變電站輔助設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究

段育豐 牛鵬虎 崔郁林 李來晉 彭宇 倪莎

【摘 ?要】變電站作為電力系統(tǒng)的主要組成部分，在電能的接收和分配等方面發(fā)揮著重要作用。電力系統(tǒng)中，變電站輔助設(shè)備智能化監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建，可對(duì)變電站輔助設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，分析了智能電網(wǎng)中變電站輔助設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)的需求，提出了變電站輔助設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，研究了變電站輔助設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng);智能變電站;變電站輔助設(shè)備;智能監(jiān)控系統(tǒng)

引言

對(duì)于智能變電站來說，變電站的監(jiān)控系統(tǒng)是其中最為重要的組成部分之一。智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)融合了較為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、電力電子技術(shù)、通信技術(shù)等來實(shí)現(xiàn)變電站二次設(shè)備功能方面的合成。通過智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)的有效使用，可以對(duì)整個(gè)智能變電站的有效使用和后續(xù)檢修實(shí)施必要的監(jiān)控，對(duì)于完善智能變電站的功能具有非常重要的作用。另外，通過監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)對(duì)智能變電站實(shí)施調(diào)試以及維護(hù)，能夠有效提升電能質(zhì)量，從而優(yōu)化社會(huì)生產(chǎn)生活用電質(zhì)量。

1智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)的重要性

隨著現(xiàn)代技術(shù)的快速發(fā)展，智能變電站的應(yīng)用范圍逐漸廣泛，所影響到的電力工程和電力企業(yè)越來越多，因此智能變電站的有效設(shè)置和正常使用對(duì)于進(jìn)一步推動(dòng)電網(wǎng)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有非常重要的作用。特別是近些年來人們對(duì)于電能的使用要求不斷增加，這些都推動(dòng)了電力建設(shè)的發(fā)展。一般情況下，智能變電站設(shè)置的環(huán)境相對(duì)較為復(fù)雜，并且需要滿足多樣化的使用需要，因此要加強(qiáng)智能變電站的有效監(jiān)控，以此來及時(shí)發(fā)現(xiàn)智能變電站中可能出現(xiàn)的問題，能夠更加有針對(duì)性的分析問題產(chǎn)生的原因并提出解決措施，從而防止問題發(fā)生。智能變電站應(yīng)用在較為復(fù)雜的環(huán)境當(dāng)中，在具體工作中比較容易發(fā)生某些故障，所以為了確保智能變電站的正常應(yīng)用，國(guó)家相關(guān)部門以及電力企業(yè)提出了將智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試以及驗(yàn)收直接組網(wǎng)的方式，此種方式能夠有效縮短工作時(shí)間，提升效率。另外，此種方式也可以有效提升監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試以及驗(yàn)收的效率以及準(zhǔn)確性，能夠?yàn)殡娋W(wǎng)的正常使用提供基礎(chǔ)保障。

2智能變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

一般情況下，智能變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括站控層、間隔層以及過程層。整個(gè)變電站要建立起站控層網(wǎng)絡(luò)、過程層網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行物理隔離。不同層設(shè)備之間主要是利用站控層網(wǎng)絡(luò)以及過程層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，主要采取光纖直跳的方式進(jìn)行出口保護(hù)。

（1）對(duì)于站控層網(wǎng)絡(luò)來說，主要包括主機(jī)兼操作員站、遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置、網(wǎng)絡(luò)通信記錄分析系統(tǒng)等幾部分，這些部分可以實(shí)現(xiàn)站內(nèi)的人機(jī)聯(lián)系，能夠?qū)﹂g隔層、過程層設(shè)備實(shí)施管理控制，能夠和調(diào)度通信中心以及集控站實(shí)施通信。

（2）對(duì)于間隔層來說，主要包括多個(gè)二次子系統(tǒng)，如果站控層網(wǎng)絡(luò)失去作用的情況下還是可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備的監(jiān)控。

（3）對(duì)于過程層來說，主要包括電子式互感器、合并器、智能單元等等，能夠形成冗余性的goose網(wǎng)絡(luò)。通過goose網(wǎng)絡(luò)實(shí)施過程層控制指令以及智能單元采集信息的傳輸，能夠完成實(shí)時(shí)運(yùn)行電氣量的采集、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、控制命令執(zhí)行等等。

3變電站輔助設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)研究

3.1變電站輔助設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

變電站輔助設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需采用自動(dòng)化技術(shù)和智能化技術(shù)來提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行安全性和可靠性，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控功能來實(shí)現(xiàn)變電站監(jiān)控系統(tǒng)采集信息的準(zhǔn)確性和完整性。變電站輔助設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站照明子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)及環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和管理，并實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)和管理。監(jiān)控系統(tǒng)中，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站物理設(shè)備在空間地理位置不同的情況下的分布在線控制。

