許洎筠

（福州維思電力勘察設計有限公司，福建福州 350109）

0 引言

110 kV變電站作為電網(wǎng)中的重要節(jié)點，承擔著電能傳輸和配送的關(guān)鍵任務，其能否穩(wěn)定運行直接影響整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為保證110 kV變電站穩(wěn)定運行，需要采取必要的監(jiān)控、管理措施，及時識別與解決其潛在問題。但傳統(tǒng)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)孤立、信息不共享等問題，限制了運維人員對設備狀態(tài)的及時監(jiān)測和處理[1]。為推動變電站的智能化、自動化和信息化發(fā)展，提高供電設施的可靠性、安全性和經(jīng)濟性，有必要對110 kV變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)進行深入研究。因此，本文從系統(tǒng)設計角度，對110 kV變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)進行研究，旨在集成各個子系統(tǒng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與聯(lián)動，提高供電設施的運行質(zhì)量。

1 110 kV變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)的提出

隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大和技術(shù)的進步，變電站作為電能傳輸和配送的重要環(huán)節(jié)，其穩(wěn)定運行和可靠性變得尤為關(guān)鍵。傳統(tǒng)的110 kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)通常由多個獨立的子系統(tǒng)組成，例如電氣監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、安防監(jiān)控等[2]。這些子系統(tǒng)通常采用獨立的硬件設備和軟件平臺，數(shù)據(jù)信息孤立，導致監(jiān)控信息無法集成和共享，管理和維護成本較高，同時也存在安全風險和響應效率低下的問題。為突破傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的局限性，提高變電站的管理水平和運行效率，110 kV變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)被提出。該系統(tǒng)利用現(xiàn)代信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等先進技術(shù)手段，實現(xiàn)變電站內(nèi)部各個子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互、信息共享和協(xié)同工作。通過將各個子系統(tǒng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)和信號集成到一個統(tǒng)一的平臺上，實現(xiàn)對變電站設備狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)、安全風險等的實時監(jiān)測和分析，提高故障診斷和處理的效率，減少人為操作失誤?？傮w而言，110 kV變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)的提出背景是推動變電站的智能化、自動化和信息化發(fā)展，提高供電設施的可靠性、安全性和經(jīng)濟性，通過實現(xiàn)集成管理和綜合監(jiān)控，及時捕捉異常情況并采取相應措施，提前預警和防止?jié)撛诠收习l(fā)生，確保電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

2 110 kV變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)設計

2.1 功能設計

110 kV變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)是用于對變電站進行實時監(jiān)測和管理的系統(tǒng)，能夠集成多種監(jiān)控設備和傳感器，以獲取變電站各個方面的數(shù)據(jù)，并提供實時的狀態(tài)監(jiān)測、告警和操作控制功能[3]。在實際運行中，110 kV變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)可以擴展多種特色服務類型，如智慧用可視化系統(tǒng)等。結(jié)合110 kV變電站實際運行需求，設計110 kV變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)功能具體如下：

第一，遠程監(jiān)控與控制。操作人員可以通過網(wǎng)絡連接訪問變電站的實時數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并進行遠程操作控制。

第二，可視化界面。以圖形化方式展示變電站狀態(tài)和參數(shù)，通過聲音、短信、郵件等方式及時通知相關(guān)人員發(fā)生的告警事件。

第三，故障診斷與告警處理。根據(jù)實時數(shù)據(jù)和歷史記錄，輔助運維人員快速定位故障原因，提供相應的維修和保養(yǎng)指導；及時檢測并報警處理發(fā)生的異常情況，如過載、短路、漏電等[4]；通過設定合理的閾值和告警規(guī)則，確保及時采取措施以避免潛在風險。

第四，數(shù)據(jù)分析。對采集到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、趨勢分析和故障診斷，為運維人員提供決策依據(jù)。同時，系統(tǒng)應能夠生成報表和圖表，以便于數(shù)據(jù)的展示和管理。

第五，可拓展功能。滿足變電站區(qū)域內(nèi)其他分布式能源等接入需求，滿足配電網(wǎng)及其他設備接入需求，為能效分析評估及設備運維提供支持服務等。

第六，數(shù)據(jù)采集。實時監(jiān)測變電站各個部分的狀態(tài)和參數(shù)，如電流、電壓、溫度、濕度等。通過傳感器和監(jiān)測設備采集數(shù)據(jù)，并確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設計

基于上述功能設計分析，確定一體化監(jiān)控系統(tǒng)采用三層式架構(gòu)，具體如圖1所示。

圖1 一體化監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

本文設計的一體化監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)中，間隔層裝置采用了IEC 61850標準，能夠與監(jiān)控機等進行實時通信。同時，采用就地安裝的方式安裝智能終端開關(guān)場，以實現(xiàn)開關(guān)燈信號的及時反饋。另外，為有效傳輸變電站內(nèi)IED之間的實時信號，系統(tǒng)應用了GOOSE傳輸機制。

3 110 kV變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)方案

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)實現(xiàn)基礎(chǔ)設置

110 kV變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)通過監(jiān)控系統(tǒng)、分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、規(guī)約設計，將各系統(tǒng)模塊融合為一，實現(xiàn)了各模塊的精準接入、數(shù)據(jù)共享、專業(yè)融合、能源轉(zhuǎn)換、信息交互等[5]。同時，110 kV變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)以融合網(wǎng)絡為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)的深度挖掘與整合為核心，以信息的安全傳輸為保障，為變電站運行效益最大化奠定了堅實基礎(chǔ)?；谧冸娬具\行需求分析，將監(jiān)控主機與相關(guān)服務器安裝在變電站二次設備室內(nèi)。

3.2 安全分區(qū)

