智能化配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)設計

廣州正航電力工程有限公司 劉正長

在響應國家推行的5G 網(wǎng)絡技術、“雙碳”新能源特點和政策的基礎上，實現(xiàn)配電變壓器更智能、更節(jié)能、更安全運行的目標，利用監(jiān)控系統(tǒng)的設計，能夠感知設備運行狀態(tài)，從而建立智能化配電變壓器實時性監(jiān)控模式，就能更好地完成數(shù)據(jù)的匯總和分析，提高數(shù)據(jù)管理的可靠性。傳統(tǒng)的監(jiān)測軟件存在功能單一且整體結構應用效率不足的問題，而配合監(jiān)控軟件的智能化控制系統(tǒng)能最大程度上實現(xiàn)編程語言的模塊化處理，保證工程化設計的規(guī)范性和科學性[1]。

1 智能化配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)設計方案

本文以智能化配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)設計項目為研究對象，匹配相應的監(jiān)控軟件系統(tǒng)模式，能實現(xiàn)現(xiàn)有管理系統(tǒng)和配電變壓器的信息交互，提升數(shù)據(jù)分析的準確性和科學性。

1.1 整體架構

在完成智能化配變監(jiān)控系統(tǒng)設計工作前，要明確系統(tǒng)應用設計的意義，并結合整體設計方案的規(guī)范要求開展相關設計工作，設定標準化的框架體系，從而豐富整體設計內容，結合配變監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求，整體架構主要分為配變監(jiān)控中心、通信網(wǎng)絡和配變監(jiān)控終端（圖1）。

圖1 架構示意圖

配變監(jiān)控終端。作為整個系統(tǒng)的關鍵組成部分之一，一般安裝在配變設備的固定位置，利用配變運行的實時性電壓參數(shù)、電流參數(shù)、油溫控制參數(shù)等就能建立有效的數(shù)據(jù)分析模式，并匯總基礎數(shù)據(jù)，將其作為后續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)具體功能開展的基礎依據(jù)，并借助通信網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)長傳、到達配變監(jiān)控中心。

通信網(wǎng)絡。利用計算機網(wǎng)絡和GPRS 技術就能實時性分析數(shù)據(jù)信息，搭建VPN 專網(wǎng)模式，借助專網(wǎng)信息富集和信息管理的手段完成信息的匯總，并了解信息的關鍵詞和關聯(lián)性，在此基礎上有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密、身份認證等具體工作，確保能發(fā)揮技術信息數(shù)據(jù)的優(yōu)勢作用，從而一定程度上實現(xiàn)數(shù)據(jù)闡述的安全性和保密性要求[2]。

數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。終端模式中配變監(jiān)控中心包括監(jiān)控主機、數(shù)據(jù)庫服務器及通信管理機等基礎內容，不僅能為系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互提供保障，還能更好地完成配變基礎檔案信息的管理工作。配變監(jiān)控終端能搭建綜合分析模式，建立數(shù)據(jù)運行機制的同時了解配變實時性運行狀態(tài)，配合故障預警模塊就能減少安全隱患問題。

1.2 方案設計目標

對變壓器自電源側配電設備與負荷側配電設備運行情況的監(jiān)測、配電房內的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進行交換，將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?shù)胶笈_（監(jiān)控中心、調度中心等）完成分析，做到狀態(tài)環(huán)境可視化、預判預警、階段性自主調整負荷容量的合理分配降低損耗，狀態(tài)信息推送等系統(tǒng)性設計。進而使配電變壓器在安全、性能、能效、環(huán)保低碳等方面做到綠色運行。

1.3 配變監(jiān)控終端

在配變監(jiān)控終端中，電壓互感器、電流互感器和油溫互感器是關鍵的數(shù)據(jù)收集匯總元件，借助對應的設備就能建立實時性信息的處理和數(shù)據(jù)的綜合控制，以便于監(jiān)控終端能落實相應的工作內容，維持運行的合理性，并且配合信號采集調理、擴展功能模塊處理、開入開出模塊處理等基本工序后，就能實時性匯總在CPU 主控芯片中。為更好地獲取配變系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)，還可對油溫傳感器、油氣體含量測試、局部信號測試等模塊升級，按照擴展功能模塊處理的基本工序，保證信號接入的合理性和科學性[3]。如，實時性監(jiān)督管理配變開關狀態(tài)等開關量，此時要設計對應的處理模塊，提供人機交互友好的界面后，建立設計按鍵和顯示模塊，只需要落實具體操作就能及時了解并且掌控信息數(shù)據(jù)的變化情況。另外CPU 完成相關信息處理工序的同時，也要保證信息處理運算的規(guī)范性，維持模塊分析的科學效果。

