基于海迅實時數(shù)據(jù)庫的變電站設(shè)備溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)

趙 俊，孔 鳴

（德清縣供電局，浙江 德清 313200）

變電站是電力系統(tǒng)的重要節(jié)點，變電站設(shè)備的正常運(yùn)行，直接關(guān)系到整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。近年來，電網(wǎng)負(fù)荷的急劇增加，變電站設(shè)備過載發(fā)熱現(xiàn)象頻發(fā)，甚至出現(xiàn)設(shè)備燒毀的事故，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。設(shè)備從發(fā)熱到燒毀有一個量變的發(fā)展過程。因此，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的發(fā)熱缺陷，是避免發(fā)生過熱燒毀的關(guān)鍵。

1 系統(tǒng)設(shè)計要求

1.1 設(shè)備測溫現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)中常采用粘貼測溫蠟片、使用紅外熱像儀等方式進(jìn)行設(shè)備測溫，這些方式簡單、方便，但也存在一些不足。如：采用測溫蠟片和紅外線熱像儀，精度太低，實時性太差；封閉式35 kV、10 kV開關(guān)柜在變電站中大量運(yùn)用，但開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備不易巡視、測溫困難，無法及時發(fā)現(xiàn)發(fā)熱隱患；常規(guī)定期開展紅外測溫，同一設(shè)備沒有形成較為連續(xù)的溫度歷史記錄，不能進(jìn)行設(shè)備發(fā)熱趨勢分析。

隨著輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修、設(shè)備全壽命周期管理工作的開展，運(yùn)行設(shè)備信息的采集量越來越大，要求越來越高，工作量和人工成本很大。

因此有必要開發(fā)更準(zhǔn)確、覆蓋面更廣、更容易監(jiān)測及管理的變電站設(shè)備溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)行變電站設(shè)備測溫工作。通過技術(shù)手段將現(xiàn)場設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)采集到遠(yuǎn)方監(jiān)測后臺進(jìn)行發(fā)布，實現(xiàn)設(shè)備溫度的實時在線監(jiān)測及分析、預(yù)警等高級應(yīng)用，以便運(yùn)行人員及時掌握現(xiàn)場設(shè)備的溫度狀態(tài)。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)架

變電站自動化、無線通信、網(wǎng)絡(luò)通信、在線監(jiān)測等成熟技術(shù)手段的應(yīng)用，為變電站設(shè)備溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的建立奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，系統(tǒng)總體架構(gòu)見圖1。要實現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)想，要解決數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲和發(fā)布這3個問題。

變電站運(yùn)行設(shè)備均帶有高電壓，周圍存在很強(qiáng)的電磁場，在數(shù)據(jù)采集時需考慮電磁場對溫度傳感器數(shù)據(jù)的干擾因素。變電站運(yùn)行設(shè)備必須保持良好的絕緣，溫度傳感器安裝以后應(yīng)對運(yùn)行設(shè)備絕緣無影響。

數(shù)據(jù)的傳輸從底層現(xiàn)場設(shè)備到頂層遠(yuǎn)方監(jiān)測，需要通過多個規(guī)約及鏈路，因此，在設(shè)計中要充分考慮一個易于使用的方案，便于數(shù)據(jù)在交換和存儲過程中的統(tǒng)一管理，這實際上是一個信息的整合過程。另外，變電站開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備處于一個封閉的環(huán)境內(nèi)，設(shè)備溫度數(shù)據(jù)采集應(yīng)能突破開關(guān)柜體的封鎖。

系統(tǒng)從底層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，到數(shù)據(jù)庫的管理，以及數(shù)據(jù)模型的建立和應(yīng)用，都應(yīng)采用目前IT界公認(rèn)的主流技術(shù)，以便于數(shù)據(jù)的儲存及發(fā)布和實現(xiàn)信息資源共享。服務(wù)器應(yīng)有較大的容量，能夠儲存海量歷史數(shù)據(jù)。系統(tǒng)不僅要滿足設(shè)備的溫度實時監(jiān)測功能，更應(yīng)該考慮溫度預(yù)警及數(shù)據(jù)分析功能，同時兼顧系統(tǒng)推廣應(yīng)用的擴(kuò)展性。

2 系統(tǒng)技術(shù)方案

2.1 數(shù)據(jù)采集

WSN（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）是由許多集傳感與驅(qū)動控制、計算、通信能力于一身的嵌入式節(jié)點。通過無線方式互連起來的網(wǎng)絡(luò)，廣泛運(yùn)用于設(shè)施安全、環(huán)境監(jiān)控、工業(yè)應(yīng)用、交通控制等。在系統(tǒng)的建設(shè)中，采用成熟的無線傳感器溫度采集裝置，將溫度傳感器直接安裝于現(xiàn)場設(shè)備上，傳感器采用直接接觸式測溫，應(yīng)有良好的抗電磁干擾性能。同時對傳感器的尺寸及發(fā)射天線進(jìn)行了優(yōu)化，以滿足設(shè)備絕緣要求。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸

