輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

崔健 李雨萌

摘要：輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)輸變電設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行檢修管理、提升輸變電專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行管理精益化水平的重要技術(shù)手段。系統(tǒng)通過(guò)各種傳感器技術(shù)、廣域通信技術(shù)和信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)各類(lèi)輸變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知、監(jiān)視預(yù)警、分析診斷和評(píng)估預(yù)測(cè)。其建設(shè)和推廣工作對(duì)提升電網(wǎng)智能化水平、實(shí)現(xiàn)輸變電設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行管理具有積極而深遠(yuǎn)的意義。

關(guān)鍵詞：輸變電設(shè)備；設(shè)備狀態(tài)；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

引言：

輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)和部署應(yīng)用，規(guī)范了各類(lèi)輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的接入，提升了我國(guó)電網(wǎng)的智能化水平，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息的統(tǒng)一管理和多元應(yīng)用，為建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)提供有力支撐。系統(tǒng)的進(jìn)一步建設(shè)和深化應(yīng)用，將會(huì)更大程度地提高我國(guó)電網(wǎng)的可靠性和狀態(tài)運(yùn)行管理水平。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了促進(jìn)智能電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的發(fā)展.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須考慮到技術(shù)的先進(jìn)性、標(biāo)準(zhǔn)性、統(tǒng)一性。同時(shí)兼容已有的針對(duì)某種重要電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接入，保障電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低建設(shè)成本。

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)依托PMS（電力生產(chǎn)管理系統(tǒng)）進(jìn)行，是PMS的重要組成部分。建立統(tǒng)一的狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息技術(shù)框架，統(tǒng)籌考慮輸電線路和變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息的處理及未來(lái)發(fā)展需要。各類(lèi)輸電線路和變電設(shè)備的各類(lèi)狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行抽象化處理，進(jìn)而建立面向準(zhǔn)實(shí)時(shí)連續(xù)型數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、傳輸、存儲(chǔ)和綜合加工處理的統(tǒng)一技術(shù)框架，然后在具備條件的情況下逐步實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用功能。支持輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分階段建設(shè)，滿(mǎn)足系統(tǒng)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展需要。適度靠前接入各類(lèi)狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可擴(kuò)展的狀態(tài)信息接入規(guī)范層，同時(shí)提高所接入狀態(tài)信息的“濃縮性”和“直接可用性”，以此規(guī)范各類(lèi)輸變電設(shè)備狀態(tài)信息的接入，靈活適應(yīng)智能電網(wǎng)傳感器技術(shù)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)的發(fā)展變化需要。通過(guò)增強(qiáng)前端智能化程度和后端處理分析能力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中間接入和存儲(chǔ)環(huán)節(jié)的輕量化和簡(jiǎn)約化，方便上層應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)的使用。并最大限度保障整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性和穩(wěn)定性。通過(guò)在原有系統(tǒng)的較上層處理環(huán)節(jié)接入狀態(tài)信息。以最小代價(jià)維持各網(wǎng)省現(xiàn)有系統(tǒng)的運(yùn)行，確保上層穩(wěn)定，下層適配。目前電力公司PMS系統(tǒng)中，狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷等相應(yīng)模塊已經(jīng)存在，但是唯一不足在于缺少狀態(tài)監(jiān)測(cè)原生數(shù)據(jù)，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)下層可以根據(jù)需要配置相應(yīng)的監(jiān)測(cè)功能，經(jīng)處理后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)送入PMS系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分層分布式.這種分層設(shè)計(jì)可支持系統(tǒng)內(nèi)各層在獨(dú)自范圍內(nèi)遵照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相對(duì)獨(dú)立地并行發(fā)展。系統(tǒng)分層體系的建立有利于推動(dòng)公司輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的持續(xù)改進(jìn)和發(fā)展，使得各層技術(shù)更新的相互影響最小化。該系統(tǒng)分為3層：主站層、監(jiān)測(cè)層、傳感網(wǎng)絡(luò)層。傳感網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息的獲取，將各種電氣量或非電氣量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式上送監(jiān)測(cè)層；監(jiān)測(cè)層在獲取監(jiān)測(cè)信息后，各子IED進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行狀態(tài)測(cè)量，同時(shí)子IED上送主IED，進(jìn)行綜合狀態(tài)分析，并周期上送信息至監(jiān)測(cè)子站；全站的監(jiān)測(cè)信息經(jīng)主IED處理后，集中在監(jiān)測(cè)子站，并根據(jù)業(yè)務(wù)要求，通過(guò)電力信息網(wǎng)上送監(jiān)測(cè)主站。

2 主站層模塊設(shè)計(jì)

