳感器和舊相機(jī)的地址。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置變電站遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布按空間范圍分為室外和室內(nèi)兩部分。變電站外部主要包括環(huán)境壓力、變電站、圍欄、大門等監(jiān)測(cè)對(duì)象。變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控需要設(shè)置的位置包括主控室、高壓開(kāi)關(guān)柜室和電容器室。各項(xiàng)具體功能的實(shí)現(xiàn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置密切相關(guān)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置是否合理是整個(gè)變電站遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有效運(yùn)行的關(guān)鍵。監(jiān)控點(diǎn)的布置包括攝像頭、門磁、探測(cè)器的分布和配置。相機(jī)和各種傳感器必須正確放置才能很好地發(fā)揮其功能。接線安裝按照上述準(zhǔn)備工作開(kāi)始接線并安裝每個(gè)系統(tǒng)組件。我們首先進(jìn)行布線，在布線時(shí)測(cè)試電纜的可用性，根據(jù)安裝難度和子布局安裝設(shè)備，并在安裝過(guò)程中進(jìn)行調(diào)試。安裝注意事項(xiàng)安裝時(shí)調(diào)試，調(diào)試前不要安裝所有設(shè)備調(diào)試必須逐個(gè)或按類型進(jìn)行避免設(shè)備和站內(nèi)產(chǎn)生高電壓和強(qiáng)電磁波的地方嘗試安裝接線安全警告主機(jī)、硬盤錄像機(jī)等[5]。在電磁環(huán)境較好的主控室，制定合理的工程進(jìn)度表，降低安裝成本注意安全一般情況下，變電站都有高壓。

4 結(jié)語(yǔ)

在配備視頻監(jiān)控系統(tǒng)的有人值班變電站中，可以監(jiān)控?zé)熿F、非法進(jìn)入等有限事件，但可以監(jiān)控溫度、濕度、環(huán)境火焰、小動(dòng)物侵入電纜溝和淹沒(méi)，以及工作現(xiàn)場(chǎng)的空調(diào)狀況。向?qū)崟r(shí)性較差的運(yùn)營(yíng)監(jiān)控人員提供事件信號(hào)，往往導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)監(jiān)控人員無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。預(yù)警系統(tǒng)中配置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其他監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)鎖。對(duì)各種業(yè)務(wù)子系統(tǒng)和機(jī)房設(shè)備進(jìn)行綜合管理，具有跨平臺(tái)、組合設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)、flash 動(dòng)畫效果、歷史回放等優(yōu)良特性，該系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了運(yùn)維。電網(wǎng)的可管理性和高效性有力地保障了電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。