電力監(jiān)控系統(tǒng)在智能變電站中的應(yīng)用

莊 瓊，宋加擴(kuò)

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鹽城供電分公司，江蘇 鹽城 224000）

1 電力監(jiān)控系統(tǒng)的概述

隨著人民生活水平的提高，建立智能化電網(wǎng)已成為我國電力公司的必然選擇，為提高其運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和運(yùn)行效率，須采用電力監(jiān)測系統(tǒng)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程遙測等技術(shù)在變電站的建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，對變電站的正常運(yùn)行起到了很大的促進(jìn)作用。在當(dāng)前電力監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用中，監(jiān)測系統(tǒng)所擔(dān)負(fù)的主要工作有兩大部分。一是保證變電站的安全，二是保證變電站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在安全方面，電力監(jiān)控系統(tǒng)可以在不同的地方安裝攝像頭和防盜裝置，防止有人闖入，提高建筑物和設(shè)備的安全[1]。

隨著自動化程度的提高，目前的智能變電站大都采用了無人值班的模式，因此電力監(jiān)控技術(shù)也隨之發(fā)展。通過遙控、遠(yuǎn)程調(diào)度等方式實(shí)時(shí)監(jiān)測變電站，對各類突發(fā)事件進(jìn)行預(yù)警，并采取有效的應(yīng)急處置，從而迅速地實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的管理，減少了人為的不便。20世紀(jì)90年代以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，技術(shù)交流和技術(shù)交流得到了極大的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)、設(shè)備自動化等方面的技術(shù)也逐漸成熟。

目前，電力監(jiān)測系統(tǒng)主要包括以下功能：對供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面的監(jiān)測；監(jiān)測和測量電能和非電能；當(dāng)電源不穩(wěn)時(shí)，對參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)整；集中控制；利用微型計(jì)算機(jī)對蓄電池進(jìn)行集成充電。該系統(tǒng)不僅為供電公司節(jié)約人工值班和巡視維護(hù)的人力成本，而且為變電站實(shí)現(xiàn)無人值班提供了良好的支撐。

2 電力監(jiān)控系統(tǒng)在智能變電站中的作用

2.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性

在智能變電站的日常工作中，電力監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)揮著無可取代的作用。為得到合理的運(yùn)用，電力監(jiān)測系統(tǒng)的安全性和可靠性是必不可少的。在智能變電站中，目前常用的有合并單元、智能終端等多種工藝層設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中可以促進(jìn)監(jiān)測系統(tǒng)中的測控功能的發(fā)揮，從而為系統(tǒng)提供很好的輔助，對于提高測試控制功能的響應(yīng)速度有著重要的意義。智能變電站的站控層設(shè)備和相應(yīng)功能在實(shí)際應(yīng)用中都得到了嚴(yán)格的規(guī)范和合理的控制，但因?yàn)橹悄茏冸娬颈旧淼男畔⒘刻螅栽趯?shí)際操作中，其網(wǎng)絡(luò)容量受到限制，再加上調(diào)度、處理能力的限制，使得智能變電站很難有效地將現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的傳輸，隨著時(shí)間的推移，對智能變電站整體的工作造成影響，也會對其在實(shí)際應(yīng)用中的推廣產(chǎn)生一定的影響[2]。

2.2 測控功能的完備性

在實(shí)際使用中，智能變電站的測控設(shè)備本身具有的許多功能，能夠最大限度地滿足電力系統(tǒng)的運(yùn)行需求。但是，在提供同步相量測量的同時(shí)要考慮到非智能裝置的監(jiān)測功能，因此測控設(shè)備的功能還需在實(shí)踐中進(jìn)一步完善，才能真正發(fā)揮出全部作用。而在這種情況下，對測控設(shè)備的性能也是越來越高。

3 智能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)成，智能監(jiān)控系統(tǒng)可以分為集中監(jiān)控、區(qū)域供電集中監(jiān)控、光纖自愈環(huán)網(wǎng)集中監(jiān)控。本文將對這幾種體系的組成和作用特性進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

