楊翠萍， 陶福貴， 陳幫鵬

（張家口職業(yè)技術(shù)學院，河北張家口 075000）

電能，作為現(xiàn)代生活不能缺少的能源，是人類社會發(fā)展的基礎(chǔ)之一。變電站作為電能中轉(zhuǎn)場所，其運行狀態(tài)是電力系統(tǒng)提高運行可靠性的重點。因此，實現(xiàn)變電站的監(jiān)控管理是現(xiàn)代電力發(fā)展的必然趨勢。

變電站監(jiān)控的主要功能是利用計算機技術(shù)，對變電站的二次設(shè)備（包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等）進行功能組合和優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)對變電站的主要設(shè)備和輸配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和電氣保護，以及調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。而隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，各變電站、所都有了可靠的通訊網(wǎng)絡(luò)，這使遠程監(jiān)控成為可能。

變電站的遠程監(jiān)控是利用遠程網(wǎng)絡(luò)，對各變電站的有關(guān)數(shù)據(jù)、參量、圖像進行采集，并將采集后的數(shù)據(jù)進行編碼后傳送到電力調(diào)度中心，進行存儲和管理。同時，遠程監(jiān)控中心通過對這些數(shù)據(jù)的分析，掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)有效的監(jiān)控。電力遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實施為實現(xiàn)變電站的無人值守提供了可能性，從而為推動電力網(wǎng)的管理逐步向自動化、綜合化、集中化、智能化方向發(fā)展提供有力的技術(shù)保障。

無人值守變電站由運行值班人員固定在當?shù)孛刻爝M行日常監(jiān)測和對變電站設(shè)備進行維護，改變?yōu)樽冸娬镜倪\行和調(diào)度由監(jiān)控中心遠程來完成。順應(yīng)了電力行業(yè)科學技術(shù)的發(fā)展方向，是一種新的變電站運行方式。

本文設(shè)計了基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)無人值守的變電站計算機監(jiān)測系統(tǒng)，滿足了變電站自動化系統(tǒng)的遠程監(jiān)控要求。

1 無人值守變電站電氣設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)主要功能分析

無人值守變電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)涉及多個研究領(lǐng)域，包括計算機通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、人工智能技術(shù)等，是現(xiàn)代科技在電力系統(tǒng)綜合應(yīng)用的體現(xiàn)，并已發(fā)展成為一個相對獨立的電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[1]。

無人值守變電站主要通過現(xiàn)場在線監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)、電網(wǎng)的運行參數(shù)，并將這些監(jiān)測數(shù)據(jù)及時上傳至中央監(jiān)控中心，使中央監(jiān)控中心能及時、準確地獲取變電站運行和管理信息，隨時掌握變電站的實時運行狀態(tài)，及時實現(xiàn)能源的合理調(diào)度。同時運用自行檢測與診斷系統(tǒng)，在發(fā)現(xiàn)設(shè)備或裝置出現(xiàn)異常情況后，立刻啟動報警裝置并閉鎖端口，避免事故擴大，同時啟動事故模塊，對事故點進行采樣、決策、判斷、隔離及消除，以減小設(shè)備故障對系統(tǒng)的影響。

根據(jù)以上分析，本監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能如下：

（1）數(shù)據(jù)采集：電力設(shè)備的運行數(shù)據(jù)主要包含兩類：一類為電壓、電流、溫度、濕度等模擬量；另一類為現(xiàn)場報警信息等開關(guān)量。這兩類數(shù)據(jù)都需要通過數(shù)據(jù)采集模塊將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心。

（2）運行狀態(tài)監(jiān)控：對變電站的運行工況與設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)控，當設(shè)備發(fā)生故障時，監(jiān)控主機可以憑借計算機的多媒體功能實現(xiàn)聲光報警功能。同時還可以將事故信息進行打印記錄和存儲。

（3）事件記錄：中央監(jiān)控中心設(shè)置相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，將對應(yīng)的運行參數(shù)功能記錄下來，重點是記錄刀閘開合記錄和故障時間類型記錄。

（4）遠程控制操作：中央監(jiān)控中心將變電站里各種電氣設(shè)備的運行參數(shù)與數(shù)據(jù)庫里的標準數(shù)據(jù)進行對比分析，根據(jù)實際情況對斷路器，隔離開關(guān)的開合進行遠程操作。

