基于物聯網的變電站運行環境監測系統的設計

黃建威

深圳市電網通信有限公司 廣東 深圳 518000

引言

針對智能變電站設備數量眾多、運行環境復雜、數據傳輸干擾大等特點，采用專用軟件程序實現對智能變電站設備狀態數據的綜合診斷、評估，設備狀態具有一定的規律性和穩定性。由于數據傳輸干擾大等特點，在監測過程中經常會發現，由于智能變電站設備在發生故障時，其溫度變化具有一定的規律性和穩定性，因此對設備溫度變化趨勢進行監測，及時采取措施，防止事故的發生，是智能變電站設備溫度變化趨勢的一個重要方面。

1 監控系統結構

中國的智能變電站從2009年開始建設，根據國家電網公司的要求，對智能變電站進行智能化輔助控制系統和智能化輔助控制系統的研究與開發，到目前為止，部分智能變電站已配置智能輔助控制系統電源設備，但其效率還有待進一步提高。研究結果表明，智能變電站在此階段應結合智能輔助控制系統的實際運行情況，分析智能聯動控制系統的性能，以提高智能聯動控制系統的運行質量，主要是采用人工巡邏的方式進行智能監控，此階段智能變電站不能完全適應新的智能變電站的實際運行，總結分析以積累更多的經驗，保證整個系統的水平有較大的提高。

自動控制方面，新一代信息技術與常規變電站設備相結合，實現了自動化、智能化方面，新一代信息技術發揮智能控制功能，對傳統變電站設備運行管理進行了全面的升級和改造，技術人員可以利用專用軟件程序對傳統變電站內部設備的運行狀況和管理進行監測和評估，發現問題后立即對相關設備進行定位和分析，并根據反饋結果[1]。但從實際情況看，智能變電站多、運行環境復雜，由于執行器監控難、數據采集難、數據失真等原因，很容易受到各種不確定因素的影響，因此必須采用新技術實現變電站運行環境動態監控管理。

2 監測系統的結構設計

工作人員可以根據物聯網作用形式以及技術性質的區別，將監測系統的結構框架分為應用層、網絡層以及感知層三種。應用層主要對應的是數據展示以及應用層結構體系、網絡層主要對應的是數據傳輸層結構體系、感知層主要對應的是傳感器采集層結構體系。從其結構框架設計中可以明顯看出，此三種類型的結構框架中涉及的關鍵因素眾多，因此，工作人員需要從此三類結構框架入手，對監測系統進行科學的規劃與設計。

2.1 應用層結構框架

根據輸入性質可以將應用軟件平臺進行詳細劃分，可以將其分為監視、通信以及數據庫等不同的軟件類型。在工作人員建設應用軟件平臺時，需要嚴格遵從國際標準，對其進行優化處理，從而不斷增強系統的開放性。從客觀角度而言，應用軟件平臺幾乎可以說是所有系統的基礎，其不僅具備著系統橫向以及縱向全方位的集成任務工作，還承擔著保證各個網絡節點正常運營的環境優化職責。

2.2 網路層結構框架

通常而言，變電站監測系統在對數據信息進行智能采集的過程中需要具備以下特征：首先，工作人員必須積極運用現代化科技以及高集成度微電子技術，對網絡通信方式進行合理配置，并且保證后續安裝與維護工作的有序正常開展，不斷增強終端集成度。其次，工作人員可以有效運用LCD顯示技術，為告警以及終端配置等裝置提供較好的數據資源。并且，運用鐵電存儲器工作人員可以將海量的運行數據進行穩妥有效保存。與此同時，在對信息進行監控時，工作人員需要充分利用傳輸的雙向優勢，積極應用以太網或無線射頻網等各種方式顯著增強系統數據信息的運輸效率。再次，在設計過程中，工作人員可以最優選擇帶有對環境進行遠程監控的集中器設備，設備的監控功效應具有良好的通信、遙測以及遙控等功效。最后，工作人員需要將操作系統向圖形化方向轉變，從而保證工作的有效性，突出數據信息交互以及后續維護工作的優勢。

2.3 感知層結構框架

工作人員可以選擇將有源無線射頻以及數字式傳感器等兩種設備互相融合的形式提高數據信息采集工作質量，增強環境信號傳輸速度。同時，工作人員最好選用帶有應用軟件的電路板，從而可以對濕度以及溫度進行有效的監測分析，從而依據最終結果，對變電站所處的具體環境進行精準分析。

