趙昱如，王琛佳

（國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司 安康供電公司，陜西 安康 725000）

變電站測(cè)控裝置狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

趙昱如，王琛佳

（國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司 安康供電公司，陜西 安康 725000）

文章以測(cè)控裝置普遍發(fā)生的故障現(xiàn)象為切入點(diǎn)，分析了測(cè)控裝置狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的難點(diǎn)和發(fā)展困境。最后根據(jù)這些問題，文章立足變電站測(cè)控裝置的有效運(yùn)維措施，展望未來測(cè)控裝置狀態(tài)監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)。

測(cè)控裝置；故障現(xiàn)象；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；技術(shù)措施

1 測(cè)控裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著變電站無人值班、遠(yuǎn)程監(jiān)控的大趨勢(shì)發(fā)展，無人值班變電站需要遠(yuǎn)方調(diào)度監(jiān)控人員實(shí)時(shí)對(duì)變電站運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視，時(shí)刻掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的預(yù)告、事故信息實(shí)時(shí)調(diào)整運(yùn)行方式，保證變電站安全運(yùn)行。在整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)節(jié)中，測(cè)控裝置主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)視變電站的線路間隔、變壓器間隔、全站的數(shù)據(jù)和信號(hào)采集以及控制斷路器、刀閘的分合，在變電站應(yīng)用數(shù)量非常之廣。

2 測(cè)控裝置的故障現(xiàn)象

2.1 CPU板件故障

CPU是整個(gè)測(cè)控裝置的大腦，負(fù)責(zé)調(diào)度測(cè)控裝置接受到的所有信息。CPU板件故障一般是由CPU的供電電源出現(xiàn)問題造成的，例如裝置運(yùn)行環(huán)境不穩(wěn)定，電壓過高或電壓過低都會(huì)導(dǎo)致插件損壞，同時(shí)加上元器件長(zhǎng)期運(yùn)行后容易老化，也會(huì)導(dǎo)致CPU插件的故障。

2.2 測(cè)量采樣板件故障

測(cè)量采樣板件的最常見故障是在長(zhǎng)期通過電壓電流的情況下，小型流互、壓互存在故障運(yùn)行的可能性，這樣測(cè)控裝置采集到的采樣值會(huì)失去準(zhǔn)確率。如果采樣硬件本身存在質(zhì)量問題，會(huì)使輸入的電壓或者電流短路，影響這個(gè)測(cè)控裝置的二次回路，容易造成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的遙測(cè)失衡。

2.3 遙信開入板件故障

開入板件是測(cè)控裝置采集外部開入的插件，主要負(fù)責(zé)采集常規(guī)變電站一次設(shè)備的遙信信號(hào)。遙信開入板件的工作原理是通過一個(gè)公共端輸出正電，然后通過電纜采集對(duì)應(yīng)端子上送的信號(hào)接點(diǎn)，再從其他裝置的硬接點(diǎn)引回具體的開入接點(diǎn)，當(dāng)其他裝置或者一次設(shè)備的某個(gè)信號(hào)實(shí)際動(dòng)作時(shí)接點(diǎn)會(huì)閉合，這時(shí)候正電就可以導(dǎo)通到對(duì)應(yīng)的開入接點(diǎn)，測(cè)控裝置便能采集到這個(gè)信號(hào)。這其中公共端和開入接點(diǎn)都是通過光耦隔離器供電的，如果它出現(xiàn)問題，就會(huì)影響信號(hào)量的采集。

2.4 通訊板件故障

通訊板件是提供測(cè)控裝置和站控層交換機(jī)通訊的插件，造成通訊板件故障的一個(gè)比較常見的原因是通訊板件里的網(wǎng)絡(luò)插口損壞。不同的通訊數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)插口接入到通訊插件中，如果網(wǎng)絡(luò)插口出現(xiàn)老化或者是損壞，就會(huì)影響測(cè)控裝置與外部的通訊通道的數(shù)據(jù)交換質(zhì)量。

2.5 電源板件故障

電源板件負(fù)責(zé)給測(cè)控裝置各個(gè)插件以及測(cè)控裝置自身供電。實(shí)際運(yùn)行中，直流電源存在電壓不穩(wěn)定情況時(shí)，電源插件的輸入電壓異常會(huì)影響電源插件功能，當(dāng)輸入電壓超過了額定電壓的范圍就會(huì)使電源插件的運(yùn)行處于異常狀況。還有一種情況就是電源板件內(nèi)部的元器件損壞，一是內(nèi)部短路，二是內(nèi)部灰塵累積多，都容易造成內(nèi)部短路，影響電源插件正常供電。

3 狀態(tài)監(jiān)測(cè)的技術(shù)需求

近幾年，通過多種多樣的虛擬仿真技術(shù)的研發(fā)，為測(cè)控裝置的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展提供了全新的方向。通過采用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)在我國(guó)也逐步得到了一定的研究，以清華大學(xué)、北京理工大學(xué)等大學(xué)校園為首的科研單位已經(jīng)開發(fā)出了一些虛擬監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且取得了良好的運(yùn)用效果。但隨著大容量、高電壓等級(jí)的電氣設(shè)備迅速增加，測(cè)控裝置所傳輸?shù)男畔⒁仓饾u增多，故障率顯著增高，使得狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的開發(fā)更加迫切。

