变电站智能设备状态综合监测系统的设计思考

[摘 要] 本文介绍了一种新型变电站智能设备状态综合监测系统的设计方案，包括系统的硬件组成和软件设计，为设备状态的检测和不良设备的维护提供了检修依据。

[关键词]智能设备、状态检测、EIS、EII

 
一、前言

随着电力系统无人值班变电站的全面改造，为保证电力生产安全高效运行，各生产部门对电力设备的状态检修提出了更高的要求。目前，电力设备的状态检修工作主要依赖于对运行中设备的状态检测以及在线监测手段，这就要求设备的各种状态信息能够实时远程上送，运行维护人员能够及时了解设备运行状态，在设备出现故障或呈劣化特征后采取相应的保护措施，从而避免重大事故的发生，保证电网的安全可靠运行。

近几年电力事业飞速发展，新型电力设备大量使用，无人值班变电站的日益增多等，都给电力设备运行维护和管理人员带来了许多新的问题，并且已经严重制约了无人值班变电站的快速发展。而造成这种现状的原因主要有以下四点：由于各厂家设备采用的通讯接口并没有相关的统一标准，因此带来的结果就是变电站智能设备在通讯接口的选择上存在着一定的随意性，且数量、种类众多，RS232/RS485/LAN并存。

2、由于各设备系统相对独立，信息上传需要各自独立的专用通道，无形中就造成了网络资源的浪费，同时众多设备系统相对独立的计算机软件也给设备运行管理带来许多管理成本的增加和众多的不方便性，不利于运行状况的及时掌握和运行故障的指挥处理。

3、由于受到众多通讯规约和其他接入平台（如现场RTU等）的限制，造成了各设备系统传输信息量上传相对较少，一般为一些遥信量，同时传输速度较慢，并且很多具有智能通讯功能的设备由于不属于同一相关系统而未能接入，使设备信息最终未能得到充分利用。
4、众多设备系统一旦采用独立通道和独立管理系统后，由于要在现场对设备通讯协议进行解释，这就需要投入大量的现场调试时间和人力，不利于大面积推广。

基于以上存在的问题和现状，本文依据“改传统的定期检测方法为状态检测，做到防患于及时”的创新理念，提出了一种新型变电站智能设备状态综合监测系统的设计方案。该系统能将众多智能设备方便地接入一个数据采集设备，并采用先进及可靠的通讯方式，将所采集数据信息送入开放实时数据库，借助于计算机的力量，使现场设备运行状态信息能及时得到集中分析处理。

二、分布式智能蓄电池组监控系统的总体结构

本“变电站智能设备状态综合监测系统（EIS）”主要由以下两部分组成：

（1）变电所现场设备运行状态信息采集仪（EII）：设备运行状态信息采集仪安装在设备运行现场，其主要功能是对各智能设备（如在线检测设备、变压器色谱分析仪、智能直流屏、蓄电池监测系统、直流绝缘检测、电能量采集终端、电压表计等）采集的数据采用透明转发技术，通过100M以太网接入光纤网或辅以其他传输网络（如GPRS）实现实时信息的可靠传送。

（2）位于数据信息中心的远程服务器数据采集平台：数据采集平台负责向现场采集仪发送通讯命令，接收和处理回送的设备运行状态信息数据，进行数据规约解释，并将处理后的设备信息数据送入开放式实时数据库，然后进行数据分析、处理、发布，等待设备运行状态信息处理单元查询，或供其它系统调用。

系统拓扑结构如图所示：

三、系统硬件设计

目前各类设备具有众多形式的通讯接口，因此作为系统重要的硬件部分——设备运行状态信息采集仪，应满足所有主流工业通讯接口及尽可能多的通讯接口的要求；并采用模块化的设计思想；同时，选用嵌入式32位实时操作系统（RTOS）作为系统传输和通讯平台，具有较强的可靠性和可扩展性，支持远程升级和调试；具体说来，本系统的硬件组成具有以下四个特点：