110 kV變電站對監(jiān)控系統(tǒng)可靠性、實時性的要求較高，為保證系統(tǒng)安全可靠，變電站與光伏電站等數(shù)據(jù)獨立，對110 kV變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)進行安全分區(qū)設計，具體如下：

第一，安全分區(qū)1。該區(qū)內(nèi)配置的設備包括保護裝置、測控裝置。其中，監(jiān)控平臺的防火墻可以與安全分區(qū)2中的監(jiān)控平臺通信，形成安全數(shù)據(jù)互聯(lián)與共享，提升系統(tǒng)安全性。

第二，安全分區(qū)2。該區(qū)內(nèi)配置網(wǎng)絡安全監(jiān)測裝置、故障濾波器、一體化電源等。同時將監(jiān)控系統(tǒng)的接口設置為標準接口，與站控層網(wǎng)絡進行聯(lián)通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息互聯(lián)與共享[6]。

第三，安全分區(qū)3。該區(qū)內(nèi)配置視頻系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)等，并將數(shù)據(jù)模塊、通信基站模塊接口設置為標準接口，與本區(qū)內(nèi)的網(wǎng)絡進行聯(lián)通，實現(xiàn)各系統(tǒng)界面共享、數(shù)據(jù)信息共享。

3.3 配置方案

本研究設計的110 kV變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)采用集中式配置方案。

站控層中，配置數(shù)據(jù)服務器、應用服務器等設備，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與共享奠定基礎(chǔ)。同時，在站控層中設置工作站、遠動工作站等，以支持分布式結(jié)構(gòu)。另外，在站控層內(nèi)設置集成中心、控制中心等，保證系統(tǒng)外部多元化設備能夠接入系統(tǒng)。

間隔層中，配置測控裝置、保護測控裝置、安全監(jiān)測裝置、視頻系統(tǒng)等，確保在線監(jiān)測、輔助設備有效運行與應用。

過程層中，配置站內(nèi)合并單元、智能終端等，使系統(tǒng)能夠全面收集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并提供測量保護機制。需要指出的是，在系統(tǒng)實際運行中，保護裝置所需的合并單元采樣密度≥80點/周波，導致合并單元報文的網(wǎng)絡流量巨大，對交換機提出了較高要求[7]。交換機配置具體如下文3.6所示。

3.4 網(wǎng)絡通信

本研究設計的系統(tǒng)中，站控層采用可擴展性、開放性良好的以太網(wǎng)組網(wǎng)，以滿足系統(tǒng)擴展的相關(guān)要求。同時，采用DL/T 860規(guī)約，提升站控層的抗干擾能力及系統(tǒng)的可靠性；采用IEC 61850 MMS協(xié)議，實現(xiàn)了變電站內(nèi)調(diào)度自動化等信息數(shù)據(jù)的遠程傳輸。特別需要指出的是，在本研究系統(tǒng)設計中，采用模塊化設計方式，技術(shù)人員可以根據(jù)系統(tǒng)的實際應用場景對系統(tǒng)進行配置。

3.5 數(shù)據(jù)控制流

數(shù)據(jù)控制流是一個循環(huán)過程，不斷地進行數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、處理、展示和指令傳遞，以保持對變電站運行狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)控和管理[8]。本研究設計的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)控制流包括儲能控制流、充電控制流、變電站控制流等，可以根據(jù)分區(qū)網(wǎng)絡接入數(shù)據(jù)控制流，以保證控制命令的傳輸具有高效性。同時，經(jīng)過處理和分析的數(shù)據(jù)可以通過可視化工具展示給操作人員和管理人員，以直觀地查看變電站的運行狀態(tài)、設備健康狀況、報警信息等，便于及時做出決策和采取相應措施。另外，基于對數(shù)據(jù)的分析和判斷，系統(tǒng)可以生成相應的控制指令，并通過通信網(wǎng)絡將指令傳輸?shù)阶冸娬緝?nèi)部的執(zhí)行設備。這些指令可用于調(diào)節(jié)設備參數(shù)、啟動或停止設備，以實現(xiàn)對變電站運行的控制和調(diào)度。

3.6 交換機配置

本研究系統(tǒng)設計遵循了集成化、分布式的組網(wǎng)原則，即各子站分別配置間隔交換機采集間隔信息。當交換機接收到報文后，可以從中獲取信息來源地址，并將地址添加到地址列表中，建立對應關(guān)系。通過分析地址列表中是否存在地址的其他端口，判斷報文的保留和丟棄。在系統(tǒng)運行過程中，交換機會周期性地向各端口發(fā)送查詢報文，若端口中的報文繼續(xù)保存在地址列表中，則對報文進行應答，并保存相應報文；若端口中的報文不繼續(xù)保存在地址列表中，則不響應查詢報文[9]。另外，在系統(tǒng)運行中，若交換機超時未收到查詢報文的應答，則在地址列表中將對應的端口、地址信息刪除。除此之外，基于大數(shù)據(jù)鏈分析及未來能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)量分析，在系統(tǒng)的站控層配置千兆以上的交換機。

4 結(jié)束語

綜上所述，為推動變電站自動化、信息化發(fā)展，提升變電站供電設備運行可靠性，本文提出了110 kV變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)，通過整合各子系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、遠程監(jiān)控，提高變電站運行效率與可靠性。整體而言，本研究設計的系統(tǒng)具有兼容性，適用于多種環(huán)境、運行需求條件下的變電站監(jiān)控實踐。但在未來發(fā)展中，該系統(tǒng)仍面臨技術(shù)難題，且需要深化拓展系統(tǒng)功能，以進一步推動變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)在電力領(lǐng)域的應用和發(fā)展。