基于海迅實時數據庫的變電站設備溫度在線監(jiān)測系統

趙 俊，孔 鳴

（德清縣供電局，浙江 德清 313200）

變電站是電力系統的重要節(jié)點，變電站設備的正常運行，直接關系到整個電網的安全穩(wěn)定。近年來，電網負荷的急劇增加，變電站設備過載發(fā)熱現象頻發(fā)，甚至出現設備燒毀的事故，嚴重影響了電網的安全穩(wěn)定。設備從發(fā)熱到燒毀有一個量變的發(fā)展過程。因此，及時發(fā)現設備的發(fā)熱缺陷，是避免發(fā)生過熱燒毀的關鍵。

1 系統設計要求

1.1 設備測溫現狀

電力系統中常采用粘貼測溫蠟片、使用紅外熱像儀等方式進行設備測溫，這些方式簡單、方便，但也存在一些不足。如：采用測溫蠟片和紅外線熱像儀，精度太低，實時性太差；封閉式35 kV、10 kV開關柜在變電站中大量運用，但開關柜內設備不易巡視、測溫困難，無法及時發(fā)現發(fā)熱隱患；常規(guī)定期開展紅外測溫，同一設備沒有形成較為連續(xù)的溫度歷史記錄，不能進行設備發(fā)熱趨勢分析。

隨著輸變電設備狀態(tài)檢修、設備全壽命周期管理工作的開展，運行設備信息的采集量越來越大，要求越來越高，工作量和人工成本很大。

因此有必要開發(fā)更準確、覆蓋面更廣、更容易監(jiān)測及管理的變電站設備溫度在線監(jiān)測系統，進行變電站設備測溫工作。通過技術手段將現場設備的溫度數據采集到遠方監(jiān)測后臺進行發(fā)布，實現設備溫度的實時在線監(jiān)測及分析、預警等高級應用，以便運行人員及時掌握現場設備的溫度狀態(tài)。

1.2 系統構架

變電站自動化、無線通信、網絡通信、在線監(jiān)測等成熟技術手段的應用，為變電站設備溫度在線監(jiān)測系統的建立奠定了技術基礎，系統總體架構見圖1。要實現系統構架設想，要解決數據的采集、傳輸、存儲和發(fā)布這3個問題。

變電站運行設備均帶有高電壓，周圍存在很強的電磁場，在數據采集時需考慮電磁場對溫度傳感器數據的干擾因素。變電站運行設備必須保持良好的絕緣，溫度傳感器安裝以后應對運行設備絕緣無影響。

數據的傳輸從底層現場設備到頂層遠方監(jiān)測，需要通過多個規(guī)約及鏈路，因此，在設計中要充分考慮一個易于使用的方案，便于數據在交換和存儲過程中的統一管理，這實際上是一個信息的整合過程。另外，變電站開關柜內設備處于一個封閉的環(huán)境內，設備溫度數據采集應能突破開關柜體的封鎖。

系統從底層的網絡通信協議，到數據庫的管理，以及數據模型的建立和應用，都應采用目前IT界公認的主流技術，以便于數據的儲存及發(fā)布和實現信息資源共享。服務器應有較大的容量，能夠儲存海量歷史數據。系統不僅要滿足設備的溫度實時監(jiān)測功能，更應該考慮溫度預警及數據分析功能，同時兼顧系統推廣應用的擴展性。

2 系統技術方案

2.1 數據采集

WSN（無線傳感器網絡）是由許多集傳感與驅動控制、計算、通信能力于一身的嵌入式節(jié)點。通過無線方式互連起來的網絡，廣泛運用于設施安全、環(huán)境監(jiān)控、工業(yè)應用、交通控制等。在系統的建設中，采用成熟的無線傳感器溫度采集裝置，將溫度傳感器直接安裝于現場設備上，傳感器采用直接接觸式測溫，應有良好的抗電磁干擾性能。同時對傳感器的尺寸及發(fā)射天線進行了優(yōu)化，以滿足設備絕緣要求。

