輸變電設備在線監測技術研究及應用探討

董文茹 曹保國 紀紅霞

摘 要：隨著電力維修技術的進步，輸變電設備的故障診斷技術也在快速地發展。如果在多設備監測過程中利用分立的在線監測系統，就會使系統功能的構建更加復雜，因此必須探究科學的系統開發手段，實現變電站關鍵電力設備絕緣綜合的在線監測。本文結合監測系統的研究，論述了監測技術的具體應用。

關鍵詞：輸變電設備；在線監測；研究應用

輸變電設備監測由預防性監測逐漸向狀態監測過渡，由故障后維修逐漸向預測性維修過渡，兩者都必須建立在大型電力設備連續監測的基礎上[1]。輸變電設備監測技術最初借助于單片機，后來逐漸發展至計算機技術的監測，現已逐漸向總線技術和網絡技術發展，以實現在線綜合監測，同時信號采集技術、PXI測控總線技術已得到廣泛的應用。目前，輸變電設備的監測必須向高度集成的方向發展，在網絡平臺上實現站內輸變電設備的監測和故障診斷。本文基于PXI總線技術論述了輸變電設備的在線監測。

1 輸變電設備在線監測技術研究

1.1 在線監測需求分析

在線監測系統的終端為主控機，主要監測的對象為發電機、GIS、電力變壓器、電力電纜、高壓斷路器、避雷器和電力電容器等，這些監測對象通過傳感器與在線監測系統相連，在線監測系統中包含前置機、PXI測控單元等，再與在線監測系統的主控機相連[2]。

在對變壓器、GIS和電力電纜等監測的過程中，必須保證設備的工作狀態信號有較高的采樣率，因此可以在系統中加入高速數據采集卡和高速示波器，以實現模擬信號的采集。電纜箱高頻信號傳輸到信號調理單元，實現監測對象與調理單元的對應，最后將PXI測控單元結系統的軟件設計實現設備的巡檢切換，保證監測設備即插即用。

針對輸變電設備的絕緣電阻和泄露電流值的監測，可以充分考慮傳感器耦合的直流信號、交流工頻信號，而在這個過程中，非電量信號的采集并不需要對采樣率提出較高的要求，因此可以利用嵌入式前置智能節點進行采集。嵌入式智能單元的主要功能是實現模擬信號向數字信號的轉換，利用總線將信號接入PXI測控機中的串口，利用串行通訊的方法保證數據可靠上傳。

1.2 PXI總線前置機應用

PXI前置機系統包括PXI機箱、接口模塊和硬件采集模塊。不同的PXI系統通過對電力設備絕緣參量的采集和計算，將其儲存到數據庫中，保證監控站系統可以獲得最精確的絕緣狀態信息，從而提高絕緣數據的有效性。在PXI機箱上安裝相應的接口模塊，將硬件系統集成在PXI總線上。在任務規劃過程中，要充分考慮不同絕緣狀態的模擬信號可能會在傳輸過程中受到干擾，因此一般將PXI系統就近監測。

1.3 監測主控機應用

監測主控機系統主要包含中央計算機、GPS衛星時鐘和多種輔助設備，主要目的是展示出電力設備絕緣狀態參量的特征值，并且可以實現歷史查詢，便于用戶獲得繪制相應的圖形數據。監控站系統在獲得更新的數據后，根據運行狀態的報警閥值對設備當前的運行狀態進行判斷，如果有參量數據高于報警閥值，監控站系統將發出告警信號。同時監控站系統也可以實現對歷史數據的查詢，繪制出參量數據的變化趨勢，此外還可以利用網絡通信改變信號采集的方式，從而提高在線監測的有效性[3]。

2 軟件監測技術的應用

在PXI總線技術的基礎上，輸變電設備的在線監測需要實現硬件集成，保證在線監測設備能夠即插即用，在此基礎上實現參數測量模塊的軟件集成。由于監測系統軟件功能的不同，一般將軟件系統分為PXI前置機、主控機和數據庫系統3個部分。在軟件開發過程中，在集成的同時應遵循結構化和可擴展性，滿足操作簡單的需求。在對輸變電設備監測對象模型和子系統分析的同時，利用XML格式存儲各種不同的數據加載信息。在監測子系統的設計過程中，使用MVC設計模式，對子系統的節點信息進行合理的配置和修改，完善子系統即插即用功能。在設計過程中必須重視設備連續監測的控制沖突問題，便于對輸變電設備的多個特征參量進行在線監測。

協調主控機和前置機的管理和控制，保證主控模塊即插即用。根據系統數據的訪問頻率，可以進一步將數據庫細化，主要包含靜態系統信息庫、動態實時數據庫、歷史數據庫和系統配置庫。在分析系統數據模型的基礎上，集成基本功能，保證數據庫的結構框架的科學合理，提高數據信息交互的有效性，完成歷史數據查詢和報表制作工作。集成系統可以共享局部統計參量，可以實現多種數據參量之間的交互和管理[4]。

3 監測系統功能的實現

監測系統利用智能監測節點的PXI總線和主控機，實現一臺監測主控機對多個前置機的管理。輸變電設備的綜合監測系統遵循結構化和可擴展性，具有操作簡單的特點，結合子系統不同的功能，將其分為PXI前置監測軟件系統、主控監測軟件系統和數據庫系統。

輸變電設備的智能監測節點同串行總線實現通訊，在PXI監測單元中一一對應。監測軟件系統提取出數據信息，將監測系統的數字采集卡和相關的串口操作進行封裝，利用軟件系統中的數學分析模塊對原始數據濾波后封裝。在系統應用過程中，將定時巡檢方法和手動檢測方法相結合，解決在以往連續監測中的沖突問題，并利用一臺監控站系統對多臺PXI子系統進行管理。

4 結束語

隨著輸變電設備在線監測和診斷方法的進步，PXI總線開發技術在電力領域中獲得了廣泛的應用。基于PXI總線開發的在線監測系統，將輸變電設備的數據信息集成起來，這一技術在電力系統設備安全監測領域中具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]周華.輸變電設備在線監測技術研究[J].儀器儀表學報，2012，21（3）：30.

[2]王海霞.無線傳感器電力設備監測[J].化工管理，2014，22（14）：198.

[3]謝超宇.輸變電設備監測和維護技術[J].重慶大學，2014，26（21）：207.

[4]盧毅.輸變電設備監測軟件中設計模式思想的運用[J].電力系統及其自動化學報，2012，14（6）：51.

（作者單位：國網山東省電力公司巨野縣供電公司）