500 kV變電站通信機(jī)房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)研究

王曉勇，田明光，張延童，徐彬泰，呂新荃

（國網(wǎng)山東省電力公司信息通信公司，山東 濟(jì)南 250001）

500 kV變電站通信機(jī)房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)研究

王曉勇，田明光，張延童，徐彬泰，呂新荃

（國網(wǎng)山東省電力公司信息通信公司，山東 濟(jì)南 250001）

動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)作為保障變電站通信機(jī)房可靠運(yùn)行的信息化技術(shù)手段，可以有效支撐電力通信網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在當(dāng)前500 kV變電站逐步推行無人值守模式的大背景下，如何建設(shè)適合自身特點(diǎn)的通信機(jī)房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)已成為共同關(guān)注的重要課題。結(jié)合山東地區(qū)500 kV變電站通信機(jī)房運(yùn)行現(xiàn)狀，在討論分析監(jiān)控對象和內(nèi)容的基礎(chǔ)上，給出山東地區(qū)500 kV變電站通信機(jī)房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)施方案。監(jiān)控系統(tǒng)在山東地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用，有效降低了變電站通信機(jī)房內(nèi)通信設(shè)備的故障率，保障了電力通信網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行。

動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)；建設(shè)方案；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；監(jiān)控中心；監(jiān)控子站；應(yīng)用成效

0 引言

動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以結(jié)合不同通信機(jī)房的設(shè)備特點(diǎn)和工作環(huán)境，對通信機(jī)房內(nèi)的通信電源、蓄電池組、空調(diào)等設(shè)備以及溫度、濕度、水浸等環(huán)境量實(shí)現(xiàn)“遙測、遙信、遙調(diào)、遙控、遙視”等功能［1］。 動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)已在公網(wǎng)和專網(wǎng)通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，成為保障通信機(jī)房安全穩(wěn)定運(yùn)行的有效技術(shù)手段。

近年來，隨著全國各地區(qū)500 kV變電站不斷推行無人值守模式，對通信機(jī)房可靠運(yùn)行提出了更加嚴(yán)格的要求。在此背景下，如何建設(shè)適應(yīng)新形勢和滿足新需求的動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，持續(xù)提升通信機(jī)房管理水平，逐步成為共同關(guān)注的重要課題。

1 監(jiān)控需求分析

1.1 山東地區(qū)500 kV變電站通信機(jī)房運(yùn)行現(xiàn)狀

目前，山東地區(qū)已投運(yùn)42座500 kV及以上變電站，多數(shù)配置有獨(dú)立通信機(jī)房。變電站通信機(jī)房內(nèi)運(yùn)行著大量光傳輸設(shè)備、調(diào)度交換設(shè)備、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)等通信設(shè)備，有效支撐著山東電網(wǎng)的平穩(wěn)有序運(yùn)行。部分通信站點(diǎn)作為國家電網(wǎng)公司一、二級骨干傳輸網(wǎng)的通信中繼站，例如500 kV岱宗變電站承載著上海廟—山東±800 kV直流特高壓工程的繼電保護(hù)、安全控制裝置、調(diào)度自動化等重要數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，直接關(guān)系到特高壓電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行［2］。

變電站通信機(jī)房內(nèi)的通信用電源設(shè)備和機(jī)房工作環(huán)境是保障通信設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，一旦出現(xiàn)異常將影響到電力通信網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行，甚至可能觸發(fā)各層級的電網(wǎng)事故，重要性不言而喻。由于山東地區(qū)500 kV變電站通信機(jī)房數(shù)量多、分布相對分散，且已實(shí)行無人值守，導(dǎo)致通信運(yùn)維人員的運(yùn)行維護(hù)工作繁瑣復(fù)雜，管理水平難以持續(xù)提升，轄區(qū)內(nèi)電力通信網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行存在較大壓力。

1.2 集中監(jiān)控需求分析

“三集五大”以來，隨著山東地區(qū)500 kV變電站通信機(jī)房的運(yùn)維職能發(fā)生調(diào)整，運(yùn)維主體變更為山東信通公司。山東信通公司致力于三級電力骨干通信網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化和運(yùn)維管理水平提升，考慮原有監(jiān)控系統(tǒng)采取分散監(jiān)控且功能單一，是制約高效率和智能化運(yùn)維的“瓶頸”，已無法滿足電網(wǎng)發(fā)展對電力通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的新要求，為實(shí)施集中監(jiān)控提供了重要動機(jī)。

