基于物联网的智能变电站在线监测系统研究柴蓓

基于物联网的智能变电站在线监测系统研究柴蓓

柴蓓

（河南省电力公司检修公司河南南阳473000）

摘要：融合现代计算机技术和普通变电站设备的智能变电站的设备监测、控制及智能故障诊断研究是近几年的热点，主要是利用专用软件程序来实现智能变电站内设备的状态数据的采集、设备状态的综合诊断与评估。由于智能变电站内设备数量较多、运行环境较复杂、数据传输干扰大，在对变电站设备进行监控时往往会发现，数据采集困难、传送距离短、数据失真较严重等诸多问题，这成为制约智能变电站全站信息数字化的障碍。论文通过分析对比当前变电站监控的诸多方法，提出基于物联网的智能变电站的监控系统，并通过试验验证该系统的监控性能。

关键词：物联网；智能变电站；在线监测系统

1智能变电站安全在线监测系统结构设计

1.1安全监测终端（过程层）

安全监测终端处于变电站的过程层，包括周界安防监控终端和温度在线监测终端两种设备，分别负责周界安防入侵信号的实时监控及运行设备温度的在线监测。过程层采用ZigBee无线自组织网络。周界安防监控终端包括安防现场控制器、激光围栏及网络摄像机。网络摄像机是通过TCP/IP协议进行视频信息传输与云台控制。一旦变电站周界有物体入侵，周界安防监控终端将发出声光报警，并将入侵数据，如入侵方位、入侵时间等信息通过ZigBee无线网络发送给安全测控主机，联动网络摄像机，将视角转到入侵方位，进行实时视频监控录像，方便日后回放、取证。温度在线监测终端采用新型的声表面波温度传感器实时采集运行设备的在线温度，包括温度采集器和若干温度传感器节点，两者通过射频信号进行数据传输，温度采集器进行简单数据预处理、阈值报警后将数据通过ZigBee无线网络发送给安全测控主机。

1.2安全测控主机（间隔层）

安全测控主机处于变电站间隔层，负责接收监控中心下发的温度采集指令、安防布防、撤防等指令。对接收到的控制指令进行解析后，通过ZigBee无线网络向各个周界安防监控终端和温度在线监测终端进行分发。周界安防监控终端将监视到的入侵信息及温度在线监测终端采集到的温度信息上传给安全测控主机，安全测控主机收到数据后，进行解析，并根据IEC61850标准将信息重新打包，以报文形式发送给监控中心，安全测控主机采用变电站现有的光纤以太网进行报文传输。

1.3监控中心（站控层）

监控中心负责接收、解析安全测控主机上传的报文，对监测数据进行计算、分析、显示、预警和存储，根据用户操作对测控主机下发测控命令，为集成信息平台提供信息共享接口。

2变电站在线监控方法

2.1针对某一参量的就地监控系统

变电站变压器的温度监控系统，对断路器的机械特性、气体微水密度的具体参数是安装在现场，看到现场的检查信息点独立的监测与分析系统，监测系统分析软件厂商，没有统一的标准，运用多元化的协调工作量大，远低于智能变电站的要求。

2.2针对多个参量的独立在线监控系统

监控系统由在监控设备上安装的监控系统厂家监控，数据传输系统通过通信单元的后台系统，信息共享程度低的监控系统，在线监测系统的制造商和设备制造商完全脱离，无法实现信息共享。另一种形式是设备制造商自行开发监控系统，并将系统监控单元内置到设备中，但价格昂贵，且设备维护工作量大，存在安全隐患。

2.3综合多个变量的分层分布式在线监控系统

本监控系统采用先进的传感器技术、数字信号处理技术和计算机技术的发展，数字化和智能化电气设备运行数据的采集，实现实时传输和处理，可实现数据，该系统包括数据管理和故障诊断专家系统，智能化程度高，但对数据的实时采集处理和多传感器遥感数据传动方面也不准确。总的来说，目前变电站自动化系统在信息共享程度上比较低，对数据的处理、传输和评价比较单一，这些都不利于变电站智能监控设备的综合诊断。因此，有必要设计一个具有智能监控、智能判断和智能管理的监控系统。。

3智能变电站安全在线监测系统的软件设计

3.1周界安防监控终端的软件设计

周界安防监控终端主要实现周界入侵信号的检测与上传等功能，软件流程如图5所示。系统上电后首先进行系统初始化，包括硬件中断和IO的软件置位，以及ZigBee无线模块的初始化等。为了提高系统性能，减少网络负担，入侵信号以中断的方式进行触发；系统采用主动上报的方式，在收到布防命令后，除非轮询到撤防命令，否则一直处于监听入侵信号的状态。需要说明的是，该系统在通过ZigBee发送告警信息后，如果不能得到安全测控主机及时、正确地响应，则会以重发的机制继续上传告警信号，以避免因网络暂时性故障而导致入侵信息上传失败的现象。

3.2温度在线监测终端的软件设计

温度在线监测终端的软件流程如图6所示，温度在线监测终端在系统上电完成初始化工作后，首先工作在低功耗模式，直到收到安全测控主机下达的开启检测命令，进入温度采集工作模式。温度信息以周期轮询的方式进行采集上送，直到收到终止命令或温度传感器节点发生故障时，自动停止温度检测，进入低功耗模式，等待用户处理。

3.3安全测控主机的软件设计

安全测控主机的软件部分以可移植的Linux嵌入式操作系统为平台，采用C语言进行软件开发。安全测控主机的软件框架如图7所示，包括QT界面程序、数据处理程序、ZigBee无线通信数据解析组帧程序、串口通信程序、光纤通信程序、IEC61850协议栈的实现程序等部分。系统上电后先进行初始化，初始化工作包括Linux软件系统初始化、ZigBee无线网络初始化、IEC61850协议栈初始化及硬件接口初始化等。

4周界安防监控终端的硬件设计

周界安防监控终端负责检测变电站周界的入侵信号，并将信号上传给安全测控主机，调动网络摄像机采集入侵动作的视频信息。为提高系统对入侵信号检测地灵敏性及可靠性，系统采用基于激光对射技术的激光围栏，可以自动克服落叶、鸟类等因素对其造成的干扰，防止误报警。主要包括MCU、电源模块、ZigBee无线模块、激光围栏、声光报警模块等部分。MCU采用PQFP封装的STC89C51ＲC，是一款体型小巧，功耗较低的单片机。ZigBee无线模块采用某公司的XBeePro模块，内置ZigBee协议栈，即插即用，组网灵活，配置简单，体积小巧，支持AT和API两种命令方式。本系统采用网状拓扑结构，ZigBee模块配置为终端节点或路由节点，具体方式要根据距离安全测控主机端的协调器节点的长短而定。

5结论

智能变电站远程监控系统从每一个设备的监控到整个变电站设备监控的数据的采集、融合、处理、传送，从变电站运行整体进行分析、比较，实现了智能监控、智能分析、智能诊断，将传统的状态监控从孤立、参考性系统发展为智能、网络、全局的综合监控、分析诊断和服务管理系统，为真正实现状态检修提供技术支撑，对于提高智能变电站运行、维护的经济效益有重要意义。

参考文献：

[1]姚晔.智能变电站在线监测信息交互关键技术研究[D].沈阳工程学院，2016.

[2]李敏.物联网在智能变电站系统中的应用设计[D].山东大学，2016.

[3]陈晨.智能变电站在线监测系统的建设与应用[D].山东大学，2016.

[4]聂灿.智能变电站GIS在线监测系统设计与应用研究[D].湖北工业大学，2016.