變電站電力監控系統的設計與研究

范雪增

【摘 ?要】隨著社會的不斷發展，變電站的智能化管理也提出了新的要求。變電站要實現無人值守，變電站的各種數據和視頻必須實時準確的傳送到監控中心，一旦遇到突發事件能及時高效的處理。因此智能電力監控系統為電網的智能化提供了有力的保障。變電站電力監控系統可提高電網電能輸送的效率，降低電能在線路傳輸中的損耗。變電站電力監控系統的設計和研究，可以保證電網供電的持續性和供電質量。基于此，對變電站電力監控系統的特點進行了分析，結合變電站電力監控系統的功能需求，對變電站電力監控系統的體系結構和功能進行了設計與研究。

【關鍵詞】智能電網;電力系統;變電站;電力監控系統

引言

變電站電力監控系統可以對整個電網的電能質量進行監督和管理，提高了電力系統供電的質量和水平。變電站電力監控系統可對電力系統的數據進行采集，并進行統一的控制和管理，在電能配送和運輸等方面起著重要的監控管理作用。在電力系統中，變電站電力監控系統不僅提高了電力企業的生產效率，而且降低了電力企業的運營成本，保證了電力企業的可持續發展。

1電力監控系統的使用價值

在智能變電站的管理中，使用電力監控系統可以有效降低運營的成本，提升管理的效率，降低人為因素造成的事故損失。在用戶的用電管理中，可以對用戶資源及用電負荷進行分析總結，這對指導用戶降低設備運行電能損耗具有重要意義，通過數據分析的結果，可以對設備的運營進行最優化的組合，將無用功損耗降低到最低，提高設備的使用效率，避免了大量資源的浪費，進而降低投資資金。對重大事故的預警，可以對事故的發生進行預判，系統提前發出警告，然后進行提前介入處理。即使處置不及時，發生電力系統異常，也可以及時切斷系統將損失降低到最低。可以有效降低設備維護的費用，延長設備的使用壽命。

2變電站電力監控系統的設計與研究

2.1變電站電力監控系統功能需求分析

變電站電力監控系統的設計要滿足電力監控系統的基本功能需求，其中，電力監控系統的事件記錄功能需求，主要是記錄變電站內的操作內容，并對設備出現的異常情況進行備份。變電站電力監控系統的事件記錄功能，可保證后臺管理人員實時掌握現場設備的具體情況，事件記錄可有效滿足管理人員對電力監控系統采集的數據進行事后分析。故障記錄是在設備發生故障后，發生繼電保護前后對電氣壓運行數據進行周期性記錄。電力監控系統要具有遠程操作功能，管理人員可通過遠程計算機對變電站進行監控和管理。如果在監控管理過程中設備發生故障，無法進行遠程操作，那么系統監控界面設計要具有人工置數的功能，通過手動修改來掌握現場的具體情況。如果發現電氣設備發生運行異常，可通過其他設備間接的把異常信號發送到管理中心，使工作人員可以更好地了解現場設備的運行狀態。如果數據量較大，可通過信號報警通知工作人員進行安全操作。在設計變電站電力監控系統時，要充分考慮系統對數據處理的需要，在系統數據進行數據分析和數據存儲等功能方面進行科學地設計。

2.2智能電力監控系統的總體架構設計

本文提出的智能電力監控系統主要包括感知層、處理層和應用層，如圖1所示。感知層中主要包括了圖像傳感器、溫濕度傳感器、氣體傳感器和煙霧傳感器。圖像傳感器主要部署在變電站的周圍、出入口和電力設備機房等關鍵地方，用來實時的監控和存儲變電站的現場情況。溫濕度傳感器主要部署變電站的周圍區域，實時的檢測溫度和濕度的信息。當溫度過高時可能會出現設備的故障和火災等險情，因此系統將會及時的報警并通知調度中心。當部分區域的濕度過高時可能是出現淹水等情況，也將把相關信息及時反映到監控系統。在電力設備的運行中會釋放出特定的氣體，如一氧化碳、甲烷和氫氣等有毒和可燃氣體。因此用氣體傳感器實時的檢測這些數據為電力系統提供參考。煙霧傳感器主要是檢測變電站區域是否出現火焰，當出現煙霧的實時，系統及時報警并將信息反饋到電力管理中心，方便相關部分及時的處理險情，防止更加嚴重的事故發生。處理層主要包括傳感器數據處理單片機和數據處理服務器。傳感器數據處理單片機主要是用來實時的接收來自于不同傳感器實時監測到的原始數據，并將原始數據轉化為對應的實際應用值，最后將這些數據傳輸到數據處理服務器。數據處理服務器主要是保存和處理變電站中所有的數據信息，并將所有信息上傳到區域服務中心。應用層主要是通過感知層獲得的數據進行智能監控。

2.3智能電力監控系統的硬件模塊

設計的智能電力監控系統主要包括感知層的傳感器，處理層的傳感器數據處理服務器和數據處理服務器。在實驗模擬階段，我們采用了win7的操作系統，Interi7-6700CPU，16GRAM和2T的硬盤作為數據處理服務器。傳感器處理單片機選擇了高性能、低成本和低功耗的STM32單片機。內核為Cortex-M3CPU，最高工作頻率為72MHz，集成了512KB的Flash存儲器和64KB的SRAM存儲器。圖像處理傳感器采用了AHCA4-78TR-LM型號的監控攝像頭，該攝像頭最高可以實現16路的720P的高清拍攝，具有IP67防水外殼和大功率隱藏紅外燈，并支持IR-CUT日夜轉換模式。溫濕度傳感器采用含有校準的數字信號輸出的DHT11溫濕度傳感器模塊，其包含一個電阻式感濕原件和一個測溫元件，具有較高的可靠性和穩定性。濕度測量范圍為20%-95%，溫度測量范圍為0-50度，工作電壓為3.3-5V。氣體傳感器采用了MQ-2傳感器，其由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層和測量電路等組成。可以探測液化氣、甲烷、乙烷、丙烷、酒精和氫氣等氣體。其具有探測范圍廣、靈敏度較高、穩定性好和壽命較長等特點。煙霧傳感器采用了光電式煙霧傳感器，其通過檢測煙霧的濃度來實現煙霧的檢測。其內外電離室有放射源镅241，在電場的作用下正負離子由正向負極移動，從而形成穩定的電流和電壓。當有煙霧擴散到電離室后打亂了電離子的正常運動，從而改變了電流和電壓值，從未觸發了報警信號。其穩定性較高，性能優于氣敏電阻類的煙霧傳感器。

2.4智能電力監控系統的軟件流程

系統的軟件平臺主要是是基于Struts2，Spring和Hibernate的J2EE框架，Web服務器是使用ApacheTomcat6.0，數據庫系統是MySQL。系統的軟件設計流程主要如下圖所示。在采集數據之前，首先初始化，然后通過多種傳感器實時的采集環境數據，并將數據發送給單片機進行處理獲得實際應用值，再將實際的應用值發送到數據服務器，通過數據服務器來判斷是否異常，如果異常則啟動報警并通知電力系統中心，否則，繼續監控，并顯示在客戶端。

結語

變電站作為電力系統的核心設備，負責電網電能的配送等功能，變電站的運行狀態直接決定了整個智能電網的運行情況。在智能電網的建設和發展過程中，變電站電力監控系統的設計和研究，提高了智能電網運行的安全性和可靠性，為電力系統的安全運行提供了重要保障。

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（作者單位：朔州供電公司）