在實(shí)際工作中，變電站運(yùn)維人員通常針對(duì)監(jiān)控人員反饋的現(xiàn)場(chǎng)告警信息，趕往變電站緊急處理操作，以保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠。由于工作環(huán)境的原因，變電站測(cè)控裝置一直處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，大多數(shù)設(shè)備在3～5年后極易出現(xiàn)故障，期間造成的遙測(cè)數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)更新、遙信狀態(tài)誤碼上傳、遙控遙調(diào)操作無法遠(yuǎn)程執(zhí)行等等問題都是需要耗費(fèi)人力物力去解決的。針對(duì)這種情況，變電站運(yùn)行操作人員雖然定期巡視檢查，但僅能依靠裝置信號(hào)燈來判斷測(cè)控裝置是否正常運(yùn)行，若發(fā)生裝置自判故障動(dòng)作且長(zhǎng)時(shí)間沒有復(fù)歸信息的情況，自動(dòng)化運(yùn)維人員必須趕往現(xiàn)場(chǎng)處理。因此為了降低變電站運(yùn)維人員巡視工作的難度，保證突發(fā)天氣狀況下?lián)屝奕藛T的出行安全，針對(duì)測(cè)控裝置的狀態(tài)監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。同時(shí)也保證了工業(yè)生產(chǎn)過程的正在運(yùn)行，而且大大提高了企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本，加強(qiáng)了企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

4 狀態(tài)監(jiān)測(cè)的技術(shù)難點(diǎn)和發(fā)展困境

由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，會(huì)面臨大量領(lǐng)域相關(guān)的開發(fā)需求。而傳統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)工具，如LABVIEW，MATLAB，Delphi等，其特色在于應(yīng)用層軟件開發(fā)，而在這些專業(yè)需求方面表現(xiàn)薄弱，開發(fā)起來較為困難，具體表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：（1）軟硬件結(jié)合方面：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中必須使用各種類型的測(cè)控儀器以獲得測(cè)控裝置的各種狀態(tài)信息，能夠?qū)⒏魍ㄐ乓?guī)約軟件與硬件本身較好的結(jié)合。（2）人機(jī)界面開發(fā)方面：設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中經(jīng)常要對(duì)測(cè)控裝置的各種信息進(jìn)行分析顯示，對(duì)測(cè)控儀器的操作管理而言也需要友好的人機(jī)界面。（3）專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)方面：設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，這就需要專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)的支持，應(yīng)盡量以最高效的算法實(shí)現(xiàn)開發(fā)功能。而傳統(tǒng)的開發(fā)工具在這3個(gè)方面都存在的薄弱環(huán)節(jié)，一般只提供最基本的開發(fā)能力，需要開發(fā)人員自己從最底層開發(fā)，對(duì)開發(fā)人員的軟件開發(fā)能力提出了苛刻的要求，使得大量的人力物力浪費(fèi)在這些開發(fā)環(huán)節(jié)上，不能把主要精力放在監(jiān)測(cè)監(jiān)控應(yīng)用方面，難以跟上需求的變化和發(fā)展。

到目前為止，國(guó)產(chǎn)的傳感器設(shè)備的生產(chǎn)和國(guó)內(nèi)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用情況基本落后于國(guó)外先進(jìn)水平。（1）很多基于變電站測(cè)控裝置的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)沒有發(fā)展起來。（2）一些狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在已經(jīng)具備規(guī)模的變電站軟環(huán)境和管理機(jī)制上不能適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展要求。這主要體現(xiàn)在：變電站現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)并沒有成為必要的部分，由于沒有實(shí)時(shí)狀態(tài)檢修，維修管理還是沿用過去的舊體制，運(yùn)行和設(shè)備管理維修脫節(jié)，沒有形成對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的需求，同時(shí)已有的狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備也沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。（3）現(xiàn)階段的變電站技術(shù)人員還沒有足夠的能力處理和分析狀態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，無論對(duì)測(cè)控裝置本身還是現(xiàn)有的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，人工進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)還是依然存在的。如果想要在國(guó)內(nèi)要推廣狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，除了要解決國(guó)產(chǎn)傳感器設(shè)備的生產(chǎn)和管理機(jī)制等問題外，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)也是必須解決的問題。

5 結(jié)語

結(jié)合當(dāng)前狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)中存在的問題，為測(cè)控裝置的狀態(tài)監(jiān)測(cè)這一方面的研究提供了新的思路。希望能夠在克服軟件開發(fā)過程中數(shù)據(jù)分析這塊的困難基礎(chǔ)上，將內(nèi)存管理與數(shù)據(jù)調(diào)用相結(jié)合，作到實(shí)時(shí)收集現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，獲取設(shè)備狀態(tài)信息的強(qiáng)大數(shù)據(jù)通信分析能力，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和交互，從而達(dá)到設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的目的。測(cè)控裝置的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研發(fā)刻不容緩，為彌補(bǔ)變電站測(cè)控裝置狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)這塊短板，解決現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員缺乏技術(shù)處理和分析數(shù)據(jù)能力，以及運(yùn)行和設(shè)備管理維修脫節(jié)的問題指明了方向。相比以往“守株待兔”的防守型策略，研究分析利用主動(dòng)出擊的方式，將安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)中。這樣針對(duì)測(cè)控裝置單獨(dú)研發(fā)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，在常規(guī)監(jiān)控的基礎(chǔ)上，又為電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行增添了雙保險(xiǎn)。

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Research on monitoring technology of monitoring and control device status in substation

Zhao Yuru, Wang Chenjia
（Ankang Power Supply Company of State Grid Electric Power Company of Shannxi Province, Ankang 725000, China）

Taking the common failure phenomena of the measurement and control device as the breakthrough point, this paper analyzes the technical difficulties and development dilemma in the status of monitoring and controlling the device status. Finally, according to these problems, based on the effective operation and maintenance measures of substation monitoring and control devices, the development trend of the state monitoring of the future measurement and control device is expected.

measurement and control device; fault phenomena; status monitoring; technical measures

趙昱如（1989— ），男，陜西安康，本科，助理工程師；研究方向：電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)維及二次檢修。