電力通信機房動力及環境監控系統研究與設計

畢研國 董 秀 趙玉田

（1.博格華納燃油系統(煙臺)有限公司，山東煙臺 265500；2.煙臺汽車工程職業學院，山東煙臺 265500）

0 引言

電力應急通信是指當發生自然災害、電力交通事故、設備故障等突發事件時，為快速實施搶險救援，確保指揮暢通，在現場與各級事故應急救援指揮機構（或指揮中心）之間建立話音、圖像、數據等通信聯系，為現場救援指揮提供的通信手段。其中圖像通信能實時、具體地呈現現場狀態，在應急通信保障期間發揮了關鍵作用。電力應急通信應充分利用電力專用通信、公眾移動通信、衛星通信等途徑，為電力應急救援提供靜、動態圖像通信服務。電力應急圖像通信系統是電力應急通信系統中的圖像通信部分，如何將現場的實時圖像傳輸至應急指揮中心是本文的研究重點。

1 系統監控對象

電力數據中心機房動力環境監控系統（以下簡稱為動環監控系統）的監控對象可分為三大類：第一是對設備動力系統實時工作狀態進行監控，如供配電系統開關狀態、UPS 和柴油發電機等設備的運轉參數和狀態等；第二是對機房內運行環境進行監測與控制，如溫度、濕度、漏水狀況、氫氣濃度等；第三是對人員設備進出進行監控，如門禁、攝像頭、防入侵等安全類設備。而機柜內服務器、交換機、加密機等安全或網絡類硬件設備運行狀態并未被納入，不在本文探討范圍。

2 動環監控系統的應用現狀

國產機房動態環監測系統研制20 多年，主要面向基站機房通信運營商和政府、大中型機房企業。基站機房四大通信運營商，基站數量可達10 萬甚至數百萬，基站機房現場動態環設備分布廣泛，接入規程多，工程開發復雜，規范要求高，可靠性高，性價比高，售后服務高，構建動態環監測系統最重要的部分是使用政府部門、大型企業的接口，以及大中型高科技企業的數據中心機房（如百度）。例如，有些項目具有較高的投資價值和較長的構建周期，通常由動態環境監測系統制造商作為分包商或大型系統集成商進行補充，構建方面通常使用SNMP 進行數據互連和交換，但標準不同。一些用于企業信息項目的中小型機房通常由小型動態環監測集成器或機房傳感器制造商建造，由配置軟件或小型動態環監測軟件管理，標準化水平相對較低[1]。

3 具體的電力應急圖像通信系統主要存在的問題

（1）現場應急圖像通信設備體積大、重量大、攜帶不方便。由于電力現場應急條件比較特殊，現代化交通工具往往不能直接到達現場，需要人工搬運才可到達，導致應急圖像通信時效性差，失去了應急保障的意義。（2）應急接入設備集成度低，配線及接口數量很多，現場布設需要的時間較長。應急現場最后區間的接入手段導致傳輸帶寬受限，因此圖像質量不高。（3）寬帶衛星傳輸系統是解決應急通信的一個重要手段，雖然個別電力局集團公司已經在試點，但電力應急通信系統目前還沒有統一規劃和建設。（4）發生應急搶險事故后，首先到達現場的往往不是電務系統維護人員，這就要求各電力局集團公司在局內信息傳送方式上運用時效性更高的信息系統，僅僅依靠目前的應急通信系統無法滿足搶險需要，全員應急是當前迫切的需求。（5）沒有統一的標準和規定，公眾移動網絡的應急通信系統接入既有電力應急通信系統這方面仍然存在很多問題，無法正常發揮應急通信作用。

4 建設及運維情況

安裝、調試和維護過程中的主要問題：（1）監控單元(如UPS、空調器、開關電源)出現設備品牌復雜、協議版本低、沒有智能IP 接口等情況。因此，監控設備存在錯誤的報警現象時需要工作人員進行操作；（2）監控設備故障(如接入控制、FSU 等)。在通常情況下，需要等待設備制造商重新發送更換部件，然后才能解決這些問題，這可能導致設備出現長時間故障，在故障期間無法監控相應的故障單元，存在安全風險；需要每個縣分支機構準備備件；（3）局部報警信息大規模延長，精度不高，故障排除響應時間長，故障處理時間長；（4）移動環監測軟件只能為個人發放檢查計劃，不能按區一級的技術廳發放。如果區一級技術廳技術服務人員需要重新調任，檢查計劃僅限于動態環監測系統本身，不能增加其他重要監測節點的檢查內容，則該系統需要升級這一功能[2]。

