智能變電站在線監測整合系統軟件設計與功能實現

章有權

（山西焦煤集團有限責任公司東曲礦，山西 古交 030024）

引言

在我國電力設備的檢測系統中，智能變電站監測系統可以對變電設備的運行情況進行實時監測，并對環境參數進行實時掌控，通過對監測數據的分析可以實現變電站潛在故障的預判，并發出預警。傳統變電站的檢修模式是定期人工檢修同時結合故障檢修的方式，這種檢修模式需要大量的人工投入，同時存在不確定性，不能滿足現代電力發展的需求。隨著現代電力應用需求的不斷增多，為了滿足現代電力應用需要，針對電力設備的在線監測系統逐漸興起，對于維護智能變電站系統安全穩定運行提供技術保障。

1 智能變電站系統需求分析

智能變電站所采集的實時數據是對系統中一次設備狀態的反映。在進行數據采集之前，需要制定標準的數據依據，根據制定的依據實現數據的過濾，當采集到的數據不滿足設計依據的時候，需要對數據進行舍棄，并進行連續采集，從而保證數據的連續性。在數據采集過程中，一些數據無法直接采集得到實際值，需要進行數據濾波、處理、分析計算得出，因此，需要設定初級分析過程，從而保證數據的連續性。在設計過程需要保證系統的靈活性以及可擴展性，從而便于日后數據的過濾以及數據刪減操作。

2 軟件系統整體設計

2.1 系統層次設計

本文設計的在線監測整合系統是對某智能變電站原系統的優化設計，在設計中主要依據簡潔、高效為原則，通過對原系統復雜的操作過程以及多層環節進行優化，實現了系統功能。通過整合主IED 以及子IED 功能，實現原系統功能。如圖1 所示為本文設計的智能變電站在線監測整合系統層次圖[1-2]。

圖1 智能變電站在線監測整合系統層次圖

通過圖中層次分布可以看出，本文設計的系統結構簡潔明了，最大程度地簡化了操作層次以及所需要的設備數量，使數據傳輸過程更加簡單，使系統可能出現故障的關鍵點減少，從而增加了系統穩定性。按照為統一通信標準設計了數據通信程序，從而使得數的接收、發送過程更利于管理，同時方便日后故障的排查工作。系統設計的操作層次較少，可以有效縮短通信總線以及電纜的長度，這對于成本的降低以及控制系統電磁兼容性能具有很好的保證作用。

2.2 軟件系統功能模塊設計

1）設備狀態管理模塊。在設備狀態管理模塊中，主要實現對智能變電站主線路以及系統絕緣性能報警兩個部分。其中，系統主線路包括主接線圖、避雷器絕緣參數、CVT 絕緣狀態參數以及主變壓器鐵芯絕緣性能四部分[3]。

2）設備數據管理模塊。在設備數據管理模塊中，主要實現功能包括數據報表管理、曲線查詢、歷史記錄三個，另外每一個部分的功能可以實現數據的查詢、數據打印以及數據清除功能。

3）設備配置管理模塊。在設備配置管理模塊中，主要是對系統新增設備或者系統刪除設備進行管理。

4）系統管理模塊。系統管理模塊主要實現對登錄進行管理，主要實現用戶賬號密碼管理、變電站名稱設定、系統參數查詢、調試數據清除功能。其中賬號密碼管理主要是實現增減用戶、用戶權限設定、登錄系統進行管理。在登錄系統子模塊中，需要用戶利用已有的用戶名及密碼完成登錄。

5）系統維護管理模塊。在系統維護管理模塊中，需要用戶登錄系統，通過查看系統幫助選項，對不同類型的故障進行清障方式查看，通過提供的清障指導對常見的故障進行解決，方便系統的日常維護工作。

6）系統調試管理模塊。系統調試管理模塊主要完成對整個在線監測系統的測試，包括對系統通信功能、掃描設備、系統參數配置以及運行測試進行調試。通信測試過程中，需要完成基本的通信參數，通過通信調試軟件完成與系統的通信測試。

3 智能變電站在線監測系統功能的實現

3.1 系統功能模塊功能的實現

3.1.1 數據采集模塊

系統中數據采集模塊主要是對智能變電站設備的運行參數進行檢測，通過實時數據監測同時利用特定的通信協議將數據發送到智能變電站的中心機房，數據經過預處理以及數據的集中，數據經過預處理之后將數發送到不同的地方中心機房，之后對檢測數據進行分析計算。通過對不同電力設備數據的分析處理，對于分析處理的數據類型需要滿足市面上使用的大多數設備的數據類型，從而保證數據的兼容性，同時數據采集模塊需要預留足夠的數據通信結構，從而便于日后進行功能擴展，滿足不同電力設備的應用需求，為系統升級提供基礎保障。

3.1.2 報警功能模塊

本文設計的系統報警功能模塊是實現在線監測功能的重要部分，通過對系統相關參數設定報警閾值，將實時監測數據與設定的報警閾值進行比較，當監測數據大于設定的報警閾值時發送報警信號，同時將當前監測數據發送到智能變電站管理工作站，提供給管理人員進行判斷處理。當判斷出具體的故障點后，如果故障需要人工排除，則發送相應的檢修指令以及具體故障位置，專業人員進行現場故障處理。

3.2 變電站數據庫的設計

本文所設計的變電站在線監測整合系統核心部分是數據庫程序，監測系統將數據發送到數據庫，數據庫將大量數據進行保存，并可以進行實時查閱，從而方便工作人員管理。為了實現數據的存儲需求實現在線監測整合系統數據信息的存儲，滿足變電站3～5 a 內的數據存儲量，本文在進行數據庫設計時采用了一款主流數據庫軟件，在實現海量數據存儲同時可以實現對電力調度需要的數據進行綜合管理。本文在進行數據庫設計時主要的功能包括數據增減、查詢、存儲。同時平臺可以實現與當前眾多的數據平臺良好兼容，可以實現編程功能的同時實現在線數據監測，同時該軟件能夠保證系統的安全性能，保證數據不被泄露[4]。如圖2 所示為設計的組織人員邏輯模型。

圖2 組織人員邏輯模型設計

4 系統功能測試

系統功能測試內容包括設備接線圖管理以及設備絕緣狀態管理，其中設備接線圖管理測試需要保證系統能夠正確的顯示全部電氣設備運行接線狀況，而設備絕緣狀態管理需要能夠實現對所有設備的當前絕緣狀況進行顯示，并判斷是否進行報警。

4.1 測試環境

測試環境包括設計的綜合監測單元、站端模擬器、可以實現Modbus 從站功能的PC 端軟件，以及本文設計的在線監測系統，從而形成一套綜合測試環境。

4.2 測試過程

通過對本文設計軟件的主要功能進行測試，完成了包括設備狀態管理測試、設備數據管理測試、設備配置管理測試、系統管理測試、系統調試管理測試在內的全部測試內容，其中變壓器鐵心絕緣參數顯示參數如圖3 所示，測試的結果表明本課題的設計與實現符合預期的設計目標。

5 結語

圖3 鐵心絕緣參數

1）確定了在線監測綜合系統軟件的總體方案，制定了系統層次圖，在此基礎上實現了系統的主要功能。

2）分別利用以及開發工具，實現了對智能變電站在線監測整合系統的軟件設計，并根據設計需要完成了功能測試。