變電站通信設備機柜智能配電及微環境監測系統探討

荀思超，沈雨生，肖紅誼，魏林風，王 軍

（國網江蘇電力公司鹽城供電公司，江蘇 鹽城 224005）

0 引 言

通信設備智能配電技術是信息時代智能變電站配電技術的重要組成部分。由于變電站運行的環境越來越復雜，變電站要處理的業務越來越多樣化，因此需要構建合理的變電站通信配電技術，加強對變電站通信設備配電設施的監測和預警，以保證變電站運行和維護工作的穩定性、便捷性以及安全性。目前，電力系統內已出現多次因變電站二次設備室機房空調異常后室內溫度升高，以及站內二次設備保持運行但通信設備啟動自保護的現象，因此亟需開發針對變電站通信設備的智能配電和微環境監測系統。通過采集現場通信機柜的環境參數，可實現單個通信設備柜溫濕度的自動采集和傳輸。此外，加強通信設備的智能供電監測系統有利于保證變電站通信設備的正常運行。

1 變電站通信設備及監測系統運行結構

如圖1所示，變電站通信設備配電設施和環境監測系統由前端處理系統和后臺處理系統兩個部分組成。前端處理系統的主要任務是采集變電站內各類儀器的運行數據。安裝在變電站通信設備機柜內的采集系統采集到的信息，經過初步的預判斷和分析后上傳到電網中心服務器。后臺處理系統則主要負責收集和分析變電站內通信設備機柜配電裝置和環境數據的變化并及時傳輸到控制中心。兩個部分相互配合，保證信息的采集和處理，從而為后續管理提供準確的信息。

圖1 變電站通信設備智能配電和監測系統運行圖

2 變電站通信設備機柜智能配電及微環境監測方案

2.1 電源設計

電力單位和技術人員需要加強對變電站智能化綜合方案實施和設計的重視。電力企業需要將智能化的電力設計方案和配電應用設施推廣到變電站的實際建設過程中，加強對直流電綜合配電技術的研究。直流電源的發展趨勢是共享電源信息集成的重要基礎。這個過程中，需分析和討論適用于電源設計的信息數據，按照相應的電壓標準設計元件電源。通過網絡操控輸電的強度，并監控整個系統的運行情況，簡化系統配置，最大限度地降低供電設計成本，從而減少供電安全問題。

2.2 整合信息平臺,智能化管理

電網建設的關鍵環節是智能綜合變電設施。在實際方案設計中，要有效利用信息平臺。提高變電站的總體配電工作水平和運行效率，需要通過搭建綜合的網絡信息平臺來實現，而這種信息平臺綜合了變電站的通信設施和監測預警設施。通過該信息平臺可以實時對變電站的通信設施發出指令，方便遠程操控變電站內的配電機柜，還可以及時監測變電站內機柜運行數據的異常變化情況，及時發現問題并修正。但是，變電站在實際運行中產生了一系列安全和質量問題，導致工作人員在進行維護和檢查時的耗時長、效率低。由于傳統變電站具有結構復雜和設備多樣的特點，因此要根據變電站配電設備的特點具體問題具體分析，構建相應的配電模型，加強變電站內各運行系統的信息管理與共享。

2.3 監控系統框架的拓撲結構

為保證配電站監控系統的可靠性，可以通過變電站內配電線路與通信線路相結合的模式，實現對變電站相應配件區域的集中監測和管理，還可以減少變電站現場布線的工作量。通信后臺服務器、通信中間件服務器和通信傳感器節點構成了監控系統框架的拓撲結構。其中，通信傳感器節點的主要任務是定期測量及分析處理變電站內機柜的溫度和濕度。運用ZigBee通信技術，可以在通信中間件服務器四周形成數據無線傳輸網絡，將通信傳感器節點采集到的溫濕度數據及時傳輸到通信后臺服務器。配電站運行和工作的維護人員可以通過后臺服務器上面傳輸的數據及時掌握配電設施的運行情況，并通過分析電腦數據將數據分析結果上傳給監控中心的管理人員，從而及時預報警處理溫濕度超標的配點設施，方便及時派遣維修人員對配電機柜進行降溫、除濕等工作，以達到及時監測數據、傳輸數據、分析控制數據以及處理配電問題的目的。

2.4 硬件設計

2.4.1 傳感器節點設計

傳感器節點的主要功能是采集溫濕度信息、預判分析以及傳輸無線數據。如圖2所示，網絡無線溫濕度傳感器通過CC2530搭建，由電源設備、傳感器設備、單片機設備以及無線通信設施組成。溫濕度信息的感知由SHT20傳感器實現，測量信號的數字化由CC2530模塊的A/D實現[1]。此外，該傳感器可以連接外部電源，便于在內部電池受損的情況下繼續傳輸信息，方便傳感器的信號傳輸與使用。

圖2 設計原理與工作流程圖

2.4.2 協調器節點設計

管理配電服務區內的傳感器用于協調節點器的工作任務。協調器節點負責管理所屬區域內的傳感器節點，主要通過工作范圍內的傳感器節點傳輸配電設施的工作數據，特別是溫度和濕度的變化數據，通過CAN線路傳給監控控制系統，最終保證監控數據能夠實時傳輸。該監控系統的設計基于CC2530，由無線傳輸設備、單片機設備、電源設備以及CAN通信設備組成協調器節點[2]，如圖3所示。

