110 kV變電站一體化監控系統研究

許洎筠

（福州維思電力勘察設計有限公司，福建福州 350109）

0 引言

110 kV變電站作為電網中的重要節點，承擔著電能傳輸和配送的關鍵任務，其能否穩定運行直接影響整個電力系統的穩定性。為保證110 kV變電站穩定運行，需要采取必要的監控、管理措施，及時識別與解決其潛在問題。但傳統的變電站監控系統存在數據孤立、信息不共享等問題，限制了運維人員對設備狀態的及時監測和處理[1]。為推動變電站的智能化、自動化和信息化發展，提高供電設施的可靠性、安全性和經濟性，有必要對110 kV變電站一體化監控系統進行深入研究。因此，本文從系統設計角度，對110 kV變電站一體化監控系統進行研究，旨在集成各個子系統的監控數據，實現數據的共享與聯動，提高供電設施的運行質量。

1 110 kV變電站一體化監控系統的提出

隨著電網規模的擴大和技術的進步，變電站作為電能傳輸和配送的重要環節，其穩定運行和可靠性變得尤為關鍵。傳統的110 kV變電站監控系統通常由多個獨立的子系統組成，例如電氣監控、環境監測、安防監控等[2]。這些子系統通常采用獨立的硬件設備和軟件平臺，數據信息孤立，導致監控信息無法集成和共享，管理和維護成本較高，同時也存在安全風險和響應效率低下的問題。為突破傳統監控系統的局限性，提高變電站的管理水平和運行效率，110 kV變電站一體化監控系統被提出。該系統利用現代信息技術、物聯網、云計算等先進技術手段，實現變電站內部各個子系統之間的數據交互、信息共享和協同工作。通過將各個子系統的監控數據和信號集成到一個統一的平臺上，實現對變電站設備狀態、環境參數、安全風險等的實時監測和分析，提高故障診斷和處理的效率，減少人為操作失誤。總體而言，110 kV變電站一體化監控系統的提出背景是推動變電站的智能化、自動化和信息化發展，提高供電設施的可靠性、安全性和經濟性，通過實現集成管理和綜合監控，及時捕捉異常情況并采取相應措施，提前預警和防止潛在故障發生，確保電網運行的穩定性和連續性。

2 110 kV變電站一體化監控系統設計

2.1 功能設計

110 kV變電站一體化監控系統是用于對變電站進行實時監測和管理的系統，能夠集成多種監控設備和傳感器，以獲取變電站各個方面的數據，并提供實時的狀態監測、告警和操作控制功能[3]。在實際運行中，110 kV變電站一體化監控系統可以擴展多種特色服務類型，如智慧用可視化系統等。結合110 kV變電站實際運行需求，設計110 kV變電站一體化監控系統功能具體如下：

第一，遠程監控與控制。操作人員可以通過網絡連接訪問變電站的實時數據和狀態，并進行遠程操作控制。

第二，可視化界面。以圖形化方式展示變電站狀態和參數，通過聲音、短信、郵件等方式及時通知相關人員發生的告警事件。

第三，故障診斷與告警處理。根據實時數據和歷史記錄，輔助運維人員快速定位故障原因，提供相應的維修和保養指導；及時檢測并報警處理發生的異常情況，如過載、短路、漏電等[4]；通過設定合理的閾值和告警規則，確保及時采取措施以避免潛在風險。

第四，數據分析。對采集到的數據進行統計、趨勢分析和故障診斷，為運維人員提供決策依據。同時，系統應能夠生成報表和圖表，以便于數據的展示和管理。

第五，可拓展功能。滿足變電站區域內其他分布式能源等接入需求，滿足配電網及其他設備接入需求，為能效分析評估及設備運維提供支持服務等。

第六，數據采集。實時監測變電站各個部分的狀態和參數，如電流、電壓、溫度、濕度等。通過傳感器和監測設備采集數據，并確保數據的準確性和可靠性。

2.2 系統架構設計

基于上述功能設計分析，確定一體化監控系統采用三層式架構，具體如圖1所示。

圖1 一體化監控系統架構

本文設計的一體化監控系統架構中，間隔層裝置采用了IEC 61850標準，能夠與監控機等進行實時通信。同時，采用就地安裝的方式安裝智能終端開關場，以實現開關燈信號的及時反饋。另外，為有效傳輸變電站內IED之間的實時信號，系統應用了GOOSE傳輸機制。

3 110 kV變電站一體化監控系統實現方案

3.1 系統架構實現基礎設置

110 kV變電站一體化監控系統通過監控系統、分布式網絡結構、規約設計，將各系統模塊融合為一，實現了各模塊的精準接入、數據共享、專業融合、能源轉換、信息交互等[5]。同時，110 kV變電站一體化監控系統的實現以融合網絡為基礎，以數據的深度挖掘與整合為核心，以信息的安全傳輸為保障，為變電站運行效益最大化奠定了堅實基礎。基于變電站運行需求分析，將監控主機與相關服務器安裝在變電站二次設備室內。

