袁傲，洪曉燕，李佳鵬，姚天明

（嘉興恒創(chuàng)電力設計研究院有限公司，浙江嘉興314000）

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，智能電網(wǎng)發(fā)揮的作用越來越重要。智能變電站作為智能電網(wǎng)的核心，其發(fā)展能夠更加高效地為用戶提供電力資源[1-2]。因此，智能變電站成為智能電網(wǎng)發(fā)展研究的重點內容之一。

智能變電系統(tǒng)中的在線遠程監(jiān)控能夠提升智能變電站的遠程管理效率，降低遠程信息傳輸成本，較大程度地節(jié)省智能變電站的運營成本[3]。然而如基于無線網(wǎng)絡傳感器的監(jiān)控系統(tǒng)[4]和基于可視化的監(jiān)控系統(tǒng)[5]等傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)存在信息流動誤差較大、信息完整度較低的弊端。為了能夠深入發(fā)展智能變電站的遠程操控技術，文中設計了一種新的智能變電站遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)，應用專用網(wǎng)絡在指定地點提供遠程的智能變電站監(jiān)控信息，再應用數(shù)字化技術提升智能變電站遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)的智能通信功能。

1 系統(tǒng)硬件設計

智能變電站遠程在線監(jiān)控內容主要包含變壓器的運行狀態(tài)監(jiān)控以及供變電室的環(huán)境監(jiān)控。對于變壓器的監(jiān)控，需要應用專用的數(shù)據(jù)信息傳感器對變壓器中的環(huán)境進行測量與傳感，文中應用綜合傳感器，該傳感器為眾多傳感器的集合，其中包含溫度傳感器、微電流傳感器、HFCT 傳感器、無線震動傳感器、電阻傳感器等，能夠在220 V～220 kV 電壓下正常工作，具有較強的適應性，能夠精準檢測傳感器內部的環(huán)境溫度和濕度、精準測量變壓器繞組溫度以及繞組其他狀態(tài)、精準測量變壓器鐵芯內部的接地電流和變壓器常規(guī)電流大小、精準測量變壓器本體的釋放電流和局部電流[6]。綜合傳感器能夠與遠程在線監(jiān)控網(wǎng)絡連接，使多個傳感器節(jié)點在監(jiān)控設備中全方面進行傳感內容上傳[7]。

在智能變電站的基建施工現(xiàn)場建設遠程在線監(jiān)控硬件系統(tǒng)的過程中，需要將綜合傳感器布局在基建施工現(xiàn)場的精確位置，并保證其不會影響智能變電站變壓器的正常工作，也不會影響基建施工現(xiàn)場的正常施工進度。綜合傳感器中微電流傳感器一般安裝在變壓器套管中的適配器中，微電流傳感器依據(jù)變壓器內鐵芯的接地電流來測定變壓器的微電流強度；溫度傳感器主要用于測量變壓器內部繞組溫度與周圍環(huán)境濕度，傳感器內部安裝有光纖型溫度探測裝置，能夠較敏感地識別出變壓器內繞組溫度[8]。光纖溫度探測原理結構如圖1所示。

圖1 光纖溫度探測原理結構

智能變電站基建施工現(xiàn)場需要通過高數(shù)字化能力的客戶端與服務器為基建施工現(xiàn)場管理人員傳送遠程在線監(jiān)控信息，常見的信息系統(tǒng)服務器構架為C/S 與B/S 兩種模式，文中應用C/S 服務構架作為用戶端的主要運行設備，為用戶的信息獲取提供穩(wěn)定的后備資源，C/S 模式下的服務器能夠充分發(fā)揮基建施工現(xiàn)場的復雜環(huán)境，充分應用綜合傳感器的硬件優(yōu)勢降低服務器在信息開發(fā)方面的損失，這種結構的服務器還能夠在整個系統(tǒng)中進一步開發(fā)客戶端數(shù)據(jù)與客戶端服務端口，提前為智能變電站基建施工現(xiàn)場創(chuàng)造穩(wěn)定的數(shù)據(jù)信息傳輸端口，C/S 模式下的服務器操作簡單，智能變電站中的業(yè)務功能分類比較清晰，管理人員可以通過檢索的方式快速尋找相應的數(shù)據(jù)信息[9]。

當服務器的訪問量達到一定限度時容易造成服務器崩潰現(xiàn)象，為此文中將服務器的網(wǎng)絡傳輸協(xié)議與Acam 超聲波測量芯片數(shù)據(jù)處理協(xié)議相連接[10-11]。