設(shè)備溫度數(shù)據(jù)從溫度采集器傳輸?shù)阶冸娬径藬?shù)據(jù)處理器，再上傳至遠(yuǎn)方服務(wù)器。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用2.4 GHz高頻數(shù)字無線技術(shù)，將溫度傳感器與無線接收基站整合在一起。無線傳輸?shù)姆绞酵黄屏朔忾]式開關(guān)柜的封鎖，將采集到的現(xiàn)場設(shè)備溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線接收基站，再通過RS485點對點傳送至站端監(jiān)測系統(tǒng)。

無線接收基站在有效接收范圍內(nèi)能同時容納300個以上無線溫度傳感器信號，通過擴(kuò)展配置，一套監(jiān)測系統(tǒng)可同時對N臺現(xiàn)場無線接收基站的所有溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實施采集及分析。變電站端數(shù)據(jù)處理器通過現(xiàn)有變電站的光纖通信網(wǎng)絡(luò)，使用TCP/IP協(xié)議上將數(shù)據(jù)傳至遠(yuǎn)方服務(wù)器，在應(yīng)用軟件中實時讀取服務(wù)器儲存的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.3 數(shù)據(jù)儲存及發(fā)布

采用海迅實時數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存和發(fā)布。海迅實時數(shù)據(jù)庫是國網(wǎng)電科院瑞中數(shù)據(jù)有限公司擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大型通用基礎(chǔ)軟件，是進(jìn)行海量實時信息處理的專業(yè)平臺，可靈活設(shè)計企業(yè)級海量信息處理解決方案，實現(xiàn)數(shù)據(jù)儲存及發(fā)布。

數(shù)據(jù)庫采用混合壓縮技術(shù)，實現(xiàn)海量實時數(shù)據(jù)的自動采集、歷史數(shù)據(jù)的壓縮存儲功能，能夠在線存儲數(shù)十萬甚至上百萬采集點數(shù)年的歷史數(shù)據(jù)；采用分布式的體系架構(gòu)，可運(yùn)行于不同的操作系統(tǒng)平臺；強(qiáng)大的軟件編輯功能及友好的操作界面，可以便于設(shè)計適用的變電站設(shè)備溫度在線監(jiān)測軟件，實現(xiàn)對設(shè)備溫度的在線監(jiān)測、顯示、查詢和故障報警等相關(guān)功能。

3 系統(tǒng)的界面與功能

3.1 監(jiān)測主界面

監(jiān)測主界面打開后如圖2所示，可以同時對多個變電站進(jìn)行設(shè)備溫度異常監(jiān)測。主界面具有強(qiáng)大的動態(tài)異常告警功能，變電站按鈕下方有3個狀態(tài)燈，實時監(jiān)測各變電站溫度數(shù)據(jù)的異常情況。當(dāng)所有狀態(tài)燈為綠色時，表示各變電站溫度數(shù)據(jù)正常，無異常發(fā)熱設(shè)備。從左往右看，若第1個燈變紅色，表示該變電站有一個溫度監(jiān)測點數(shù)了大于60℃，第2個燈變紅表示有兩個溫度監(jiān)測點數(shù)據(jù)大于60℃，第3個燈變紅表示有一個溫度監(jiān)測點數(shù)據(jù)大于90℃。

3.2 自動彈窗告警

點擊主界面變電站按鈕進(jìn)入變電站界面后，系統(tǒng)自動彈出溫度數(shù)據(jù)異常告警窗，如圖3所示。顯示異常數(shù)據(jù)的時間、數(shù)值、及具體設(shè)備位置，便于運(yùn)行人員對溫度異常的設(shè)備快速定位，進(jìn)行后續(xù)處理。

圖3 自動彈窗告警界面

告警設(shè)置了2個判據(jù)，一個是“數(shù)據(jù)為0℃”，此判據(jù)對溫度監(jiān)測點的傳感器進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)傳感器損壞時會發(fā)0℃數(shù)據(jù)；另一個判據(jù)是 “數(shù)據(jù)大于60℃”，設(shè)備發(fā)熱達(dá)到一般缺陷的規(guī)定。

程序?qū)Ｑ笖?shù)據(jù)庫存儲中的各項溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行定時掃描，每5 min讀取一次所有溫度監(jiān)測點的溫度數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)異常，立即彈出告警窗口進(jìn)行提示。當(dāng)溫度數(shù)據(jù)均正常時不彈出窗口，影響運(yùn)行人員的操作。

