变电站设备状态在线监测网络的研究

变电站设备状态在线监测网络的研究

陈新举

山东电力建设第三工程有限公司            山东   青岛   266000

摘要：根据变电站设备状态在线监测系统对通信网络的要求，提出了一种基于分布式无线传感器网络技术的变电站设备状态在线监测系统网络。研究分析结果还表明，基于分布式无线传感器网络接入技术，可以轻松解决国内现有在线视频监控系统电力电缆老化、视频通信网络电缆敷设维护困难等突出问题。

关键词：分布式；无线传感器网络；变电站设备；状态检修

高压变电站设备状态跟踪维护的实施，也是变电站专业管理人员观念和模式的又一次深刻变革，改变了以往传统变电站的专业运行管理模式。如果变电所实施状态自动维护，首先应自动采集和监控变电所的实时状态信息，并自动评分各变电所设备状态的正常状态。评分结果值一般可用于基本判断和反映维修设备人员的正常健康生活状况，该指标应作为进一步延长使用寿命或尽可能缩短设备维修时间周期的基本依据。

1分布式无线传感器网络的特点

1.1分布式无线传感器网络

分布式无线传感器网络（dwsn）是一种基于一组网络的网络体系结构，由大量分布式智能传感器网络阵列组成，这些阵列连续密集地部署和分布在网络的每个关键监控区域节点或附近点。二是一种新型的智能网络应用系统。无线传感器网络系统还可以在信息密集的地方随机自动分配和排列大量分布式无线传感器节点，并采用随机自动分配和释放传感器信息节点的自动配置分配模式。传感器节点网络所在节点的特定定位系统不再能够自动分配预先确定的节点位置数据；并且在未来的任何时候，在关键时刻，节点网络将立即通过无线传感器交换系统信道实现相互通信和连接，并自动分配和组织整个传感器网络节点和拓扑分布的结构化网络节点；无线传感器节点域间网络应具有另一种看似遥不可及的协作能力，通过实现网络局部区域之间远程无线传感器数据的自动实时信息采集和预处理功能，以及无线传感器网络的自动同步交互传输，全面协调和完成各种关键的全球任务无线传感器节点网络域之间传输的传感器数据信息。

1.2多层DWSN

多层结构dwsn结构是指将网络设计与多层集群结构的思想相结合，在整个网络系统的拓扑空间系统中，在网络的顶层和底层或至少在其底层结构中构造一组包含多个簇头节点的多簇头，它可以在网络拓扑系统的中高层实现，也可以在网络的上层和高层结构上构建多节点跳转发机制。它也可用于综合分析。考虑通信传输节点之间、通信传输节点与目标基站节点之间的实际传输区域距离，以及每个通信传输节点之间节点的实际剩余传输能量，对整个内部通信传输区域网络结构进行多层分簇，缩短了通信传输节点之间的距离，降低了通信数据能量传输的能耗，在簇头选择或设计分析的整个过程中，它可以让人们同时考虑实际剩余的传输和通信能量利用以及每个节点之间实际剩余传输和通信容量的成本，从而大大延长网络生命周期。

2基于DWSN的变电站设备状态在线监测系统网络

2.1网络拓扑设计

在未来智能变电站控制系统的设计和实践中，为了实现对智能变电站设备状态的更有效、快速、安全的实时远程监测和维护，需要利用智能设备状态远程自动采集在线监测状态。智能监控维护平台系统可以实现更系统、全面、准确的实时、可靠、有效的实时监控状态数据，远程在线采集、监控、维护和生产过程控制。在变压器系统中，整个变压器运行系统的故障状态信息可以看作是任意无穷多个事件的集合。根据运行故障状态信息中显示的事件中任意大小的概率事件数量及其对变压器系统安全或者正常可靠连续运行状态的严重社会危害和影响程度，以及由此产生的能量损失，各故障传感器可通过加权或平均计算，提取可离线连续监测和采集的运行故障状态特征量，然后随机提取变压器油系统介质中产生的局部放电、介质损耗因子温度负荷分析数据和溶解气体分析（DGA）。作为变压器，在线温度传感器需要实时监测变压器内部温度的各种数据特征，以确保同时满足变压器现场温度负荷监测现场分析研究和现场数据准确采集利用的基本要求。在大型变电站自动化设备的现场总线应用和环境网络改造中，需要充分考虑现场密集型系统的部署和使用大量实时在线传感器进行实时在线传输的需要。同时，必须考虑到我国大型综合变电站建设的实际场地和运行环境要求确实具有一定的特殊性。

