智能變電站在線監(jiān)測(cè)整合系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

章有權(quán)

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司東曲礦，山西 古交 030024）

引言

在我國(guó)電力設(shè)備的檢測(cè)系統(tǒng)中，智能變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)變電設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控，通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析可以實(shí)現(xiàn)變電站潛在故障的預(yù)判，并發(fā)出預(yù)警。傳統(tǒng)變電站的檢修模式是定期人工檢修同時(shí)結(jié)合故障檢修的方式，這種檢修模式需要大量的人工投入，同時(shí)存在不確定性，不能滿足現(xiàn)代電力發(fā)展的需求。隨著現(xiàn)代電力應(yīng)用需求的不斷增多，為了滿足現(xiàn)代電力應(yīng)用需要，針對(duì)電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐漸興起，對(duì)于維護(hù)智能變電站系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)保障。

1 智能變電站系統(tǒng)需求分析

智能變電站所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是對(duì)系統(tǒng)中一次設(shè)備狀態(tài)的反映。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前，需要制定標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)依據(jù)，根據(jù)制定的依據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的過濾，當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)不滿足設(shè)計(jì)依據(jù)的時(shí)候，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行舍棄，并進(jìn)行連續(xù)采集，從而保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。在數(shù)據(jù)采集過程中，一些數(shù)據(jù)無法直接采集得到實(shí)際值，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波、處理、分析計(jì)算得出，因此，需要設(shè)定初級(jí)分析過程，從而保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。在設(shè)計(jì)過程需要保證系統(tǒng)的靈活性以及可擴(kuò)展性，從而便于日后數(shù)據(jù)的過濾以及數(shù)據(jù)刪減操作。

2 軟件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)層次設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的在線監(jiān)測(cè)整合系統(tǒng)是對(duì)某智能變電站原系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中主要依據(jù)簡(jiǎn)潔、高效為原則，通過對(duì)原系統(tǒng)復(fù)雜的操作過程以及多層環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能。通過整合主IED 以及子IED 功能，實(shí)現(xiàn)原系統(tǒng)功能。如圖1 所示為本文設(shè)計(jì)的智能變電站在線監(jiān)測(cè)整合系統(tǒng)層次圖[1-2]。

圖1 智能變電站在線監(jiān)測(cè)整合系統(tǒng)層次圖

通過圖中層次分布可以看出，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了，最大程度地簡(jiǎn)化了操作層次以及所需要的設(shè)備數(shù)量，使數(shù)據(jù)傳輸過程更加簡(jiǎn)單，使系統(tǒng)可能出現(xiàn)故障的關(guān)鍵點(diǎn)減少，從而增加了系統(tǒng)穩(wěn)定性。按照為統(tǒng)一通信標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)通信程序，從而使得數(shù)的接收、發(fā)送過程更利于管理，同時(shí)方便日后故障的排查工作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的操作層次較少，可以有效縮短通信總線以及電纜的長(zhǎng)度，這對(duì)于成本的降低以及控制系統(tǒng)電磁兼容性能具有很好的保證作用。

2.2 軟件系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

1）設(shè)備狀態(tài)管理模塊。在設(shè)備狀態(tài)管理模塊中，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站主線路以及系統(tǒng)絕緣性能報(bào)警兩個(gè)部分。其中，系統(tǒng)主線路包括主接線圖、避雷器絕緣參數(shù)、CVT 絕緣狀態(tài)參數(shù)以及主變壓器鐵芯絕緣性能四部分[3]。

2）設(shè)備數(shù)據(jù)管理模塊。在設(shè)備數(shù)據(jù)管理模塊中，主要實(shí)現(xiàn)功能包括數(shù)據(jù)報(bào)表管理、曲線查詢、歷史記錄三個(gè)，另外每一個(gè)部分的功能可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢、數(shù)據(jù)打印以及數(shù)據(jù)清除功能。

3）設(shè)備配置管理模塊。在設(shè)備配置管理模塊中，主要是對(duì)系統(tǒng)新增設(shè)備或者系統(tǒng)刪除設(shè)備進(jìn)行管理。

4）系統(tǒng)管理模塊。系統(tǒng)管理模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)登錄進(jìn)行管理，主要實(shí)現(xiàn)用戶賬號(hào)密碼管理、變電站名稱設(shè)定、系統(tǒng)參數(shù)查詢、調(diào)試數(shù)據(jù)清除功能。其中賬號(hào)密碼管理主要是實(shí)現(xiàn)增減用戶、用戶權(quán)限設(shè)定、登錄系統(tǒng)進(jìn)行管理。在登錄系統(tǒng)子模塊中，需要用戶利用已有的用戶名及密碼完成登錄。

5）系統(tǒng)維護(hù)管理模塊。在系統(tǒng)維護(hù)管理模塊中，需要用戶登錄系統(tǒng)，通過查看系統(tǒng)幫助選項(xiàng)，對(duì)不同類型的故障進(jìn)行清障方式查看，通過提供的清障指導(dǎo)對(duì)常見的故障進(jìn)行解決，方便系統(tǒng)的日常維護(hù)工作。