當前無人值班變電站的綜合自動化系統(tǒng)主要包括“四遙”（遙測、遙調(diào)、遙信、遙控）監(jiān)控。但是，只具備這四項功能還不足以實現(xiàn)對電氣設(shè)備的有效監(jiān)控。本文在“四遙”的基礎(chǔ)上，又增加了對視頻信號和音頻信號的遠程監(jiān)控功能，以便通過現(xiàn)場的圖像信息及設(shè)備運行的聲音信息更加準確地判斷和分析事故的原因，有利于及時發(fā)現(xiàn)、處理現(xiàn)場故障。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

變電站監(jiān)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要包含下位機硬件部分、通訊層硬件部分及上位機硬件部分。

變電站監(jiān)控系統(tǒng)下位機的硬件部分主要是數(shù)據(jù)采集設(shè)備。這些設(shè)備的主要任務(wù)是將現(xiàn)場的電壓、電流、有功、無功、頻率、電能等參數(shù)、各個開關(guān)狀態(tài)、音頻信號、視頻信號等內(nèi)容送入單片機，由單片機進行信號處理后，向上位機傳送。

變電站監(jiān)控系統(tǒng)的底層主要完成的是物理層采取何種方式進行數(shù)據(jù)的采集和傳輸?，F(xiàn)在的變電站通信大多是通過有線網(wǎng)絡(luò)進行信號的采集、傳輸和發(fā)送，主要的方式有RS232、RS485、CAN總線等方式。但是，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，變電站的設(shè)備繁多，信號復雜，利用有線網(wǎng)絡(luò)的通信傳輸方式存在綜合布線難、工程量大、成本高、維護困難等問題。因此不太適合目前變電站的通信要求。本設(shè)計采用了基于ZIgBee無線自組網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)變電站監(jiān)測系統(tǒng)。

ZigBee是一種無線連接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國流行)3個頻段上，分別具有最高250、20和40 kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10～75m的范圍內(nèi)，但可以繼續(xù)增加。作為一種無線通信技術(shù)，具有低功耗、成本低、時延短、網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠、安全、經(jīng)濟等特點，非常適合工業(yè)現(xiàn)場自動化控制的數(shù)據(jù)傳輸[2]。

采集層收集的數(shù)據(jù)向上傳送至數(shù)據(jù)融合中心。數(shù)據(jù)融合中心起到兩個作用：第一是對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行初步的處理，并對緊急故障進行及時的反饋；第二是把數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的通信模塊與公共通信網(wǎng)相連，將數(shù)據(jù)傳送至遠程監(jiān)控中心。

變電站監(jiān)控系統(tǒng)上位機的硬件部分主要是監(jiān)控中心，內(nèi)設(shè)數(shù)據(jù)庫及相應(yīng)的監(jiān)控控制軟件。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件部分采用模塊化開發(fā)方法，采用的開發(fā)工具采用VC++，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2005。應(yīng)用軟件包括通訊模塊、參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)采集與處理、報警處理、查詢打印、負荷曲線、實時顯示、生成報表等部分。具體軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心后，軟件部分負責處理這些數(shù)據(jù)的具體含義，并對這些信號所包括的信息做出對應(yīng)的動作，從而實現(xiàn)變電站設(shè)備的有效監(jiān)控。

4 總結(jié)

本文設(shè)計了基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的無人值守變電站計算機監(jiān)測系統(tǒng)，該設(shè)計滿足了變電站自動化系統(tǒng)的遠程監(jiān)控要求，具有良好的系統(tǒng)實時性、安全性和靈活性。

無人值守變電站電氣設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)屬于智能電網(wǎng)建設(shè)的一部分，本設(shè)計可以豐富無人值守變電站的在線監(jiān)測技術(shù)和狀態(tài)檢修技術(shù)，可以有效地提高變電站的運行效率。而將無人值守變電站與無線通信技術(shù)配合使用，對提高設(shè)備的運行可靠性，減小設(shè)備的運行維護成本，延長設(shè)備使用壽命，有著重要的現(xiàn)實意義。

[1]張鑫．無人值班變電站電氣設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)[D]．長沙：長沙理工大學，2012：6-7.

[2]高慶敏，和歡，石瑞杰．基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)在變電站監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．華北水利水電學院學報，2010（2）：54-55.