3.2 安全分區

110 kV變電站對監控系統可靠性、實時性的要求較高，為保證系統安全可靠，變電站與光伏電站等數據獨立，對110 kV變電站一體化監控系統進行安全分區設計，具體如下：

第一，安全分區1。該區內配置的設備包括保護裝置、測控裝置。其中，監控平臺的防火墻可以與安全分區2中的監控平臺通信，形成安全數據互聯與共享，提升系統安全性。

第二，安全分區2。該區內配置網絡安全監測裝置、故障濾波器、一體化電源等。同時將監控系統的接口設置為標準接口，與站控層網絡進行聯通，實現數據信息互聯與共享[6]。

第三，安全分區3。該區內配置視頻系統、在線監測系統等，并將數據模塊、通信基站模塊接口設置為標準接口，與本區內的網絡進行聯通，實現各系統界面共享、數據信息共享。

3.3 配置方案

本研究設計的110 kV變電站一體化監控系統采用集中式配置方案。

站控層中，配置數據服務器、應用服務器等設備，為實現數據采集與共享奠定基礎。同時，在站控層中設置工作站、遠動工作站等，以支持分布式結構。另外，在站控層內設置集成中心、控制中心等，保證系統外部多元化設備能夠接入系統。

間隔層中，配置測控裝置、保護測控裝置、安全監測裝置、視頻系統等，確保在線監測、輔助設備有效運行與應用。

過程層中，配置站內合并單元、智能終端等，使系統能夠全面收集相關數據信息，并提供測量保護機制。需要指出的是，在系統實際運行中，保護裝置所需的合并單元采樣密度≥80點/周波，導致合并單元報文的網絡流量巨大，對交換機提出了較高要求[7]。交換機配置具體如下文3.6所示。

3.4 網絡通信

本研究設計的系統中，站控層采用可擴展性、開放性良好的以太網組網，以滿足系統擴展的相關要求。同時，采用DL/T 860規約，提升站控層的抗干擾能力及系統的可靠性；采用IEC 61850 MMS協議，實現了變電站內調度自動化等信息數據的遠程傳輸。特別需要指出的是，在本研究系統設計中，采用模塊化設計方式，技術人員可以根據系統的實際應用場景對系統進行配置。

3.5 數據控制流

數據控制流是一個循環過程，不斷地進行數據采集、傳輸、存儲、處理、展示和指令傳遞，以保持對變電站運行狀態的持續監控和管理[8]。本研究設計的系統中，數據控制流包括儲能控制流、充電控制流、變電站控制流等，可以根據分區網絡接入數據控制流，以保證控制命令的傳輸具有高效性。同時，經過處理和分析的數據可以通過可視化工具展示給操作人員和管理人員，以直觀地查看變電站的運行狀態、設備健康狀況、報警信息等，便于及時做出決策和采取相應措施。另外，基于對數據的分析和判斷，系統可以生成相應的控制指令，并通過通信網絡將指令傳輸到變電站內部的執行設備。這些指令可用于調節設備參數、啟動或停止設備，以實現對變電站運行的控制和調度。

3.6 交換機配置

本研究系統設計遵循了集成化、分布式的組網原則，即各子站分別配置間隔交換機采集間隔信息。當交換機接收到報文后，可以從中獲取信息來源地址，并將地址添加到地址列表中，建立對應關系。通過分析地址列表中是否存在地址的其他端口，判斷報文的保留和丟棄。在系統運行過程中，交換機會周期性地向各端口發送查詢報文，若端口中的報文繼續保存在地址列表中，則對報文進行應答，并保存相應報文；若端口中的報文不繼續保存在地址列表中，則不響應查詢報文[9]。另外，在系統運行中，若交換機超時未收到查詢報文的應答，則在地址列表中將對應的端口、地址信息刪除。除此之外，基于大數據鏈分析及未來能源互聯網數據量分析，在系統的站控層配置千兆以上的交換機。

4 結束語

綜上所述，為推動變電站自動化、信息化發展，提升變電站供電設備運行可靠性，本文提出了110 kV變電站一體化監控系統，通過整合各子系統，實現數據共享、遠程監控，提高變電站運行效率與可靠性。整體而言，本研究設計的系統具有兼容性，適用于多種環境、運行需求條件下的變電站監控實踐。但在未來發展中，該系統仍面臨技術難題，且需要深化拓展系統功能，以進一步推動變電站一體化監控系統在電力領域的應用和發展。