（1）能够支持所有智能设备各自不同的通讯规约，具有RS232、RS485、LAN、开关量等多种数据接入方式。

（2）采用协议转发技术，有效地降低了成本投入，节约现场调试时间。

（3）针对变电站IP数量有限这一问题，采用NAT技术及DHCP Server IP地址分配技术对现场设备进行IP地址重新分配，充分利用了现有IP资源。

（4）将信息采集仪的RS485串行通讯口驳接多种智能通讯终端设备，构成了RS485通讯总线。在实施中，为了提高设备通讯的可靠性，注意设备之间信号的隔离和抗干扰，以及抗雷击等大信号的冲击。在每个设备接入总线的端口增加光电信号隔离装置，解决不同设备通讯信号地电位不同的问题；同时对于从户外经过的RS485通讯线路加装雷击保护电路，减少大信号冲击对通讯线路的损坏。

四、系统管理分析软件设计

系统计算机管理分析软件是数据采集平台的关键部分，由数据接收程序及WEB发布程序组成。整个数据采集平台结构如:

（1）数据接收程序：现场设备运行状态信息采集仪将采集的现场智能设备运行状态信息数据发送至信息中心服务器，数据接收程序便负责实时接收各变电站智能设备的运行记录数据并加以解压，分析，并存储至开放式实时数据库，本软件采用C/S结构。

（2）WEB发布程序：采用B/S结构，以WEB形式为各变电站的智能设备建立台帐，并具有基本设备运行状态信息的浏览，运行监测界面，报警信息界面，各装置详细信息显示界面，变电站级显示界面，集控站级显示界面，工区级系统信息汇总界面等。最终结果以IE发布形式供局域网内运维、管理人员察看和调用，同时也可实现分级管理。

本系统计算机管理分析软件具有以下四个主要特点：

（1）直观的实时监控功能
监控对象包括直流系统绝缘监测、蓄电池巡检、谐波在线监测装置、电压监测仪、变压器油在线监测装置、压变（流变）泄漏电流在线监测装置、避雷器泄漏电流在线监测装置、电能采集系统、UPS电源系统、蓄电池组、输入/输出总配电屏、输出分配电屏、环境温度、湿度等众多智能设备，为变电站实现无人值守奠定了良好的基础。

（2）完善的告警处理功能
根据告警的性质、重要级别进行分类，系统自动判别告警等级，完成相应处理工作，包括：告警窗、声、光提示，语音报警、短消息报警、email报警，以上报警信息可以接入调度的短消息平台和OA系统，智能分析软件快速的故障定位；提供了由于重要告警被延时确认而触发的自动接管功能，保证系统所有重要告警都能被及时处理，并为值班人员的考评提供了客观依据。

（3）丰富的业务支持功能
灵活的查询功能和强大的报表功能相配合，对设备运行的历史数据、实时数据进行整理分析，以不同角度向管理者提供丰富的设备运维信息，为设备的大修、更新、改造、选型等质量管理提供可靠的依据。通过对运行数据的详尽分析，实现对设备状态的诊断，加强对不良设备的维护，做到防患于未然。对维护人员的日常工作提供了有效的管理、监督手段。

（4）友好的软件接口
软件为本系统提供设备状态信息数据的同时，还可以方便地将采集数据加载到用户数据库（如上级公司PI数据库）中，供其它管理系统调用，实现资源共享。

5、结束语

本文介绍的这种新型变电站智能设备状态综合监测系统总体上具有模块化、智能化、网络化的特点，采用了先进的设计思想，对变电站智能设备的维护方法由传统的定期检测转变为状态检测，能及时掌握设备运行状态信息，防患于未然。并且在各具体实现模块上采用了最新的技术，具有极强的可扩展性，扩大了系统的监测功能和范围，提高了系统的自动化程度和可靠性。

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