基于远程监控的变电站二次设备运维主站系统的开发与设计

基于远程监控的变电站二次设备运维主站系统的开发与设计

焦阳

（内蒙古超高压供电局内蒙古呼和浩特市010010）

摘要：互联网技术的不断发展为传统的电力调度方法带来新问题和新机遇，基于互联网技术的智能电网一体化平台监管系统通过先进的信息技术手段实现能源和电力的进一步精密化调控。而电力调度数据网承载着大量关键信息的交互任务，其安全性与可靠性影响着电力系统的生产管理和调度运行。

关键词：远程监控；变电站二次设备；运维主站系统；设计

目前变电站以无人值守为主要特色，远程监控是其必备功能。鉴于目前输变电企业运维、检修工作量大，效率低、维护成本高的问题，本文开发设计了基于远程监控的变电站二次设备运维主站系统，其依据统一的数据传输规范借助通信网络，将微机保护的全景信息汇总到变电站内的在线管理集中控制单元。

一、设计原则

根据变电站调度控制和生产运行管理的方式，变电站综合监控总体设计原则归纳为如下几个主要方面：

1.统一标准、先进可靠。在设计过程中，遵循标准先行的原则。制定统一的服务、消息、数据交换、模型管理等系列规范标准，在此基础上形成调度控制、专家决策、梯级监控、状态监测、图像监控、安全防护、信息通信等功能规范。

2.综合考虑、覆盖全面。充分考虑生产运行管理各个环节的应用需求，根据各个子系统或功能模块的业务特点和相互之间的内在联系，利用规定的网络安全设备提供隔离，通过高速数据总线构建横向互联的数据交换平台和纵向直接监视与控制现场设备的系统，实现一个覆盖变电站生产运行管理各个环节的一体化系统。

3.合理规划、突出重点。在保证安全稳定运行的基础上，合理划分层次，构建统一平台架构，重点解决目前变电站自动化、信息化和智能化建设中面临的主要问题，支撑电网。

二、基于远程监控的变电站二次设备运维主站系统的开发与设计

1.系统设计。系统由位于调度端的调度主站、调度中心运维主站以及省检中心运维分站组成。调度主站实现实时监测电网故障，并生成故障的详细信息和故障报告，同时给予及时、安全及合理的处理措施。运维主站实现基于电网实时和历史运行数据的二次设备状况监视以及状态评价、智能诊断和检修方式建议；省检中心运维分站侧重于变电站端设备的专业检修维护，需要管理、评估及预见变电站站端保护、自动化及其他二次设备的运行风险与缺陷，同时安全、可靠的消除风险及缺陷。

2.智能网关的网络终端。变电站主控机箱是为了实现电力调度控制的自动化、加强安全管理、提高供电效率而设置的一种现场级的监控设备，它可以独立使用也可以添加通信模块接入网络便于远程集中管理和控制。主控机箱的硬件主要包括微控制器系统、传感器模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块、串口通讯模块、CAN通信模块和电源模块。其中，微控制器是主监控机箱的控制核心，其通过开关量输入模块和模拟量输入模块分别检测外部控制信号和外部传感器输入信号，通过开关量输出模块和模拟量输出模块发出控制信号。另外，相序检测模块用于检测变电站的三相电顺序，防止相序错误或者缺相错误。整个主控机箱通过USART接口连接一个ZigBee通信模块实现与嵌入式网关进行通信。电源模块为整个主控机箱硬件系统提供稳定的电源供应。由于区域工业环境中控制电压和输出电压都比较高，且存在着许多瞬变脉冲，这些瞬变脉冲会损伤互连的设备。由于微控制器芯片高电平信号只有3.3V，为防止瞬变脉冲损伤主控板卡，两者之间需使用具有绝缘隔离功能的光电耦合器来维持信号的传输并保护主控板卡。开关量输入模块连接变电站供给的转向动作请求电路，将变电站的供电、断电以及配电量负载电压信号转换成微处理器可以识别的0~3.3V开关量信号。当主控芯片检测到输入信号变化，可启动或停止相应定时器并执行相应动作。开关量输出模块连接变电站控制继电器，控制变压器的供电负载。当程序判定允许加载高压时，对应I/O口输出高电平，光电隔离模块放大输出，继电器线圈通电。芯片虽然集成了A/D转换器，但测量范围只有0~3.3V，检测范围有限，而一般传感器输出电压均在0~10V[14]。一旦外部电压过高，很可能烧坏主控芯片，因此必须设计独立的模拟量输入模块电路。为便于模拟量输入端口的扩展，实现多路AD采集，本系统采用多路选择开关。CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有A、B和C3个二进制控制输入端以及INH共4个输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。