在整個(gè)系統(tǒng)中，狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息已經(jīng)成為輸變電設(shè)備諸多信息中的關(guān)鍵點(diǎn)，屬于輸變電設(shè)備的一個(gè)信息層，因此，在主站層模塊設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)人員還需要綜合考慮設(shè)備臺(tái)賬信息、故障信息等多方面因素的影響，最終構(gòu)建一個(gè)完整的輸變電設(shè)備全方位監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)，以更好的滿(mǎn)足設(shè)備日常管理的要求。本次研究中，主站層模塊是由整個(gè)系統(tǒng)提供一個(gè)分布式應(yīng)用開(kāi)發(fā)與運(yùn)行環(huán)境，并在統(tǒng)一平臺(tái)的基礎(chǔ)上，通過(guò)高度融合、集成處理等方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的監(jiān)測(cè)，確保能在最大程度上復(fù)用PMS優(yōu)化各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源。同時(shí)，數(shù)據(jù)平臺(tái)能有效將上層應(yīng)用與底層系統(tǒng)相隔離，并建立與之相適應(yīng)的系算計(jì)體系結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)。例如，本文所研究的監(jiān)測(cè)主站層模塊的綜合展現(xiàn)發(fā)布，主要包括設(shè)備管理、狀態(tài)診斷與評(píng)價(jià)、設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、檢修決策等內(nèi)容?？傮w而言，主站層模塊設(shè)計(jì)需要盡可能滿(mǎn)足系統(tǒng)全面評(píng)估的要求。最后，分布式應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境可以為系統(tǒng)運(yùn)行提供一個(gè)統(tǒng)一的、可擴(kuò)散的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，使傳統(tǒng)、單一的系統(tǒng)可編程轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N系統(tǒng)的可編程。因此，在主站層模塊設(shè)計(jì)以及開(kāi)發(fā)應(yīng)用過(guò)程中，可以單一的依靠分布式應(yīng)用開(kāi)發(fā)與運(yùn)行環(huán)境所提供的服務(wù)與編程接口，這種開(kāi)發(fā)模式，不僅有助于進(jìn)一步提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率，也能強(qiáng)化應(yīng)用代碼的統(tǒng)一性，使整個(gè)系統(tǒng)的可維護(hù)性、開(kāi)放性得到進(jìn)一步的優(yōu)化。

3 監(jiān)測(cè)層模塊設(shè)計(jì)

變電監(jiān)測(cè)層模塊的主要功能，就是針對(duì)不同監(jiān)測(cè)模塊對(duì)象，形成相應(yīng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、局放監(jiān)測(cè)、變壓器綜合監(jiān)測(cè)等。在具體操作中，每個(gè)子系統(tǒng)都存在子lED與主IED，并根據(jù)既定的要求完成相應(yīng)的監(jiān)測(cè)功能。該系統(tǒng)能針對(duì)性地獲取電子設(shè)備狀態(tài)信息資料，包括電容量、系統(tǒng)電壓、開(kāi)關(guān)量等，并構(gòu)建基于本系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)網(wǎng)，其整體結(jié)構(gòu)，同時(shí)，由于在變電站內(nèi)的一個(gè)間隔中存在多臺(tái)監(jiān)測(cè)子IED，而這些IED會(huì)通過(guò)過(guò)程總線完成與監(jiān)測(cè)主IED通信，而多臺(tái)監(jiān)測(cè)主監(jiān)測(cè)子站實(shí)現(xiàn)基層。在具體操作中，監(jiān)測(cè)子站主要圍繞不同的單一因素完成監(jiān)測(cè)，并依靠智能控制，獲取設(shè)備狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)資料；而監(jiān)測(cè)主IED則會(huì)在獲取各個(gè)子IED數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)資料的綜合業(yè)務(wù)分析，使其能完成數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、管理、備份、發(fā)布等功能?？傮w而言，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要通過(guò)經(jīng)濟(jì)、可靠的接入組網(wǎng)技術(shù)，強(qiáng)化系統(tǒng)整體運(yùn)行質(zhì)量。主IED負(fù)責(zé)獲取各種監(jiān)測(cè)IED的統(tǒng)一格式信息，并統(tǒng)計(jì)各種狀態(tài)評(píng)估結(jié)構(gòu)資料，對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行綜合分析。在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，系統(tǒng)會(huì)獲取輕量級(jí)評(píng)估結(jié)構(gòu)信息，并分別按照故障模式、故障部件、故障發(fā)生時(shí)間等資料，將相關(guān)數(shù)據(jù)反饋到子站上，其中，評(píng)估故障幾率每增加2%，則會(huì)主動(dòng)提交1次報(bào)文。

4 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)IED自身的防護(hù)，狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)保證系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、密鑰信息、證書(shū)、應(yīng)用程序等的完整性、機(jī)密性，監(jiān)測(cè)裝置關(guān)鍵器件的完整性、可靠性以及用戶(hù)身份的真實(shí)性。監(jiān)測(cè)IED通過(guò)近距離無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，應(yīng)采用國(guó)家密碼管理局認(rèn)可的硬件安全模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的加解密。狀態(tài)監(jiān)測(cè)子站若通過(guò)GPRS等無(wú)線公網(wǎng)接入信息網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)按照國(guó)家電網(wǎng)公司《安全接入平臺(tái)規(guī)范》部署安全接入平臺(tái)，以及在狀態(tài)監(jiān)測(cè)子站部署安全通信模塊進(jìn)行防護(hù)。對(duì)采用無(wú)線技術(shù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感裝置、安全通信模塊應(yīng)實(shí)現(xiàn)鏈路的安全。狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置和監(jiān)測(cè)子站、主站采用專(zhuān)用安全模塊或加密機(jī)，并采用經(jīng)過(guò)國(guó)家密碼管理局批準(zhǔn)的加密方式、密碼算法和密鑰管理技術(shù)來(lái)增強(qiáng)安全保障。

結(jié)束語(yǔ)：

總體而言，輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，相關(guān)人員在工作中，需要正確認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體要求，并立足于模塊化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，不斷優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以保證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能滿(mǎn)足輸變電設(shè)備綜合管理的要求，以更好滿(mǎn)足電力企業(yè)的管理要求，為全面提高電力企業(yè)設(shè)備管理質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

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