同時，由于山東地區(qū)500 kV變電站已全面推行無人值守模式，通信運(yùn)維人員無法實(shí)時掌握通信機(jī)房工況信息，導(dǎo)致通信機(jī)房存在較大隱患。按照DL/T 544—2012《電力通信運(yùn)行管理規(guī)程》要求，對于無人值守的通信站點(diǎn)，應(yīng)具備相應(yīng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測手段，監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)能夠及時傳送到所屬中心站或24 h有人值守的通信站點(diǎn)［3］。因此，在當(dāng)前人力資源有限條件下，尋求利用先進(jìn)技術(shù)手段對通信機(jī)房采取集中監(jiān)控，以適應(yīng)新形勢和滿足新需求尤其重要。

2 監(jiān)控對象和內(nèi)容

2.1 監(jiān)控對象的選取

山東地區(qū)500 kV變電站通信機(jī)房內(nèi)動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高頻開關(guān)電源、蓄電池組、機(jī)房空調(diào)運(yùn)行數(shù)據(jù)及告警信息的實(shí)時監(jiān)控以及機(jī)房溫濕度、水浸、視頻圖像等環(huán)境量的監(jiān)控。因此，監(jiān)控對象可大致分為兩大類：動力設(shè)備和機(jī)房環(huán)境［4］。

動力設(shè)備：高頻開關(guān)電源、蓄電池組等通信用電源設(shè)備。

機(jī)房環(huán)境：機(jī)房溫濕度、機(jī)柜內(nèi)溫濕度、浸水信息、機(jī)房實(shí)時圖像畫面以及機(jī)房空調(diào)。

2.2 監(jiān)控內(nèi)容的確定

山東地區(qū)500 kV變電站通信機(jī)房內(nèi)動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)選取動力設(shè)備和機(jī)房環(huán)境為監(jiān)控對象，監(jiān)控內(nèi)容則是對監(jiān)控對象的工況信息實(shí)現(xiàn)“遙測、遙信、遙調(diào)、遙控、遙視”等功能。山東地區(qū)500 kV變電站通信機(jī)房內(nèi)動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控對象和監(jiān)控內(nèi)容如表1所示。

表1 監(jiān)控對象和內(nèi)容

高頻開關(guān)電源。監(jiān)測開關(guān)電源工作狀態(tài)和采集交流輸入電壓、電流，整流模塊輸出電壓、電流等運(yùn)行參數(shù)。

蓄電池組。監(jiān)測蓄電池組工作狀態(tài)和采集蓄電池組組電壓、組電流、組標(biāo)示溫度、單體充放電電流等運(yùn)行參數(shù)。

機(jī)房空調(diào)。監(jiān)測機(jī)房空調(diào)（風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)）工作狀態(tài)和采集空調(diào)工作電壓、負(fù)載電流等運(yùn)行參數(shù)。

機(jī)房溫濕度。監(jiān)測機(jī)房重要工作區(qū)域的溫濕度及觸發(fā)閾值越限告警。

機(jī)柜溫濕度。監(jiān)測機(jī)房重要設(shè)備（例如SDH、OTN、PTN等光傳輸設(shè)備）機(jī)柜內(nèi)的溫濕度及觸發(fā)閾值越限告警。

浸水信息。采集機(jī)房敏感區(qū)域漏水情況及觸發(fā)水浸報警。

視頻圖像。實(shí)時采集機(jī)房重點(diǎn)工作區(qū)域的視頻圖像畫面。

3 監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方案

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)基本架構(gòu)

山東地區(qū)500 kV變電站通信機(jī)房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用較為實(shí)用的扁平化組網(wǎng)結(jié)構(gòu)［5］，由監(jiān)控中心和監(jiān)控子站兩級組成，系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

監(jiān)控子站設(shè)置在轄區(qū)內(nèi)各座500 kV變電站的通信機(jī)房，采集現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)，包括動力設(shè)備和機(jī)房環(huán)境的各類工況信息，并與監(jiān)控中心完成交互通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳和主動告警，便于調(diào)度值班人員全面掌握機(jī)房內(nèi)各通信設(shè)備的運(yùn)行工況［6］。

監(jiān)控中心設(shè)置在國網(wǎng)山東省電力公司本部，主要完成監(jiān)控子站所上傳數(shù)據(jù)信息的匯聚、處理、備份，為通信調(diào)度值班人員提供調(diào)度決策，以便及時安排通信運(yùn)維人員到站處理各類設(shè)備缺陷和故障。

監(jiān)控中心與監(jiān)控子站之間的數(shù)據(jù)傳輸承載于山東省骨干SDH光傳輸網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控子站將所采集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)信號，通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接入監(jiān)控子站側(cè)SDH設(shè)備，再經(jīng)獨(dú)立的SDH業(yè)務(wù)通道傳輸至監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫，完成數(shù)據(jù)信息的匯聚［7］。