3 監測系統功能分析

變電站環境監測系統首先具備對變壓器安全的監測功效，其主要對變壓器局部放電、套管、油中微水以及溶解氣體等故障連續進行監測，從而可以對變壓器自身的絕緣狀況進行深入了解與綜合分析診斷，完美實現對變壓器的安全預警。對于反應容性設備而言，設備的等效電容以及介質損耗角可以充分反映其設備絕緣情況，針對以上參量，工作人員可以利用系統連續的對其絕緣情況進行深入分析，完美達到對反應容性設備的安全預警以及絕緣情況分析。其次，工作人員可以利用系統對避雷器電流泄漏的阻性分量進行數據信息采集與分析,從而積極判定避雷器自身絕緣情況，保證預警工作的順利開展。工作人員還可以對變電站環境空氣中的氧氣以及六氟化硫含量，從而可以精準分析在六氟化硫氣體在環境中的濃度是否符合相應標準，進而可以判斷高壓設備自身絕緣情況。變電站環境預警系統可以對變電站重要設備以及場所的外界工作環境，像明火煙霧、外界溫度、電纜溝是否進水、是否有動物闖入、是否有非工作人員闖入等情況實時進行監測，一旦有任何異常情況出現，系統可以立即報警并作出明確顯示，并利用現代技術進行數據信息上傳，保證信息的準確性與及時性。在變電站運行環境監測系統中，工作人員已經應用了技術十分嫻熟的無線通信以及傳感技術，完美的實現信號傳輸以及高壓隔離工作，并且運用其特有的抗電磁場干擾以及絕緣性能，可以直接從根源上解決變電站高壓開關柜之中無法準確監測觸點運行溫度的難題。工作人員可以在每一個高壓開關柜的刀閘以及觸頭上安裝系統，進而利用無線傳輸的方式將數據信息傳遞到集中器，完美實現遠程預警功效。工作人員還可以利用微處理與通信技術，積極應用國外先進的傳感器，利用接觸式測量的工作原理，對電纜運行過程中的溫度實時進行監測，此時系統可以利用棒圖、曲線、數值以及模擬圖等多種方式展現溫度的變化趨勢。最后，工作人員可以利用系統對變電站中蓄電池組充電以及輸出的電壓數值實時進行監測，從而可以制定不用員工值班的工作室。尤其可以解決通信機房沒有電源或者電源出現故障時產生的蓄電池受損問題，杜絕安全隱患存在，有效保障了工作站的安全。

4 監測系統的功能設計

4.1 主變油色譜在線監測設計

按照物聯網的運行方式，網格層與傳輸采集層相對應，應用層與數據應用層相對應，具體表現在因特網技術體系結構中，從因特網技術體系結構設計的角度看，因特網技術體系結構運行環境監控系統需要協調、合理輸入，優化商用數據庫，以確保系統的開放性和可持續、改進性，并可從目標上考慮應用軟件平臺的集成系統。該方法既考慮縱向、橫向集成的任務管理，又能優化系統網絡節點的良好運行環境。

4.2 安全設計

變電站容設備監測、環境監測預警和無線高壓測溫等方面進行統籌和合理設計，在變壓器指令安全監測設計中，應針對變壓器故障，根據監測反饋的運行異常的問題進行準確工位分析，根據具體原因采取針對性措施，加強變壓器絕緣安全預警功能。在變電站容設備監測中，應主動將智能控制與自動管理相結合，實現對變電站重要場所及等效電容的實時監測功能，保證了信號的安全傳輸，并在此基礎上結合傳統變電站設備高壓開關接頭工作溫度難以監測的特點，與無線高壓測溫技術相結合，實現了實時監測。

此外，為了進一步提高變電站運行環境監測系統的安全性，設計人員可以主動將GPRS網絡監測技術與物聯網結合起來，主要是利用物聯網技術的宏觀控制優勢，實現對變電站運行環境的動態監測與分析，如在采用傳感器網絡監測技術過程中，現場運營商可以利用 GPRS網絡監測技術，實現對設備運行溫度和運行圖像的監測與管理，利用 GPRS技術對設備的異常情況進行定位和分析，及時解決現場運行中的問題。

4.3 智能監控設計

該方案的設備包括：主變鐵芯、氧化鋅避雷器、主變油色譜單元、兼容高壓設備監測單元、金屬氧化鋅避雷器監測單元、變壓器鐵芯電流監測單元等，智能變電所各單元可分別配置，控制電纜可與設備主體相連，站內自動化系統可與設備相連，智能監控系統 IED安裝在智能控制柜上，考慮功能和成本因素，智能變電所可選擇中空智能控制柜與風機通風系統相結合，狀態監測系統后臺軟件可分層設計，實現實時數據采集、監測、分析、處理和存儲，體現了配置靈活、擴展性強、集中程度高的特點[2]。

4.4 智能循環設計

對設備工作溫度、壓力密度、雷擊泄漏電流的報警，其中感應網主要包括監控能力，通過軟件分析設計，實現功率提高的同時考慮到設備在高溫、高壓、強磁場環境中運行的需要，采用軟件分析設計方法，實現感應網的測控功能[3]。智能循環化管理實現對感應網絡監控中上傳數據的處理，將控制信號發送到感應網絡監控中，調整設備運行狀態，及時通知并記錄設備異常，將設備 GPRS信號保存到網絡數據庫服務器上，同時，當設備發生異常時，感應網絡監控中的智能監控系統就會發生異常，獲取變電站的數據。

運用圖像監控功能，對站場維修作業進行智能確認，還可以實現對監測作業的自動監測分析、工件對象確認、工件識別、工件流程識別、工件詳細信息收集、工件報表自動生成、智能監控自動完成說明。關于變壓器絕緣安全警告和設備兼容監測，通過對變壓器故障、油、套管、油、診斷器等進行連續監測，對變壓器的絕緣進行全其主要參數為中損角和等效電容器，用于評估兼容設備的絕緣質量，實現絕緣兼容、測量和安全警告，以及無線電監測和系統密集度、避雷器漏電、防雷組分檢查等。

5 結束語

總之，監測系統配套使用并普遍實施，實現對變電站設備的實時監控，極大地減輕監控員的工作量，發現并確定發電機組的位置，正確處理機組隱藏的危險，采集、收集、匯總、處理和監控各變電站設備的監控數據。物聯網技術的推廣應用，為我國變電站的運行提供了良好的技術保障。在設計應用過程中，設計者可以積極地結合物聯網技術的宏觀控制功能，監測、管理變電站的運行環境和運行狀況，在此基礎上，結合其自動化和智能控制功能，及時發現變電站設備的異常運行情況，及時反饋，防止內部隱患擴大；結合物聯網技術的智能診斷與分析功能，傳統的狀態監測技術已經從孤立狀態發展到交互式共享狀態，為我國電力生產的可持續發展提供了有力保障。