3.1 集中監(jiān)控系統(tǒng)模式

集中監(jiān)控系統(tǒng)是針對供電范圍集中、監(jiān)控對象較少的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用分層的分布機(jī)制，劃分為間隔層設(shè)備、通信設(shè)備和站控層設(shè)備。該系統(tǒng)隔離層裝置使用了集成的微型計(jì)算機(jī)保護(hù)裝置、智能配電裝置和協(xié)議智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Device，IED）裝置。所有的隔離層裝置都具有RS-485通信接口，通過屏蔽雙絞線與Modbus通信協(xié)議連接，采用站級以太網(wǎng)將通信管理機(jī)與后臺監(jiān)視主機(jī)相結(jié)合。系統(tǒng)監(jiān)測主機(jī)可以通過人機(jī)界面（Human Machine Interface，HMI），將整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測屏幕和實(shí)時(shí)的工作狀況顯示出來。系統(tǒng)監(jiān)視系統(tǒng)也能正常地進(jìn)行系統(tǒng)的控制、維護(hù)、修改和配置[3]。

3.2 區(qū)域供電集中監(jiān)控系統(tǒng)模式

區(qū)域供電集中監(jiān)測是針對供電地域廣，設(shè)備分布分散的電網(wǎng)監(jiān)測。本系統(tǒng)采用分布通信，主控室統(tǒng)一管理。通過由網(wǎng)絡(luò)、光纖附件等構(gòu)成站級以太網(wǎng)，將各變電站的通信管理機(jī)集為一體，從而對全地區(qū)進(jìn)行供電監(jiān)測。主控室的后臺監(jiān)視系統(tǒng)采用2機(jī)或多機(jī)結(jié)構(gòu)，主、備機(jī)的數(shù)據(jù)一致，互相作為熱后備，改善系統(tǒng)的可靠性和完整性。

3.3 光纖自愈環(huán)網(wǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)模式

在變電站中分布較分散的智能監(jiān)測系統(tǒng)中，可以采用基于光纖自愈環(huán)網(wǎng)的以太網(wǎng)架構(gòu)。以光纖自愈環(huán)網(wǎng)為基礎(chǔ)，具有容錯(cuò)能力強(qiáng)、傳輸速度快、傳輸距離遠(yuǎn)以及網(wǎng)絡(luò)配線簡單等特點(diǎn)。采用光纖自愈環(huán)網(wǎng)，可以避免多層級聯(lián)的接入，進(jìn)一步改善網(wǎng)絡(luò)的可靠性。集中監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)采用了星形和光纖兩種自愈網(wǎng)相結(jié)合的方式，解決了純環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中存在的節(jié)點(diǎn)過多的問題，同時(shí)保留了星型以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)充的優(yōu)勢。

4 電力監(jiān)控系統(tǒng)在智能變電站中的應(yīng)用

4.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)對配電室內(nèi)的二次設(shè)備進(jìn)行智能化的改造

在原有的配電系統(tǒng)中，采用的傳統(tǒng)的現(xiàn)場控制系統(tǒng)，包括操作控制系統(tǒng)、信號顯示、遙控操作系統(tǒng)等。經(jīng)過對監(jiān)控系統(tǒng)的改造，可以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的自動控制，通過網(wǎng)絡(luò)通信，可以進(jìn)行自動化辦公，如果變電站發(fā)生意外，報(bào)警系統(tǒng)會自動觸發(fā)，并與用戶進(jìn)行信息交流，從而避免傳統(tǒng)的手工測量，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行電力計(jì)量、監(jiān)測、數(shù)據(jù)收集、處理突發(fā)事件以及超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。對電力系統(tǒng)的監(jiān)測，可以使電力系統(tǒng)的運(yùn)行更加清楚，從而提高電力系統(tǒng)的安全、系統(tǒng)性。同時(shí)，該系統(tǒng)能與其他通信系統(tǒng)進(jìn)行連接，增加系統(tǒng)的開放性和包容性[4]。