3.2 監(jiān)控中心建設(shè)方案

監(jiān)控中心作為整個動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控和管理中心，主要由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、前置服務(wù)器、磁盤陣列、管理工作站等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，如圖2所示。

圖2 監(jiān)控中心方案

省公司本部監(jiān)控中心的主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置。

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。用于組建本部監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)平臺，負(fù)責(zé)接入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、管理工作站等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。同時，預(yù)留連接通信管理系統(tǒng)SG-TMS 的通信接口［8］。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。作為監(jiān)控中心關(guān)鍵設(shè)備，主要用于存儲監(jiān)控數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)，具體包括參數(shù)配置、告警信息、操作維護(hù)記錄、現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)等。

應(yīng)用服務(wù)器。主要負(fù)責(zé)承載監(jiān)控中心各種軟件模塊，包括數(shù)據(jù)庫存儲、數(shù)據(jù)庫備份、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、用戶鑒權(quán)、系統(tǒng)管理、WEB服務(wù)、SQL Server數(shù)據(jù)庫管理、視頻監(jiān)控等服務(wù)軟件。

前置服務(wù)器。主要負(fù)責(zé)輪詢監(jiān)控子站采集上傳的數(shù)據(jù)信息，處理后發(fā)送到數(shù)據(jù)庫和管理工作站。同時，可根據(jù)監(jiān)控子站地址下發(fā)監(jiān)控中心的控制操作命令。

管理工作站。主要負(fù)責(zé)提供圖形化的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)用戶交互監(jiān)控功能，包括實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)和告警信息顯示、處理及視頻瀏覽、攝像機(jī)控制等視頻監(jiān)控功能，以及提供歷史數(shù)據(jù)查詢、報表打印等服務(wù)。

3.3 監(jiān)控子站建設(shè)方案

根據(jù)每座500 kV變電站通信機(jī)房的設(shè)備情況和機(jī)房環(huán)境，配置相應(yīng)的傳感器、協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置和匯集裝置，對機(jī)房內(nèi)的動力設(shè)備和機(jī)房環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。另外，在通信機(jī)房設(shè)置1套子站監(jiān)控單元，實(shí)現(xiàn)機(jī)房現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)采集、處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

以山東地區(qū)濟(jì)南500 kV變電站為例，通信機(jī)房監(jiān)控子站建設(shè)方案如圖3所示。

圖3 監(jiān)控子站典型建設(shè)方案

濟(jì)南500 kV變電站通信機(jī)房監(jiān)控子站的建設(shè)實(shí)施方案如下［9-11］。

高頻開關(guān)電源監(jiān)測。配有監(jiān)控模塊的高頻開關(guān)電源，利用智能接口通信，采取協(xié)議轉(zhuǎn)換的方式獲取電源設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和告警信息；非智能高頻開關(guān)電源，則通過加裝輔助測量裝置實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)和告警信息的采集。

蓄電池組監(jiān)測。在蓄電池室設(shè)置1套蓄電池監(jiān)控單元，配合直流電流變送器完成蓄電池組運(yùn)行參數(shù)采集，選取433M無線通信方式完成數(shù)據(jù)傳輸。

機(jī)房空調(diào)監(jiān)測。機(jī)房內(nèi)的精密空調(diào)（智能空調(diào)），利用智能空調(diào)的智能接口采集信息，經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換可獲取空調(diào)的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)；普通空調(diào)（非智能空調(diào)），采用交流電流變送器和遠(yuǎn)程紅外空調(diào)控制器實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

機(jī)房溫濕度監(jiān)測。在機(jī)房地板上2m和設(shè)備前0.4m處區(qū)域安裝數(shù)字溫濕度傳感器，通過有線方式將測量數(shù)值上傳至子站監(jiān)控單元［12］。

機(jī)柜內(nèi)溫濕度監(jiān)測。在關(guān)鍵通信設(shè)備的機(jī)柜內(nèi)安裝無線溫濕度傳感器（內(nèi)置5 V電池），采用Zigbee無線方式上傳測量數(shù)值至子站監(jiān)控單元處理。

浸水信息監(jiān)測。在機(jī)房空調(diào)下方及進(jìn)出水管等敏感區(qū)域安裝水浸傳感器，采集機(jī)房浸水信息，交由現(xiàn)場監(jiān)控單元進(jìn)行處理。