3.3 實時數(shù)據(jù)監(jiān)測

點擊主界面變電站按鈕可進(jìn)入變電站界面，如圖4所示。變電站界面以變電站電氣接線圖為基礎(chǔ)，實時顯示各設(shè)備溫度監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，界面簡單、清晰，并且與變電站監(jiān)控系統(tǒng)界面類似，便于運(yùn)行人員快速熟悉和掌握。

圖4 實時數(shù)據(jù)監(jiān)測界面

3.4 子單元監(jiān)測

在變電站界面上點擊設(shè)備名稱按鈕，可以進(jìn)入子單元監(jiān)測界面，如圖5所示。設(shè)備子單元監(jiān)測畫面將某個設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)顯示，同時配有設(shè)備外形圖，設(shè)備溫度探頭所監(jiān)視的部位一目了然，便于在溫度異常時指導(dǎo)檢修人員進(jìn)行準(zhǔn)確定位處理。

圖5 子單元監(jiān)測界面

3.5 數(shù)據(jù)集中顯示

點擊變電站界面“溫度瀏覽表”按鈕，可以進(jìn)入數(shù)據(jù)集中顯示界面，如圖6所示。將所有設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)按照設(shè)備分類，用列表的方式集中顯示，可以從全局上掌握設(shè)備的溫度信息，還可以進(jìn)行同類設(shè)備溫度數(shù)據(jù)的縱、橫向比較，便于對設(shè)備的發(fā)熱情況進(jìn)行綜合判斷。

圖6 數(shù)據(jù)集中顯示界面

溫度數(shù)據(jù)右邊配置有柱狀圖，它的顏色狀態(tài)與溫度實時數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。正常情況下柱狀圖顯示為綠色，溫度監(jiān)測點數(shù)據(jù)大于60℃時，柱狀圖會變紅色閃爍，便于運(yùn)行人員快速定位到故障設(shè)備。

3.6 歷史數(shù)據(jù)曲線

每一個溫度數(shù)據(jù)均配有一幅曲線圖，將每個設(shè)備三相溫度數(shù)據(jù)放在同一幅曲線圖上，如圖7所示。不同相的溫度曲線用不同的顏色，以便于觀察及區(qū)分。歷史數(shù)據(jù)的查詢提供了靈活的時間段選取方式，默認(rèn)顯示當(dāng)前時間往回一天的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

圖7 歷史數(shù)據(jù)曲線展示界面

可以通過指定起始和結(jié)束時間來自定義時間段顯示歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)曲線圖非常直觀的展示了某一被監(jiān)測設(shè)備的溫度變化歷史，便于對設(shè)備發(fā)熱情況進(jìn)行綜合分析及發(fā)熱趨勢的預(yù)判。

3.7 歷史告警記錄查詢

點擊變電站界面“報警瀏覽”按鈕，可以調(diào)出歷史告警記錄查詢界面，如圖8所示。該界面按時間排序，記錄了所有設(shè)備歷史溫度數(shù)據(jù)異常告警事件，顯示告警事件發(fā)生的設(shè)備部位和異常溫度值，便于了解設(shè)備的溫度異常情況，為后續(xù)的檢修決策提供參考。

圖8 歷史告警記錄查詢界面

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果

德清縣供電局結(jié)合110 kV五龍變電站的基建施工，安裝了設(shè)備溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)。在變電站開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備、主變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電容器、低壓大電流電纜等設(shè)備上安裝無線溫度傳感器（共239個節(jié)點），通過以太網(wǎng)將所有溫度數(shù)據(jù)實時上送到遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)庫，利用海迅系統(tǒng)軟件實現(xiàn)了設(shè)備溫度的實時顯示、統(tǒng)計分析、趨勢圖、歷史數(shù)據(jù)查詢、智能預(yù)警等功能。

系統(tǒng)的應(yīng)用為德清縣供電局變電站設(shè)備溫度監(jiān)控和管理提供了統(tǒng)一的平臺，通過該平臺能實現(xiàn)多個變電站運(yùn)行設(shè)備溫度信息的統(tǒng)一管理；采用了新的測溫手段，有效改變了設(shè)備溫度檢測的落后管理方式；解決目前無法對變電站封閉式35 kV與10 kV開關(guān)柜進(jìn)行柜內(nèi)設(shè)備測溫的問題；同時，對設(shè)備的溫度進(jìn)行實時在線監(jiān)測，省去了人工巡檢，減輕運(yùn)行、檢修人員測溫工作強(qiáng)度，提高工作效率。

另外，系統(tǒng)的溫度異常自動預(yù)警功能，可以提示運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行及時處理，設(shè)備發(fā)熱后可以迅速定位故障點，從而避免設(shè)備發(fā)熱缺陷擴(kuò)散引發(fā)的設(shè)備燒損事故，大大節(jié)省設(shè)備的維修費(fèi)用和故障的直接、間接損失，提高了供電可靠性，并贏得社會滿意度的提升。

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