4.2 網(wǎng)絡(luò)管理

將電力監(jiān)測系統(tǒng)引入到智能變電站，在站控層、過程層等各個(gè)層面的通信管理中，能夠在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行有序的運(yùn)行。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信管理時(shí)，應(yīng)充分考慮交換機(jī)的使用價(jià)值。這是因?yàn)椋谡５那闆r下，開關(guān)能夠保證變電站的安全性和穩(wěn)定性，因此，在實(shí)際操作中，開關(guān)需要根據(jù)實(shí)際情況，不斷加強(qiáng)，使之符合變電站的運(yùn)行需要。同時(shí)，在電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行中，要充分利用電網(wǎng)的基本功能和網(wǎng)絡(luò)管理的功能。基于此，利用簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol，SNMP）協(xié)議，可以全面地理解和分析目前整個(gè)交換機(jī)的運(yùn)行狀況，既能得到準(zhǔn)確可靠的信息資料，又能方便地進(jìn)行日常的監(jiān)督和管理工作。在運(yùn)行的全過程中，一般都是采用兩進(jìn)線一母聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，每個(gè)變電站都有80多條高壓輸電線路。利用電力監(jiān)測系統(tǒng)，可以將整個(gè)系統(tǒng)分為5個(gè)小工作站，并設(shè)有一個(gè)主要的監(jiān)測中心。其通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行主要采用100M傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）光纖以太網(wǎng)，而小型站點(diǎn)的現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)主要采用的是總線通信。

4.3 順控操作

隨著智能變電站的推廣，順控操作可以能對各種設(shè)備如后臺設(shè)備進(jìn)行合理的操作和控制。例如，在一定的時(shí)間內(nèi)，它會從工作狀態(tài)變成維修狀態(tài)。順控制的優(yōu)點(diǎn)較多，既能減輕員工在工作中的精神壓力，又能有效地解決員工和變電站的矛盾。采用該方法，可以滿足變電站無人值守的基本需求。在確保安全運(yùn)行的前提下，提高了智能變電站的總體工作效率。

4.4 電力監(jiān)控系統(tǒng)的使用價(jià)值

在智能變電站的運(yùn)行管理中，采用電力監(jiān)測技術(shù)可以節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，提高運(yùn)行效率，減少人為原因所致的事故。在電力系統(tǒng)的應(yīng)用中，可以對電力系統(tǒng)的用電量和用電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和統(tǒng)計(jì)，從而為電力系統(tǒng)的運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)，從而有效地減少系統(tǒng)的能耗減少系統(tǒng)的投入。通過對重大事件的預(yù)警，可以預(yù)知到事故的發(fā)生，并能在系統(tǒng)的提醒下，提前介入。即使在處理過程中出現(xiàn)了電網(wǎng)的異常情況，也能在很短的時(shí)間內(nèi)切斷電源，將損失降到最小，有效減少設(shè)備的維修成本，提高設(shè)備的使用壽命。

4.5 智能告警

在常規(guī)的變電站中，一般發(fā)生事故報(bào)文后，根據(jù)相關(guān)的規(guī)定，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警。在這樣的環(huán)境下，如果變電站發(fā)生了意外，那么相應(yīng)的事故就會接二連三地發(fā)生，從而導(dǎo)致重大的安全事故發(fā)生。在實(shí)際運(yùn)用中，由于受電力監(jiān)測系統(tǒng)的影響，它本身就具備報(bào)警的特性，能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行查詢、分析，并將其與各類事故類型相結(jié)合，合理分割測量控制信息，為工作人員提供方便。

4.6 對軟壓板予以檢修

在智能變電站的使用中，對保護(hù)設(shè)備進(jìn)行全面的檢查，并針對其工作狀況提出了相應(yīng)的對策。一系列的維修工作結(jié)束后，對軟壓板進(jìn)行檢查，確保其符合標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，在對軟壓板進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，它的監(jiān)控系統(tǒng)可以將現(xiàn)場的真實(shí)狀況可視化，并采取相應(yīng)的控制措施，確保軟壓板實(shí)時(shí)值與標(biāo)準(zhǔn)值一致。在定期檢查中，當(dāng)校驗(yàn)值和實(shí)時(shí)值出現(xiàn)偏差時(shí)，將會發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警，并在經(jīng)過仔細(xì)檢查后，由人為觸發(fā)來判定軟壓板的狀況是否一致[5]。