6）系統(tǒng)調(diào)試管理模塊。系統(tǒng)調(diào)試管理模塊主要完成對(duì)整個(gè)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試，包括對(duì)系統(tǒng)通信功能、掃描設(shè)備、系統(tǒng)參數(shù)配置以及運(yùn)行測(cè)試進(jìn)行調(diào)試。通信測(cè)試過程中，需要完成基本的通信參數(shù)，通過通信調(diào)試軟件完成與系統(tǒng)的通信測(cè)試。

3 智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能模塊功能的實(shí)現(xiàn)

3.1.1 數(shù)據(jù)采集模塊

系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊主要是對(duì)智能變電站設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)同時(shí)利用特定的通信協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到智能變電站的中心機(jī)房，數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理以及數(shù)據(jù)的集中，數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理之后將數(shù)發(fā)送到不同的地方中心機(jī)房，之后對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。通過對(duì)不同電力設(shè)備數(shù)據(jù)的分析處理，對(duì)于分析處理的數(shù)據(jù)類型需要滿足市面上使用的大多數(shù)設(shè)備的數(shù)據(jù)類型，從而保證數(shù)據(jù)的兼容性，同時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊需要預(yù)留足夠的數(shù)據(jù)通信結(jié)構(gòu)，從而便于日后進(jìn)行功能擴(kuò)展，滿足不同電力設(shè)備的應(yīng)用需求，為系統(tǒng)升級(jí)提供基礎(chǔ)保障。

3.1.2 報(bào)警功能模塊

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)報(bào)警功能模塊是實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)功能的重要部分，通過對(duì)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)定報(bào)警閾值，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)定的報(bào)警閾值進(jìn)行比較，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)大于設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，同時(shí)將當(dāng)前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到智能變電站管理工作站，提供給管理人員進(jìn)行判斷處理。當(dāng)判斷出具體的故障點(diǎn)后，如果故障需要人工排除，則發(fā)送相應(yīng)的檢修指令以及具體故障位置，專業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)故障處理。

3.2 變電站數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的變電站在線監(jiān)測(cè)整合系統(tǒng)核心部分是數(shù)據(jù)庫(kù)程序，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)將大量數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，并可以進(jìn)行實(shí)時(shí)查閱，從而方便工作人員管理。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)整合系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)，滿足變電站3～5 a 內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，本文在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)采用了一款主流數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，在實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力調(diào)度需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理。本文在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)主要的功能包括數(shù)據(jù)增減、查詢、存儲(chǔ)。同時(shí)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前眾多的數(shù)據(jù)平臺(tái)良好兼容，可以實(shí)現(xiàn)編程功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，同時(shí)該軟件能夠保證系統(tǒng)的安全性能，保證數(shù)據(jù)不被泄露[4]。如圖2 所示為設(shè)計(jì)的組織人員邏輯模型。

圖2 組織人員邏輯模型設(shè)計(jì)

4 系統(tǒng)功能測(cè)試

系統(tǒng)功能測(cè)試內(nèi)容包括設(shè)備接線圖管理以及設(shè)備絕緣狀態(tài)管理，其中設(shè)備接線圖管理測(cè)試需要保證系統(tǒng)能夠正確的顯示全部電氣設(shè)備運(yùn)行接線狀況，而設(shè)備絕緣狀態(tài)管理需要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)所有設(shè)備的當(dāng)前絕緣狀況進(jìn)行顯示，并判斷是否進(jìn)行報(bào)警。

4.1 測(cè)試環(huán)境

測(cè)試環(huán)境包括設(shè)計(jì)的綜合監(jiān)測(cè)單元、站端模擬器、可以實(shí)現(xiàn)Modbus 從站功能的PC 端軟件，以及本文設(shè)計(jì)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而形成一套綜合測(cè)試環(huán)境。

4.2 測(cè)試過程

通過對(duì)本文設(shè)計(jì)軟件的主要功能進(jìn)行測(cè)試，完成了包括設(shè)備狀態(tài)管理測(cè)試、設(shè)備數(shù)據(jù)管理測(cè)試、設(shè)備配置管理測(cè)試、系統(tǒng)管理測(cè)試、系統(tǒng)調(diào)試管理測(cè)試在內(nèi)的全部測(cè)試內(nèi)容，其中變壓器鐵心絕緣參數(shù)顯示參數(shù)如圖3 所示，測(cè)試的結(jié)果表明本課題的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)符合預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

圖3 鐵心絕緣參數(shù)

1）確定了在線監(jiān)測(cè)綜合系統(tǒng)軟件的總體方案，制定了系統(tǒng)層次圖，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的主要功能。

2）分別利用以及開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)了對(duì)智能變電站在線監(jiān)測(cè)整合系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，并根據(jù)設(shè)計(jì)需要完成了功能測(cè)試。