5 開關量直集模塊

（1）重要開關監測：通過監測配電柜內重要斷路器的輔助觸點狀態，判斷開關的通斷狀態；當監測的開關狀態與設定默認狀態不一致時，監控主系統發出報警。（2）防雷監測：通過監測防雷器的遙信觸點，實時監測防雷器狀態；當監測的防雷器狀態與設定默認狀態不一致時，監控主系統發出報警。（3）新風排煙監控：通過在新風和排煙管道中安裝壓差開關監測壓差信號，監測機房內新風機和排煙機的運行狀態，可遠程控制新風機的啟停。（4）防入侵監測：通過在機房內安裝紅外探頭以監測機房內人員移動狀態；當紅外探測器的狀態異常時，系統發出報警。（5）消防監測：通過采集消防控制主機報警輸出點的信號，實時監測機房內各分區的消防狀態；一旦發生報警，系統就自動切換到相應的監控界面，火警狀態圖標變紅且閃爍，同時產生報警事件并記錄存儲[3]。

6 實時告警問題的優化

首先，應嚴格控制智能設備的串行連接數量，以免串行連接設備過多導致數據下載速度緩慢，從而導致報警延遲。FSU 掃描時間合理配置，通過調整移動環設備掃描周期來提高捕獲速度，從而縮短采集設備對每個測量點的詢問時間。其次，合理選擇設備測量點，選擇和優化重要測量點，避免收集器過載，這會影響采購效率。操作人員必須避免掃描非重要數據占用大量資源并導致收集工作延遲的情況。此外，可通過軟件控制不合理數據觸發的報警，提高報警反饋差值的屏蔽功能，如果數據輸入值超出合理范圍，可鎖定數據的這一部分，設置有效的上限和下限，消除錯誤報警。傳輸過程中的電磁干擾產生的錯誤報警可以通過在傳輸線上添加抗干擾的磁環來避免，從而減少干擾，并在軟件末端實現有效的門限保護。最后，采用人工智能等先進手段，加大報警邏輯關系分析，合理分類報警信息。提高報警跟蹤功能，劃分主報警和副報警，確定報警生成設備的主從關系，從而有效優化報警信息，減少報警信息的轟炸，同時不丟失重要的報警信息。

7 監控處理機通信控制器

監控處理機是綜合電力系統的一個分系統，是電子系統的故障檢測中心，主要實現電子系統的集中式監控管理，是非電子系統與綜合電力系統之間的接口。某型監控處理機主要監控管理電子系統的若干子系統設備，同時將這些設備的各種工作狀態信息通過多路傳輸數據總線報給維修人員。通信控制器作為監控處理機與外界的通訊媒介，傳遞非電子系統設備的工作狀態。通信控制器的故障將直接影響監控處理機乃至整個電子系統的安全性和穩定性。依靠自身的BIT 來完成故障的診斷和測試，該測試可以將故障定位到SRU 級。依靠通用自動測試設備來幫助完成內場級的故障診斷和測試，測試可以將故障定位到SRU 級，且只針對整機測試，無法實現針對通信控制器的測試和故障診斷。因此，亟需設計并研制一套針對通信控制器的功能測試與診斷系統，對通信控制器的功能、性能參數以及故障情況進行檢查。通信控制器的自動測試與診斷系統能夠完成系統的初始化設置、正常通信、BIT 自檢等功能測試，并具備數據采集分析功能，實現了對被測對象的自動測試[4]。