CPU 總體程序設計。在上電啟動結束后，要依據(jù)基礎需求利用硬件和RT-Thread 系統(tǒng)初始化操作，就能實時性完成系統(tǒng)的開發(fā)應用，創(chuàng)建以用戶需求為主導任務的優(yōu)先級處理模式，保證任務處理的及時性和科學性。主要包括電壓電流數(shù)據(jù)采集任務、GPRS 數(shù)據(jù)通信任務、開入開出任務、油溫等數(shù)據(jù)模塊采集任務、自檢任務、LCD 任務等，確保相關操作模式的初始化和運行狀態(tài)流暢切換。最關鍵的是，借助常量處理、變量處理以及結構體軟件編程處理等方式保證啟動對應項目，并完成任務調度控制，最大程度上提高整體運行效率。

CPU 主控芯片處理運算。在CPU 主控芯片獲取相關數(shù)據(jù)信息后就要配合運算處理，借助GPRS通信模塊完成數(shù)據(jù)傳輸，保證監(jiān)控中心能及時獲取合理有效的數(shù)據(jù)內容。CPU 主控芯片還能實現(xiàn)電源模塊和調試接口的應用控制工作，維持整體人機交互界面的友好性，保證相關顯示模塊都能開展相應工作[4]。

1.4 配變監(jiān)控中心主機

對于智能化配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的研究，要從實時性數(shù)據(jù)分析和處理等功能入手，保證系統(tǒng)設計控制的合理性，才能更好地維持主機應用效果。監(jiān)控中心的主要任務是對配變運行狀態(tài)數(shù)據(jù)予以收集和處理，并建立完整地分析模式，從而最終展示。

智能配變監(jiān)控中心主機結構中GPRS 技術是獲取終端上傳數(shù)據(jù)的關鍵技術，利用中間數(shù)據(jù)庫就能維持相關數(shù)據(jù)匯總的實時性和規(guī)范性，為后續(xù)相關工作的落實提供支持。

配變監(jiān)控中心主機分為兩個基礎過程：數(shù)據(jù)獲取。利用生產管理系統(tǒng)和營銷業(yè)務應用系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)的匯總控制模式，并配合配變終端、通信管理機和數(shù)據(jù)庫搭建完整的數(shù)據(jù)運行管控單元，保證數(shù)據(jù)分析的及時性和規(guī)范性。同時還能應用數(shù)據(jù)服務器，保證數(shù)據(jù)匯總后得以應用在對應工作模塊內；數(shù)據(jù)處理分析展示單元。智能配變監(jiān)控主站系統(tǒng)在獲取數(shù)據(jù)庫信息后，就能形成配變信息檔案維護單元、配變運行狀態(tài)監(jiān)控單元等，依據(jù)相關內容為指定智能化預警決策提供支持，打造完整地人機交互界面。需注意的是，人機交互能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的展示和打印報表服務，要匹配實際情況完成用戶權限的設置，保證數(shù)據(jù)管理的安全性和規(guī)范性[5]。

目前大多數(shù)供電公司會借助生產管理系統(tǒng)對配變型號、配變容量及對應的地理位置等基礎信息參數(shù)予以校對分析，以實現(xiàn)實時性維護管理的目標，并要整合186系統(tǒng)完成配變關口表計處理工作和關口倍率分析工作，維持信息維護的實效性。盡管配變監(jiān)控中心主機中生產管理系統(tǒng)和186系統(tǒng)能建立數(shù)據(jù)貫通處理模式，但現(xiàn)場配變更換容量的情況時有發(fā)生，會影響實時性同步的效果，此時要對系統(tǒng)進行配變信息的再次審核對比，依據(jù)現(xiàn)場情況完成信息維護處理工作，減少信號內容和執(zhí)行指令延遲造成的影響。

配變監(jiān)控中心主機設計體系中，還要配合GPRS 系統(tǒng)進行配變監(jiān)控終端信息數(shù)據(jù)的實時性管理，一般每15min 完成一次運行數(shù)據(jù)的上傳，配合計算分析就能獲取負載率、三相不平衡度以及電能質量等內容，對比標準指標信息評估其運行狀態(tài)。智能化技術支持下的監(jiān)控中心主機能對重過載問題、三相嚴重不平衡問題以及低電壓問題等予以預警，引導相關操作人員及時糾正設備運行中的問題，不僅能全面分析油氣體含量數(shù)值，還能對局放信號展開深度管理，最大程度上提高運行狀態(tài)診斷的可靠性，為落實科學狀態(tài)檢修方案提供保障。