圖3 原件構成和工作流程圖

3 變電站通信設備機柜智能配電及微環境監測系統構建

3.1 構建嵌入式軟硬件平臺

將編譯插件通信框架、協議框架和媒體框架運用于嵌入式目標操作系統，通過向嵌入式目標傳送編譯好的目標程序和搭建建模框架實現插件的網絡通信服務[3]。使用通用通信模塊和傳輸數據模塊進行建模，將對應的通信處理插件添加在建模工具中還需要配置協議模塊和媒體模塊，并在目標系統中載入設計好的插件模型文件。運行文件中生成的通信服務系統能達到使用簡單數據模塊建立通信通道的目的。這種嵌入式通信平臺不是通過編寫代碼實現數據的交互傳遞，而是通過一種嵌入式建模系統來完成通信平臺的建立。這種智能配電通信系統能夠實現無線網絡連接及變電站數據的上傳和接收，支持WLAN、VPN以及以太網端口的數據傳輸。

3.2 通信數據的插件搭建

接口管理模塊和插件管理模塊相結合形成了通信數據的處理模塊。插件管理模塊的主要功能是能動態加載協議類插件，接口管理類模塊的功能則是實現協議的交換回調和相關運行插件框架的搭建，使得拓展協議模塊和應用層接口中的數據能夠相通。根據預先調試好的配置，插件管理模塊可以自動完成媒介插件的動態加載過程，然后媒介插件和其他相關協議插件可以通過接口管理模塊進行關聯，保證媒介插件和其他協議插件中的信息相互流通，最終搭建完整的通信數據插件。

3.3 搭建實時更新系統

搭建變電站通信設備機柜智能配電及微環境監測實時更新系統的關鍵步驟如下。首先，通過改變通信通道的模塊，將通信服務建模工具運用于通信服務器處理插件。其次，由通信服務器處理接收來自通信服務建模工具傳送的服務協議框架修改通知。再次，系統內的服務協議框架通過通信服務器傳輸的配置變化參數，同步更改建模的配置數據。最后，更改好的配置數據通過通信服務器上傳到網絡系統。

4 變電站通信設備柜智能配電及微環境監控系統的保障措施

4.1 安全技術措施

變電站通信設備智能配電技術的更新改革及新型變電站通信設備配電設施的使用，是提高電力系統安全性的重要保障[4]。因此，我國的變電站在近些年引進了智能化的通信設備配電系統，并大批量淘汰了老舊的配電設施，提升了我國的智能配電安全技術水平。

4.2 構建變電站智能通信配電及微環境監控一體化網絡

4.2.1 構建二次檢測監控系統

搭建與正常監控系統相區別的信息來源檢測裝置，發現、收集并上傳正常監控系統中遺漏的問題和數據漏洞，以實現對變電站通信設備配電設施進行雙重監測控制的目的。二次檢測監控系統與正常監控系統的區別在于，它能夠收集正常監控系統外的其他有效信息，并且在變電站正常監控系統斷電的情況下正常工作運行，是對變電站經正常監控系統的一個補充，主要起查漏補缺和應急監控的作用。同時，它還能在線監控正常的監控系統，及時報告監控系統的漏洞，實現雙向監控。二次監測監控系統的信號處理可以更好地檢測目標和數據源，防止信息和數據的誤傳或丟失，提高數據傳輸的安全性，為變電站通信設備智能配電和環境監控一體化網絡的構建奠定了良好的基礎。

4.2.2 構建協同防護措施

采用自動化配電技術搭建變電站通信設備配電設施與智能變電站的協同防護機制，可減少變電站通信機柜配電設施的重復配置工作，實現截流功能，防止超負荷分閘和合閘[5]。

4.2.3 構建程序化系統

程序化控制系統也叫順序化控制系統。通過變電站內的通信設備操作引導設施可以減少變電站工作人員的工作操作失誤，提高操作精度和效率，便于同時完成多個操作程序，從而建立一套完整的操作系統。

4.2.4 構建自動化報警系統

使用該系統后，控制中心往往會收到一些分類混亂的數據或會遺漏部分數據的收集。自動化報警系統的任務是及時清理和合并后臺傳輸的數據，減少信息傳輸過程中的故障問題。

5 結 論

變電站通信設備柜智能配電及變電站微環境監控系統的構建，有利于變電站通信設備的安全穩定的運行。變電站開關柜溫濕度信息的在線監測可以通過溫濕度信息幫助判斷變電站設備的運行狀態，從而提高整個變電站的安全性和可靠性。基于智能化通信設備配電及環境監測系統具有供電連續性好、數據反饋及時以及運行安全性和可靠性高等優點。無論是設計環節還是施工運行環節，都應提前做好規劃工作，合理采用相應的技術和設備系統規模，更多地結合社會效益和發展效益。綜上所述，將通信機柜智能配電及環境監測系統應用于各類變電站，可以保證變電站通信設備的安全穩定運行，進而提高電力系統的安全性和可靠性。