8 數據通信網絡關閉功能

數據通信網絡關閉功能的作用是把變電站的實時數據傳輸至本地區調度中心、備用調度中心，為本地區調度中心和備用調度中心在110kV 變電站遠程調度、運行提供可靠的基礎信息支撐，從而達到遠程調度、運行的目的。變電站內的實時信息主要有變電站內的線路、設備的實時數據、狀態信息、輔助設備信息和變電站的記錄信息。針對變電站監控系統的監控對象類型及重要程度，將其劃分為“安全I 級”和“安全II 級”，并就“兩級”的具體情況進行了介紹。電力設備的主要任務是對110kV 變電站的數據進行實時的采集和監控，以及對變電站的一、二次設備的監控。這樣，區域內數據通信網的關閉配置需要將變電站的實時信息通過本區域調度中心發送到專門的通信線路，并能實時接收到控制指令。由于本區域的信息監控工作十分重要，因此，I 區的安全通信網絡的關閉采用了雙重配置。安全區內的電子產品，主要是對一次電源的運行狀態進行監測，以及對消防、應急等變電站起到輔助作用。該地區各地區的數據通信系統必須向本地區的調度室發送信息，方便客戶查閱。由于安全區I 區域信息的重要程度不如II 級，因此I 區域數據通信系統采取了1 個單獨的配置模式[5]。

9 智能電網監控系統

智能電網監控系統選擇分布式結構模式，基于大數據技術進行數據挖掘、分析，建立四層結構為一體的智能電網監控系統。對于系統設計來說，CPU 選擇CC2530F256型號的主要優勢在于低功耗、高性能，且整體傳輸鏈路的開銷相對較低，具有更為理想的保護性能。智能電網監控系統結構使用多個傳感器部署在電力系統各個終端，系統能夠動態收集各個終端的運行情況。調度節點與各個儲存節點進行對聯，通過位置信息、各個終端節點分類信息，調度節點能夠直接將各個數據分別劃分到不同數據儲存節點當中。對于異常數據分析來說，主要是采用自適應學習計算的方式，通過大數據技術進行分析，在進行自動處理的同時，系統還會實時發送異常的數據。5G 時代的全面到來，數字化建設、智能化建設已經成為各個行業轉型發展的重要方向。從當前信息技術發展動態來看，大數據技術已經開始在多個領域進行應用，為智能電網的建設提供了有效的技術支持。對于智能電網監控系統建設來說，應當充分利用大數據技術具有的優勢，將大數據技術融入智能電網監控系統中，針對電網系統進行智能化、智慧化管理。

10 自動化監控系統的應用

隨著信息技術的發展，自動化技術廣泛應用在人們生活中，適用于路面交通監測、城市規劃設計、信息探測、路面監控等諸多場景。但在自動化使用過程中，為確保自動化安全和規劃精準度，本文通過探究自動化監控系統的設計來實現自動化規劃、監控、編輯等功能，確保讓地面站臺能夠時刻掌握自動化的路徑和信息。自動化監控系統主要是依靠通信設備、遠程遙控等功能來完成目標，各功能模塊通過網絡協議通信[6]。自動化監控系統的設計核心在于對自動化監控系統中設備狀態數據、信息數據等信息進行全方位收集，通過仿真模擬平臺進行驗證，通過虛擬儀表盤等設備來對自動化進行全過程監控，確保自動化的運行安全。自動化監控系統主要是依托仿真平臺來進行功能實現與測試，在相關監控功能上具有一定的局限性，只能對自動化的主要設備狀態進行動態監控。同時受限于通信技術問題，在編輯和三維地圖繪制中存在一定的誤差[7]。

11 結語

為提高應急響應能力，各電力局集團公司也在不斷創新應急圖像終端接入方式，少數電力局集團公司配備了寬帶衛星通信車、自動化等設備功能。寬帶衛星通信具有覆蓋廣泛、天然的廣播性（組播）、建設快速、配置部署靈活等優勢，可以做到全天候有效的圖像傳送，同時也解決了復雜地形條件下的圖像傳送問題，可迅速建立通信車與指揮中心之間的音視頻通信，將現場的音視頻實時接入和轉發至電力局集團公司應急指揮中心，并提供實時瀏覽、存儲、回放、遠程管理等多種業務應用，是解決偏遠及復雜現場接入的有效方式。