通過照明子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)及環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)采集相應(yīng)數(shù)據(jù)信息，然后通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的傳感器實(shí)時(shí)上傳相關(guān)數(shù)據(jù)，并執(zhí)行相應(yīng)指令操作。網(wǎng)絡(luò)層主要是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信控制，實(shí)現(xiàn)感知層和本地監(jiān)控系統(tǒng)之間的信息交換，向感知層的設(shè)備下發(fā)控制命令，并通過串口把收集的數(shù)據(jù)上傳到本地監(jiān)控主機(jī)。變電站環(huán)境比較特殊，所以要選擇科學(xué)合理的無線通信方式，以保證通信鏈路的安全性和可靠性。監(jiān)控系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程控制主機(jī)采用C/S的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)多對(duì)多的遠(yuǎn)程控制功能。應(yīng)用層主要是為用戶提供接口，并完成監(jiān)測(cè)和管理功能;可記錄系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，完成操作人員發(fā)出的指令，并控制感知層設(shè)備，進(jìn)而提高整個(gè)變電站的智能化水平和自動(dòng)化水平。應(yīng)用層通過鏈路數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)人員權(quán)限的管理等功能。變電站輔助設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)變電站運(yùn)行環(huán)境的監(jiān)測(cè)和管理，提高了智能變電站的智能化水平和信息化水平。

3.2變電站輔助設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可通過無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)變電站運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并通過控制主機(jī)發(fā)出的指令對(duì)照明設(shè)備、門禁設(shè)備及環(huán)境參數(shù)進(jìn)行控制。智能照明系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)把無線通信模塊加入到照明控制開關(guān)內(nèi)，通過無線功能接收發(fā)出的控制命令，并上傳照明設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，微處理器通過I/O接口發(fā)出控制命令實(shí)現(xiàn)照明控制。照明設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)由無線接收模塊、CC2230微處理器模塊芯片、LED電路及蜂鳴器等組成。智能門禁中的電磁鎖硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括對(duì)主控制模塊、CC2230芯片模塊及無線接發(fā)模塊等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。無線模塊接收到開門控制命令，同時(shí)微處理器SPI接口會(huì)觸發(fā)中斷命令，實(shí)現(xiàn)電路的驅(qū)動(dòng)繼電器操作，對(duì)電磁鎖進(jìn)行控制，進(jìn)而打開電磁鎖。本地監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)門禁信息的存儲(chǔ)，并把門禁信息發(fā)送到遠(yuǎn)程主機(jī)。環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊硬件設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)采用ZigBee技術(shù)的裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用RF射頻的通信方式;針對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量較小不能同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)信息的情況，可采用CC2230芯片模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度數(shù)據(jù)信息的周期采樣;通過單線數(shù)據(jù)串口把數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)紺2300芯片模塊，并對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行調(diào)制，然后通過無線通信方式傳輸?shù)街悄芸刂颇K，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)和控制。

結(jié)語

智能變電站的安全性和可靠性是保證整個(gè)智能電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。本文研究和設(shè)計(jì)了變電站輔助設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)，提高了智能變電站的智能化水平和自動(dòng)化水平，保證了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬 雁，王 非，呂紅亮.220kV智能變電站實(shí)訓(xùn)基地工程設(shè)計(jì)問題探討[J].電力與能源，2018，（4）：43-46.

[2]薛志成，張 虎，方丙濤，等.智能化變電站輔助系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)合的未來發(fā)展方向[J].黑龍江科技信息，2017，（18）：66-75.

[3]石 震，謝連科，鐘 偉，等.CC1101無線通信模塊的智能開關(guān)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2015，15（7）：68-71.

[4]高峰.變電站監(jiān)控信息接入自動(dòng)驗(yàn)收方法研究[J].電子設(shè)計(jì)工程，2018（11）：15-17.

[5]趙曉亮.智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試驗(yàn)收探討[J].通訊世界，2018（08）：18-19.

[6]段飛霞，趙利華.智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)安全操作技術(shù)分析[J].科技風(fēng)，2018（11）：88-91.

[7]陳華禮.箱式變電站設(shè)計(jì)應(yīng)用與注意事項(xiàng)淺析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（29）：103-105.

[8]劉娜，李平.110kV無人值守變電站設(shè)計(jì)一次設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2016（17）：74.

[9]馬云.淺談適合35kV的智能化變電站設(shè)計(jì)方案探討[J].無線互聯(lián)科技，2016（10）：119-120.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)晉城供電公司）