3.远程监控平台主要由服务器、数据库和智能电网平台程序组成，其中服务器是远程监控平台的核心，是供电监管人员和设备的桥梁。主站系统，运维中心部署运维主站系统、在省检中心部署运维分站系统，该系统整体架构如图2所示。调度主站、运维主站及运维分站系统均跨安全区部署。在安全I，II区完成数据的采集与处理存储；在安全II，III区实现数据的展示。本调度端人员可使用安全II，III区的人机功能实现对数据的访问，其他使用人员（如上/下级调度、检修工区）可使用安全III区的人机进行数据远程访问。在调度端，数据从安全I区-安全II区-安全III区单向流动。数据库主要对现场采集到的起重机状态信息和环境信息进行存储和维护，并向客户端程序提供连接接口，以便于向客户提供数据查询和分析服务。由于SQLServer成本较低且数据库的可恢复性更好，因此本系统选择SQLServer数据库。服务器软件主要负责嵌入式网关发送数据的接收和校验，当服务器接收到终端网络的数据并对数据进行加工处理后，一方面通过将数据存储至云端的SQLServer数据库，另一方面提供智能电网平台连接，向智能电网平台转发当前实时数据，与此同时时刻准备接受来自变电站的反馈信息，进而对嵌入式网关发送控制命令。为实现各区域变电站同时连接，服务器程序使用线程池和完成端口模型，该模型解决了并行线程过多导致系统效率降低的问题，能够充分利用Windows内核进行I/O调度，大大提升应用程序并发处理能力，通过通知队列将实时数据发送至各个客户端，即使很多所变电站同时连接也可保持服务器程序的稳定运行。

4.智能电网平台。智能电网平台软件基于MFC单文档程序设计，为保证智能电网平台与服务器连接的可靠性，本系统采用TCP连接。本文智能电网平台软件既可接收由服务器发来的实时数据，也可连接云端的SQLServer数据库进行历史记录查询。同时，客户端软件也可向服务器发出对终端网络的控制信息，实现电力调度远程控制。每个地区将按照健康评估的结果进行状态监视，且同时展示发生故障的厂站。当点击发生故障的厂站，可进入该厂站对应的人机界面，点击具体的地区将进入该地区的展示界面；此外，系统对动作异常情况实时监视，包括全网的动作、异常告警、预警等的监视，点击发生的动作、异常提示进入各自详情页。装置虚端子连接图对于智能站的装置而言，可显示以该装置为中心的装置虚端子连接示意图，变化的连接关系采用醒目的颜色或方式显示；点击装置之间的连接线，可跳转显示连接线相连两个装置间虚端子连接详细。

结语：

目前由于输变电企业运维、检修工作量大，效率低、维护成本高的前提下，对数据进行分析、处理，将信息远传到调度主站端，同时还提供了智能查询或智能诊断相关功能。从而减少运维人员对现场继电保护装置的巡视频率，提高设备的精细化管理水平，对继电保护远程化智能检修技术具有革命性的意义。

参考文献：

[1]程旭，梁云，俞俊.电力调度分布式工作流设计与实现[J].电力系统自动化，2018（21）：93-97.

[2]李芹，卢长燕，霍雪松，等.电力调度数据网测试模型[J].电力系统自动化，2018（1）：187-193.

[3]章伟聪，俞新武，李忠成.基于协议栈设计无线网络传感器节点[J].计算机系统应用，2017，20（7）：184-187