視頻監(jiān)控。在機(jī)房合適位置安裝2套高清紅外網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，同現(xiàn)場子站監(jiān)控單元并接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，完成機(jī)房視頻圖像信息的實(shí)時采集。

4 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

山東地區(qū)500 kV變電站通信機(jī)房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)始建于2007年，后期經(jīng)歷一、二期升級改造工程，系統(tǒng)覆蓋范圍和實(shí)現(xiàn)功能得到了不斷提升和完善，逐步演進(jìn)為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)合理和功能完善的動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。截至目前，該系統(tǒng)已覆蓋省公司本部中心傳輸機(jī)房、1座1 000 kV變電站以及37座500 kV變電站等通信站點(diǎn)。按照工程實(shí)施計劃，預(yù)計2017年底前可實(shí)現(xiàn)轄區(qū)內(nèi)42座500 kV及以上變電站的全面接入。

隨著動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建成和推廣應(yīng)用，通信調(diào)度值班人員已實(shí)現(xiàn)通信機(jī)房的7×24 h無縫隙監(jiān)控。一旦電源設(shè)備發(fā)生故障或機(jī)房工作環(huán)境出現(xiàn)問題，系統(tǒng)將自動觸發(fā)告警，值班人員可以及時告知運(yùn)維人員趕赴現(xiàn)場處理，有效保障了電力通信網(wǎng)絡(luò)的安全可靠運(yùn)行。根據(jù)《山東省電力通信設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計分析評價報告 （2016年）》，2016年山東地區(qū)三級電力骨干通信網(wǎng)全網(wǎng)通信設(shè)備故障率較2015年降低了 5%［13］。

5 結(jié)語

500 kV變電站通信機(jī)房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)作為電力通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，在電網(wǎng)建設(shè)、生產(chǎn)、運(yùn)行等方面發(fā)揮著重要作用。山東信通公司為持續(xù)深化監(jiān)控系統(tǒng)對變電站通信機(jī)房穩(wěn)定運(yùn)行的重要支撐作用，確保實(shí)現(xiàn)對山東地區(qū)三級電力骨干通信網(wǎng)絡(luò)及時有效的集中監(jiān)控，積極開展了對變電站通信機(jī)房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究工作。

系統(tǒng)的建設(shè)和推廣應(yīng)用，將全面提升山東信通公司對電力通信網(wǎng)絡(luò)的管理水平和掌控力度，為電網(wǎng)發(fā)展提供更可靠、更高效的通信支撐。

［1］中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會.通信局（站）電源、空調(diào)及環(huán)境集中監(jiān)控管理系統(tǒng)：YD/T 1363.1—2005［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005：1－6.

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［6］駱宇平．變電站通信機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)研究［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2015（36）：12-13．

［7］劉淼，陳瑋．南方電網(wǎng)超高壓公司通信機(jī)房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)解決方案［J］.信息通信，2014（3）：220-221．

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［12］中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會.通信中心機(jī)房環(huán)境條件要求：YD/T 1821—2008［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005：1－8.

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Research on Power and Environment Monitoring System Construction of 500 kV S ubstation C ommunication E quipment R oom

WANG Xiaoyong，T IAN Mingguang，Z HANG Yantong，X U Bintai，L V Xinquan
（Information and Telecommunications Company，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China）

Power and environmentmonitoring system is an important technicalmeans to ensure the safety and stable operation of the communication equipment room of the substation，which is essential for the communication system of the power network operating reliably.Under the background of that the 500 kV substations are gradually implemented with unattended mode，how to build the power and environmentmonitoring system for the respective characteristics of each region has become a common concern.In this paper，a solution for the power and environment monitoring system applying to the 500 kV substations in Shandong area is developed based on the analysis and discussion on the current status of 500 kV substation communication equipment room，the objects and their contents to bemonitored.The practical application of themonitoring system in Shandong area effectively reduces the failure rate of the communication equipment in the communication room of the substation and ensures the reliability of the power communication network.

power and environmentmonitoring system；solution；system structure；supervision center；supervision sub-station；application performance

TP277

：B

：1007－9904（2017）08－0049－04

2017-02-07

王曉勇（1987），男，工程師，主要從事電力通信工程建設(shè)管理及電力通信網(wǎng)線路運(yùn)維檢修工作；

田明光（1965），男，高級工程師，主要從事電力通信網(wǎng)技術(shù)管理工作；

張延童（1981），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)通信設(shè)備運(yùn)維檢修工作；

徐彬泰（1987），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)通信設(shè)備運(yùn)維檢修工作；

呂新荃（1989），男，助理工程師，從事電力系統(tǒng)通信設(shè)備運(yùn)維檢修工作。