1.5 系統(tǒng)仿真

為有效了解智能化配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)應用運行效果，要設置仿真測試模式，應用STM32F407開發(fā)板作為配變監(jiān)控終端，間隔15min 完成電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)的采集，并依托GPRS 技術將相關數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控主機，就能實時性完成數(shù)據(jù)的解析處理，界面展示后更好地完成設備監(jiān)管。測試結果顯示整體系統(tǒng)運行穩(wěn)定且流暢，數(shù)據(jù)傳輸管控效果滿足預期。

2 智能化配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢

智能化配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)將向著更加智能的方向發(fā)展，建立基于科學評估和監(jiān)控并行的應用平臺，從而滿足智能化模塊應用需求，在提高安全性的同時及時檢索和獲取相關數(shù)據(jù)，以維持配電變壓器應用效率。

2.1 智能配變監(jiān)測系統(tǒng)

主要是將系統(tǒng)安裝在變壓器智能終端和后臺管理系統(tǒng)上，能建立較為集中的分析模式，并配合相應的處理機制有效打造全面控制模塊，進一步完成變壓器參數(shù)智能化在線監(jiān)測工作，確保相關信息數(shù)據(jù)的實時性和規(guī)范性，維持良好的應用控制效果。

在傳統(tǒng)的管理體系中，電力系統(tǒng)變壓器管理控制工作一般是借助變壓器現(xiàn)場采集用戶電負荷數(shù)據(jù)的處理模式，這種應用方法不僅會增加安全隱患，也會增加工作難度和工作強度。要積極整合智能終端應用控制平臺的運行模式，將傳統(tǒng)的“設備+人”應用管理結構轉變?yōu)椤霸O備+信息+人”的聯(lián)動處理模式，充分發(fā)揮信息技術的作用和價值，減少人為操作、最大程度上規(guī)避操作失誤產生的安全隱患。在打造新型管理模式的同時，還能將運維模式向著智能化方向推進。智能化監(jiān)測系統(tǒng)的應用和運行，能最大程度上推動配變監(jiān)測向著配網(wǎng)監(jiān)測的升級，將傳統(tǒng)被動搶修轉變?yōu)橹鲃泳S護，為技術監(jiān)督管理打造更加規(guī)范的支持平臺。

2.2 變壓器振動在線監(jiān)測

對于變壓器而言，要想維持其智能化監(jiān)測水平，就要對監(jiān)測效能和監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)籌管理，積極推進變壓器振動在線監(jiān)測技術，更好地借助變壓器繞組故障模擬試驗分析和實際運行變壓器現(xiàn)場振動測試對比研究，全面分析相關情況，主要針對變壓器諧波比重參數(shù)、振動頻率成分復雜度等相關指標參數(shù)建立相應的分析機制，更好地評估變壓器的形變狀態(tài)和情況，以保證不停電檢測變壓器繞組故障處理方案能有序開展，更好地規(guī)避停電作業(yè)產生的經(jīng)濟損失和安全隱患。

如，我國已經(jīng)逐步開展電力變壓器振動在線監(jiān)測和故障分析系統(tǒng)的推廣工作，結合相關工作情況和具體參數(shù)要求，要對變壓器的差異化負載參數(shù)、溫度參數(shù)、投切情況以及短路沖擊振動等參數(shù)進行評估，并及時采集電流、溫度信號。只有實現(xiàn)被監(jiān)測變壓器狀態(tài)監(jiān)測和故障分析的并行化管理，才能提升在線分析的準確性和及時性，確保智能化配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)效能最優(yōu)化。

2.3 變壓器局放在線監(jiān)控

在智能化配電變壓器監(jiān)控管理工作中，不僅要落實科學規(guī)范的監(jiān)督機制，也要配合新型技術內容打造完整且合理的監(jiān)測管理平臺。與此同時要充分重視局部放電特性，其本身就是衡量變壓器絕緣系統(tǒng)質量的關鍵技術指標，針對110kV 以上的電力變壓器，要結合實際管理需求，在出廠試驗操作中進行局部放電測試分析。而在變壓器安裝完成后也要完成交接試驗評估，一旦油中含氣量超標就能憑借局部放電試驗予以校準和核實。從本質上說，局部放電測試是順利開展變壓器監(jiān)控的重要指標，并且實現(xiàn)雙傳感器定向耦合脈沖鑒別，能完成數(shù)字濾波、相位開窗、動態(tài)閾值等多樣化的抗干擾處理，減少和抑制干擾現(xiàn)象造成的影響，為系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行予以支持。

總而言之，智能化配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的應用和推廣具有重要的實踐意義，能在提升數(shù)據(jù)管理、使設備低碳高效運行的同時，為設備監(jiān)督和實時性健康運行控制提供保障，減少安全隱患問題，促進系統(tǒng)運行管理工作的全面進步，為電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展奠定堅實的技術基礎。