2.2 數據傳輸

設備溫度數據從溫度采集器傳輸到變電站端數據處理器，再上傳至遠方服務器。無線傳感器網絡使用2.4 GHz高頻數字無線技術，將溫度傳感器與無線接收基站整合在一起。無線傳輸的方式突破了封閉式開關柜的封鎖，將采集到的現場設備溫度數據傳輸到無線接收基站，再通過RS485點對點傳送至站端監(jiān)測系統。

無線接收基站在有效接收范圍內能同時容納300個以上無線溫度傳感器信號，通過擴展配置，一套監(jiān)測系統可同時對N臺現場無線接收基站的所有溫度數據進行實施采集及分析。變電站端數據處理器通過現有變電站的光纖通信網絡，使用TCP/IP協議上將數據傳至遠方服務器，在應用軟件中實時讀取服務器儲存的溫度數據進行分析。

2.3 數據儲存及發(fā)布

采用海迅實時數據庫進行數據儲存和發(fā)布。海迅實時數據庫是國網電科院瑞中數據有限公司擁有完全自主知識產權的大型通用基礎軟件，是進行海量實時信息處理的專業(yè)平臺，可靈活設計企業(yè)級海量信息處理解決方案，實現數據儲存及發(fā)布。

數據庫采用混合壓縮技術，實現海量實時數據的自動采集、歷史數據的壓縮存儲功能，能夠在線存儲數十萬甚至上百萬采集點數年的歷史數據；采用分布式的體系架構，可運行于不同的操作系統平臺；強大的軟件編輯功能及友好的操作界面，可以便于設計適用的變電站設備溫度在線監(jiān)測軟件，實現對設備溫度的在線監(jiān)測、顯示、查詢和故障報警等相關功能。

3 系統的界面與功能

3.1 監(jiān)測主界面

監(jiān)測主界面打開后如圖2所示，可以同時對多個變電站進行設備溫度異常監(jiān)測。主界面具有強大的動態(tài)異常告警功能，變電站按鈕下方有3個狀態(tài)燈，實時監(jiān)測各變電站溫度數據的異常情況。當所有狀態(tài)燈為綠色時，表示各變電站溫度數據正常，無異常發(fā)熱設備。從左往右看，若第1個燈變紅色，表示該變電站有一個溫度監(jiān)測點數了大于60℃，第2個燈變紅表示有兩個溫度監(jiān)測點數據大于60℃，第3個燈變紅表示有一個溫度監(jiān)測點數據大于90℃。

3.2 自動彈窗告警

點擊主界面變電站按鈕進入變電站界面后，系統自動彈出溫度數據異常告警窗，如圖3所示。顯示異常數據的時間、數值、及具體設備位置，便于運行人員對溫度異常的設備快速定位，進行后續(xù)處理。

圖3 自動彈窗告警界面

告警設置了2個判據，一個是“數據為0℃”，此判據對溫度監(jiān)測點的傳感器進行監(jiān)測，當傳感器損壞時會發(fā)0℃數據；另一個判據是 “數據大于60℃”，設備發(fā)熱達到一般缺陷的規(guī)定。

程序對海迅數據庫存儲中的各項溫度數據進行定時掃描，每5 min讀取一次所有溫度監(jiān)測點的溫度數據，一旦發(fā)現溫度數據異常，立即彈出告警窗口進行提示。當溫度數據均正常時不彈出窗口，影響運行人員的操作。

3.3 實時數據監(jiān)測

點擊主界面變電站按鈕可進入變電站界面，如圖4所示。變電站界面以變電站電氣接線圖為基礎，實時顯示各設備溫度監(jiān)測點的數據，界面簡單、清晰，并且與變電站監(jiān)控系統界面類似，便于運行人員快速熟悉和掌握。