4.7 GOOSE和SV監(jiān)測

采用光纖光纜可以很好地解決傳統(tǒng)電力線路的缺陷。而采用面向通用對象的變電站事件（Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE）接線模式，直接替代了原有的電纜線路，導(dǎo)致常規(guī)的電力測試手段難以有效使用，通信經(jīng)常發(fā)生故障。如何更好地處理GOOSE和采樣信息的通信服務(wù)（Sampled Value，SV）的監(jiān)控問題，是目前的一個(gè)重要課題。開放式系統(tǒng)互聯(lián)（Open System Interconnect，OIS）參考模式主要包括物理層、網(wǎng)絡(luò)層等7個(gè)層次。其中以數(shù)據(jù)鏈層作為多點(diǎn)傳送，GOOSE效應(yīng)和SV值主要由接收端來判定，再由網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)測系統(tǒng)。而在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，則采用了二維數(shù)據(jù)表，對上述GOOSE效應(yīng)和SV值進(jìn)行了監(jiān)測。

4.8 iES-SL330A智能特性

iES-SL330A是根據(jù)全新IEC61850規(guī)范而進(jìn)行更深入的研發(fā)與運(yùn)用。本系統(tǒng)在實(shí)際操作中能與ICE61850設(shè)備相結(jié)合。在系統(tǒng)建模的時(shí)候，一般都是采用集成的方法，因此整個(gè)設(shè)計(jì)和配置都是非常靈活的，用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際需要，進(jìn)行個(gè)性化配置。該系統(tǒng)在整體布局和使用上都有很大的方便性。例如：在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過多種方式共享各類數(shù)據(jù)庫的信息；實(shí)際操作中，不用反復(fù)填寫數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容；在運(yùn)行時(shí)，能夠靈活地配置和利用各類數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)的備份工作最大化，并能與海量的數(shù)據(jù)相結(jié)合。該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具有很高的安全性，并能支持多種模式，如雙機(jī)、多機(jī)冗余

4.9 數(shù)據(jù)辨識功能軟件在iEs-SL330A中的應(yīng)用

在智能變電站集成監(jiān)測系統(tǒng)iEs-SL330A中，采用了數(shù)據(jù)識別功能軟件，將二者有機(jī)地結(jié)合在一起。一般情況下，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)高效地分析和處理各類智能變電站的各類數(shù)據(jù)。在這種情況下，如果發(fā)生了報(bào)警、事故等情況，可以將報(bào)警的基本內(nèi)容、事故信息等信息在相應(yīng)的主界面可視化，并進(jìn)行分析。在實(shí)際的運(yùn)行和運(yùn)行過程中，運(yùn)行人員可以通過人機(jī)對話窗實(shí)時(shí)監(jiān)測變電站的工作狀況，并對所涉及的各種數(shù)據(jù)、信息進(jìn)行分析。一旦系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)發(fā)生了故障，就能利用數(shù)據(jù)識別軟件的事件報(bào)警窗口，對各種類型的事故產(chǎn)生的原因和內(nèi)容進(jìn)行分析。同時(shí)，值班人員可以通過項(xiàng)目窗口中的警報(bào)，對測量結(jié)果進(jìn)行深入的分析，從而找到并總結(jié)事故的原因，從而制定出相應(yīng)的應(yīng)對措施。

5 結(jié) 論

綜上可知，智能變電站的存在意義與價(jià)值在于能夠合理地利用現(xiàn)有的科技手段，采用先進(jìn)的綜合措施，高效節(jié)能環(huán)保地運(yùn)行和使用智能設(shè)備。智能化變電站的出現(xiàn)及其實(shí)際運(yùn)用，既能適應(yīng)新時(shí)期數(shù)字化、智能化發(fā)展的需要，又能充分保障各類智能設(shè)備的有效使用。隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的國家將電力監(jiān)測系統(tǒng)用于智能變電站的管理，對于現(xiàn)有的普通變電站進(jìn)行的升級，升級后的設(shè)備將會達(dá)到智能變電站的標(biāo)準(zhǔn)。