2.2网络体系结构设计

基于dwsn协议的分布式变电站及设备工作状态自动在线分析监测应用系统的主要模块由dwsn传感器节点（普通节点）模块、区域中心节点模块（簇头）模块、区域路由节点、应用服务器模块和数据服务器模块组成。Dwsn传感器节点（普通节点）具有传感器数据实时采集、信号同步处理和双向无线传输通信功能。它不仅是传感器数据定时采集网络的基本执行管理机构和控制管理机构，也是无线数据无线传输业务的业务发起人。通过传感器网络实现自组织转发和双向多跳路由，向区域1的中心节点（簇头）发送无线数据包；区域节点中的中心节点（簇头）负责业务数据的处理、分析、计算和汇总。

3系统设计

3.1通信协议设计

（1） 物理层协议。物理层技术主要包括数据信息传输与调制、传输与处理、传输与信息传输与接收。物理层信息传输信号处理模式的选择通常涉及dwsn技术必须考虑的三种主要信号传输介质、主要调制信号频带范围的选择以及用于传输信号的三种信号传输调制模式。考虑到变电站各节点相对较近，首选无线通信方式。（2） 数据链路层协议。数据链路层主要负责控制数据合成帧、帧检测、媒体访问管理和数据差错控制。目前，dwsn数据链路层技术的重点研究工作集中在媒体访问控制子层（MAC）。系统中使用的MAC协议可考虑如下：① adhoc网络；② 访问共享通道。

3.2数据结构设计

变电站设备状态数据在线监测系统在正常工作时，会随机产生大量设备数据，这就要求实时高效可靠地收集和管理数据库。系统主要将采集并记录到数据库中的所有实时数据信息作为数据操作逻辑层，并采用最新的Oracle数据库智能管理技术，确保数据库的所有实时现场实时数据能够快速、安全、高效地保存。通过调用SQL语句，可以实时实现数据库和智能专家知识库之间的相互访问。

3.3系统程序功能设计

系统程序的功能是根据设计的数据库系统所需的程序，对整个数据库系统的环境信息进行数据库进程调度控制、通信系统调度监控和数据库服务进程管理。由于大型数据库系统的工作场所往往需要收集和保存数据库的实时信息，而且数据量往往很大，因此采用了最新的Oracle数据库服务器管理应用平台技术，能够真正满足实时、快速分析和处理的管理和应用功能要求，高速可靠的大型信息系统的安全信息存储和可靠的数据传输管理。系统功能应能充分支持通过各种web应用功能快速访问远程数据库服务器，实现各种远程实时数据的自动交换和处理，以及各种远程数据库信息的实时存储共享。在变电站系统设备在线工作状态下，当监测点系统的各项参数和指标突然变化或显示连续周期性异常连续变化状态，且测量误差明显超过系统报警信号阈值时，发出系统故障报警信号，现场直接指派有权判断设备运行和运行故障的专业运行管理工程师和技术人员。

4结语

本文系统地介绍了完全基于dwsn框架的数字化变电站设备状态在线智能监测技术系统的开发。通过接入互联网，可以实现远程输变电设备的远程在线监控和智能故障快速诊断。构建了基于dwsn框架的分布式智能多状态参数智能在线智能监测平台和数字化变压器设备智能故障分析与诊断应用系统，现代在线维护与状态分析技术的发展成为一个新的方向，它可以极大地提高现代设备的可靠性，并有可能更新在线维修和状态分析技术。

【参考文献】

［1］周敖英，金澈清，王国仁，等．不确定性数据管理技术研究综述［J］．计算机学报，2009，32(1):1-11．

［2］彭绍亮．无线传感器网络中一种实时高效的数据存储和查询方法［J］．通讯学报，200829(11):128-137．