圖4 實時數據監(jiān)測界面

3.4 子單元監(jiān)測

在變電站界面上點擊設備名稱按鈕，可以進入子單元監(jiān)測界面，如圖5所示。設備子單元監(jiān)測畫面將某個設備的溫度數據進行單獨顯示，同時配有設備外形圖，設備溫度探頭所監(jiān)視的部位一目了然，便于在溫度異常時指導檢修人員進行準確定位處理。

圖5 子單元監(jiān)測界面

3.5 數據集中顯示

點擊變電站界面“溫度瀏覽表”按鈕，可以進入數據集中顯示界面，如圖6所示。將所有設備的溫度數據按照設備分類，用列表的方式集中顯示，可以從全局上掌握設備的溫度信息，還可以進行同類設備溫度數據的縱、橫向比較，便于對設備的發(fā)熱情況進行綜合判斷。

圖6 數據集中顯示界面

溫度數據右邊配置有柱狀圖，它的顏色狀態(tài)與溫度實時數據關聯。正常情況下柱狀圖顯示為綠色，溫度監(jiān)測點數據大于60℃時，柱狀圖會變紅色閃爍，便于運行人員快速定位到故障設備。

3.6 歷史數據曲線

每一個溫度數據均配有一幅曲線圖，將每個設備三相溫度數據放在同一幅曲線圖上，如圖7所示。不同相的溫度曲線用不同的顏色，以便于觀察及區(qū)分。歷史數據的查詢提供了靈活的時間段選取方式，默認顯示當前時間往回一天的監(jiān)測數據。

圖7 歷史數據曲線展示界面

可以通過指定起始和結束時間來自定義時間段顯示歷史數據。歷史數據曲線圖非常直觀的展示了某一被監(jiān)測設備的溫度變化歷史，便于對設備發(fā)熱情況進行綜合分析及發(fā)熱趨勢的預判。

3.7 歷史告警記錄查詢

點擊變電站界面“報警瀏覽”按鈕，可以調出歷史告警記錄查詢界面，如圖8所示。該界面按時間排序，記錄了所有設備歷史溫度數據異常告警事件，顯示告警事件發(fā)生的設備部位和異常溫度值，便于了解設備的溫度異常情況，為后續(xù)的檢修決策提供參考。

圖8 歷史告警記錄查詢界面

4 系統應用效果

德清縣供電局結合110 kV五龍變電站的基建施工，安裝了設備溫度在線監(jiān)測系統。在變電站開關柜內設備、主變壓器、斷路器、隔離開關、電容器、低壓大電流電纜等設備上安裝無線溫度傳感器（共239個節(jié)點），通過以太網將所有溫度數據實時上送到遠方數據庫，利用海迅系統軟件實現了設備溫度的實時顯示、統計分析、趨勢圖、歷史數據查詢、智能預警等功能。

系統的應用為德清縣供電局變電站設備溫度監(jiān)控和管理提供了統一的平臺，通過該平臺能實現多個變電站運行設備溫度信息的統一管理；采用了新的測溫手段，有效改變了設備溫度檢測的落后管理方式；解決目前無法對變電站封閉式35 kV與10 kV開關柜進行柜內設備測溫的問題；同時，對設備的溫度進行實時在線監(jiān)測，省去了人工巡檢，減輕運行、檢修人員測溫工作強度，提高工作效率。

另外，系統的溫度異常自動預警功能，可以提示運行維護人員進行及時處理，設備發(fā)熱后可以迅速定位故障點，從而避免設備發(fā)熱缺陷擴散引發(fā)的設備燒損事故，大大節(jié)省設備的維修費用和故障的直接、間接損失，提高了供電可靠性，并贏得社會滿意度的提升。

[1]史興華.供電企業(yè)實時/歷史數據庫PI典型應用案例[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]盧瑛，吳國忠.智能型高壓電氣設備溫度監(jiān)測預警系統[J].中國電力，2010，43（3）：55-58.

[3]何銳.采用短距離無線通信技術的電氣設備溫度在線監(jiān)測的實現[J].寧夏電力，2009（1）：58-60.