文中還應用大規(guī)模集成電路作為智能變電站遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)中音頻消息的列陣處理器，具有處理數(shù)據(jù)量大、運算重復性高、信號處理任務精準等特點，能夠與智能變電站遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)控制計算機連接，該電路能夠在任何工作電壓下工作，適應能力較強，且能夠進行獨立單元的拓展，結合編程程序的數(shù)據(jù)驅動機制提升整個硬件系統(tǒng)的容錯率。圖2為大規(guī)模集成電路結構。

圖2 大規(guī)模集成電路結構

2 系統(tǒng)軟件設計

智能變電站遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)需要根據(jù)基建施工現(xiàn)場的實際情況進行設計與實時改變，軟件系統(tǒng)中主要包含硬件系統(tǒng)的管理程序、監(jiān)控數(shù)據(jù)查詢程序、仿真管理程序、遠程在線報告審批程序、通信程序、可視化智能交互程序、故障處理程序以及數(shù)據(jù)運行程序[12-14]。

針對智能變電站基建施工現(xiàn)場所在位置偏遠的問題，遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能為遠程數(shù)據(jù)信息管理功能。該功能主要用于實現(xiàn)對基建施工現(xiàn)場工作人員的遠程分配與遠程數(shù)據(jù)仿真查詢，管理人員可以通過遠程監(jiān)控程序對仿真數(shù)據(jù)進行操作[15]。在軟件的運行過程中需要統(tǒng)一在線監(jiān)控語言，建立語言建模并融合基本的工業(yè)化標準語言與基建施工現(xiàn)場的基本概念、圖像符號以及專業(yè)術語等。遠程管理系統(tǒng)中能夠有效利用智能變電站中的仿真信息，提升智能變電站仿真系統(tǒng)的監(jiān)控效率，實現(xiàn)監(jiān)控信息的靈活性與智能化，整體的軟件程序可以劃分為多種類型的角色，對不同類型的仿真數(shù)據(jù)進行管理。軟件系統(tǒng)的仿真數(shù)據(jù)管理分配圖如圖3所示。

圖3 軟件系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)管理分配圖

軟件系統(tǒng)的管理體系主要負責整體系統(tǒng)的用戶、權限以及相關功能，維護軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定運行與硬件系統(tǒng)的高效，為了確保軟件運行程序的穩(wěn)定性，需要在用戶管理層面上分別對用戶的賬號信息與角色信息進行分組管理，管理員能夠對用戶信息進行修改，方便智能變電站的角色添加與刪除，管理員登錄管理體系系統(tǒng)中還可以分配給其不同角色用戶的權限，使具有訪問權限的用戶可以自主修改模式。管理體系中管理員管理時序圖如圖4所示。

圖4 管理員管理時序圖

數(shù)據(jù)查詢功能是軟件程序中的核心功能模塊，能夠在智能面板中顯示智能變電站中遠程的監(jiān)控數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)查詢功能主要包含開關數(shù)據(jù)查詢、仿真數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢三類。其中，開關數(shù)據(jù)查詢功能主要負責查詢智能變電中固定客戶端的監(jiān)控界面數(shù)據(jù)，根據(jù)變電站中開關操作與狀態(tài)信息保持交互界面的開關狀態(tài)一致[16]；仿真數(shù)據(jù)查詢功能用于獲取智能變電站基建施工現(xiàn)場的硬件設備數(shù)據(jù)，可以對指定設備的數(shù)據(jù)進行精準獲取，并以列表的形式或曲線的形式將查詢結果表現(xiàn)在交互界面中，更加直觀地顯示遠程監(jiān)控信息的數(shù)據(jù)變化；歷史數(shù)據(jù)查詢功能主要負責查詢智能變電站中的報警記錄、故障記錄、操作記錄以及施工日期等歷史信息，根據(jù)用戶的權限不同還能引用服務器中的錯誤權限告警，將用戶的登錄程序轉接到查詢界面，從而提升服務器數(shù)據(jù)的安全性與精準性。

3 實驗與研究

為驗證上述監(jiān)控系統(tǒng)的實際應用性能，將其作為檢驗對象，與基于無線網(wǎng)絡傳感器的監(jiān)控系統(tǒng)和基于可視化的監(jiān)控系統(tǒng)進行性能對比。實驗研究環(huán)境選擇在網(wǎng)絡良好的系統(tǒng)下展開，避免因網(wǎng)絡中斷對實驗研究結果的干擾。實驗參數(shù)（1）如表1所示。

表1 實驗參數(shù)（1）

根據(jù)以上參數(shù)，改造實驗環(huán)境中的變壓器，促使變壓器符合整體監(jiān)控系統(tǒng)的要求。智能化改造傳感器部分的結構，調節(jié)變電站的在線監(jiān)測裝置，當變電站的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)指標超過監(jiān)控數(shù)據(jù)指標時，停止監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控行為，以防止因數(shù)據(jù)流量過大造成監(jiān)控系統(tǒng)操控失誤。測量變電站的基礎電流通過信息，調整變電站的電流輸入模式，將收集的變電站電流與電壓相匹配，集中加強對變電站信息訪問的系統(tǒng)監(jiān)測力度，并對變電站工作母線狀態(tài)進行檢驗。母線開關設備結構如圖5所示。

圖5 母線開關設備結構

在實驗傳感器節(jié)點處布置多個網(wǎng)絡監(jiān)測點，注意在網(wǎng)絡節(jié)點布置的同時不影響變電站的正常運轉。當監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)監(jiān)控盲區(qū)時，需添加一定的冗余裝置避免監(jiān)控的誤差。由此，收集監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，并對比監(jiān)控信息的流動誤差率。監(jiān)控信息流動誤差對比結構如圖6所示。

圖6 監(jiān)控信息流動誤差對比圖

根據(jù)圖6可知，文中監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控信息流動誤差低于另外兩種傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)。這是因為文中監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控的漏洞進行自行調節(jié)，利用網(wǎng)絡檢測裝置對變電站的電流與電壓信息進行數(shù)據(jù)化處理，將所有的流動數(shù)據(jù)轉化為靜態(tài)數(shù)據(jù)。選用微電流傳感器將變壓管的適配器內部電流疏導至微控中心，等待傳感器的自主處理操作。在連接變壓器鐵芯電流的同時管理變壓器的內部操作系統(tǒng)狀態(tài)，防止因內部狀態(tài)異常對監(jiān)控操作造成影響。在變電站內部變壓器頂部設置繞組裝置，將無線傳感器配置在變壓器外部，根據(jù)變電站發(fā)出的振動頻率信號獲取相應的振動參數(shù)，按照振動參數(shù)調整監(jiān)控的幀數(shù)設定操作，獲取幀數(shù)精準的監(jiān)控影像，進而控制監(jiān)控信息的流動，使其貼近實際流動方向，取得誤差率較小的信息流動數(shù)據(jù)。

結束初次實驗對比操作，利用實驗得出的數(shù)據(jù)進行二次實驗對比操作，控制變電站的監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)流通狀態(tài)，并對監(jiān)控系統(tǒng)進行升級，實驗參數(shù)（2）如表2所示。

表2 實驗參數(shù)表（2）

為避免產(chǎn)生系統(tǒng)監(jiān)控失誤現(xiàn)象，在研究的過程中需添加系統(tǒng)自主防護裝置，并按照防護等級增強裝置的使用功率。在完成以上操作后，將取得的實驗結果數(shù)據(jù)進行對比，得到監(jiān)控信息完整度對比情況如表3所示。

表3 不同監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控信息完整度對比

根據(jù)表3可知，文中監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控信息完整度高于另外兩種傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，表明文中監(jiān)控系統(tǒng)設計具有良好的監(jiān)控效果。這是因為文中監(jiān)控系統(tǒng)選用操作性較強的系統(tǒng)框架對變電站信息進行了集中處理，管理變電站的內部操控中心，并對中心數(shù)據(jù)進行基礎調節(jié)，不斷控制變電站的電流流動方向與電磁的干擾兼容選項，在獲取一定數(shù)據(jù)信息基礎的前提下構建變電站內部監(jiān)控數(shù)據(jù)審核機制。及時緩解變電站運轉過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)壓力。在降低變電站運作壓力后，利用監(jiān)控程序應用對監(jiān)控的范圍進行計算，取得相應的監(jiān)控區(qū)間數(shù)據(jù)，在區(qū)間內部調整監(jiān)控信息位置，并追蹤位置電流，獲取需進行監(jiān)控的數(shù)據(jù)，由此提高整體監(jiān)控信息的完整度，監(jiān)控效果較強。

4 結束語

針對傳統(tǒng)的電站遠監(jiān)控系統(tǒng)存在的信息流動誤差較大、信息完整度較低的問題，文中設計了一種新的智能變電站在線監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅有效解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的不足，還具有較強的操作性，符合監(jiān)控程序的后續(xù)運營，能夠更好地為使用者提供優(yōu)質服務。可以說，該系統(tǒng)具有較強的應用優(yōu)勢和良好的應用前景。