基于物聯網的智能變電站在線監測系統研究

陳士龍+陳浩

摘 要：針對變電站設備運行監控中數據采集參數多、數據傳輸節點多、數據處理干擾大的問題，基于物聯網技術設計了一種智能變電站設備實時在線遠程監控系統，系統分為傳感網監控、智能集控管理和數據動態交互三部分，實現了對智能變電站運行溫度、設備絕緣、氣體微水密度等信息的采集、傳輸、處理和訪問。試驗測試表明，采集的數據準確，實現了監控系統的智能化。

關鍵詞：智能變電站；在線監控；物聯網

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.103

1 引言

融合現代計算機技術和普通變電站設備的智能變電站的設備監測、控制及智能故障診斷研究是近幾年的熱點，主要是利用專用軟件程序來實現智能變電站內設備的狀態數據的采集、設備狀態的綜合診斷與評估。由于智能變電站內設備數量較多、運行環境較復雜、數據傳輸干擾大，在對變電站設備進行監控時往往會發現，數據采集困難、傳送距離短、數據失真較嚴重等諸多問題，這成為制約智能變電站全站信息數字化的障礙。論文通過分析對比當前變電站監控的諸多方法，提出基于物聯網的智能變電站的監控系統，并通過試驗驗證該系統的監控性能。

2 變電站在線監控方法

對智能變電站在線監控系統的要求包括能夠在不影響設備正常運行的條件下，實時獲取設備的運行狀態信息，通過有效的數據傳送和處理，能夠實現對數據的實時訪問及對設備故障的及時診斷、潛在故障的預警與處理等。目前，變電站在線監控系統應用主要有以下幾種形式。

2.1 針對某一參量的就地監控系統

這種監控系統針對變電站中的變壓器的溫度、斷路器的機械特性、氣體的微水密度等具體參量進行獨立的監控及分析，系統安裝在現場，需在現場就地查看和檢查信息，由于監控系統廠家、分析軟件沒有統一標準，呈現多樣化，使用時配合協調工作量大，遠遠達不到智能化變電站的要求。

2.2 針對多個參量的獨立在線監控系統

這種監控系統由監控系統廠家在被監控設備上安裝系統監控單元，通過系統通信單元將數據傳動到系統后臺，這種監控系統信息共享程度低，在線監控系統廠家與一次設備廠家完全脫離，無法實現信息共享。另一種形式是設備制造廠家自己研制監控系統，并將系統監控單元內置于設備中，但價格昂貴，且設備維護工作量大，存在安全隱患。

2.3 綜合多個變量的分層分布式在線監控系統

這種監控系統綜合運用先進傳感器技術、數字信號處理技術、計算機技術等，實現了電氣設備運行數據信息采集的就地數字化和智能化，并可實現數據的實時傳送與處理，這種系統包含有數據管理和專家診斷系統，智能化程度較高，但對多傳感器采集的實時數據的處理及數據遠程精確傳送方面的還略顯不足。

總起來說，目前采用的變電站自動化系統的信息共享程度較低，數據的處理、傳送及評估的依據比較單一，這些都不利于對設備的綜合診斷及對變電站的智能監控。因此，需要設計一種具備“智能監測、智能判斷、智能管理”功能的監控系統。

3 基于物聯網的智能變電站監控系統結構

3.1 系統結構

智能變電站的在線遠程監控系統利用物聯網技術，構建傳感網測控網絡，在傳感網測控平臺基礎上建立智能集控管理與數據動態交互系統，實現變電站內給排水、設備運行溫度監測、SF6泄露監測、圖像監視及報警避雷器絕緣等的智能監控功能。因此，系統由數據動態交互、智能集控管理和傳感器監控等三個部分組成。系統結構如圖1所示。

3.2 各部分功能

3.2.1 傳感網監控功能

傳感網監控包括對變電站內給排水、設備運行溫度監測、SF6泄露監測、圖像監視及報警避雷器絕緣等的智能監控，實現對變電站內部電纜溝水位、變壓器油溫、運行溫度、電纜偷溫度、SF6壓力微水密度及避雷器泄露電流等數據的采集，數據采集中考慮設備工作在高溫、高壓、強磁場的環境，在傳感器安裝與數據傳輸上抗干擾設計是重點，系統通過軟件進行分析設計實現功能。

3.2.2 智能集控管理功能

智能集控管理實現對傳感網監控單元上傳的數據的處理，依據數據處理結果向傳感網監控單元發送控制信號調節設備工作狀態，發現設備異常情況進行通知并記錄，保存設備運行數據，通過GPRS上傳數據至網絡數據庫服務器。同時，可實現當設備運行出現異常時，智能監控主機通過GPRS及時將異常狀況信息及位置信息以短信模式下發給工作人員，為工作人員及時掌握和處理現場異常狀況提供幫助。

3.2.3 數據動態交互功能

數據動態交互由網絡數據庫和客戶機組成，接受智能集控管理單元上傳的數據并存入數據庫。電站用戶可以通過瀏覽器使用http協議訪問網站獲取變電站電站工作信息。用戶還可通過手機APP或微信公眾號等形式獲取電站數據，這兩種方式只要能連上網絡就能實現對變電站電站的訪問。

3.2.4 其他功能

通過系統的圖像監視功能還可實現站內檢修維護工作的智能認真和巡檢工作的智能監督，能自動分析操作票，確認操作對象，自動圖像識別檢修過程，自動完成巡檢詳細采集、報表生成和填表引導，實現智能監督。

4 系統測試

4.1 硬件單機測試

對傳感網監控單元進行硬件調試之前，必須對各功能模塊PCB板進行一些檢查，包括PCB板的虛焊和焊接短路情況、錯焊和漏焊情況、集成電路模塊引腳功能測試、通電測試等，保證PCB板工作正常。

4.2 ZigBee傳感網單元功能測試

ZigBee傳感網單元可實現對變壓器的油溫和繞組溫度、環境溫濕度、SF6微水密度信息、電纜溝水位以及避雷器泄露電流等參數的監測，并通過ZigBee網關發送通過串口發送至上位機。因此使用串口調試助手查看ZigBee網絡終端節點發送的數據是否正確。經過測試得到如表1所示結果。

4.3 實時數據交互測試

如圖2為監控的主界面，主界面顯示了當前日期和時間、溫度監測子系統、濕度監測子系統、SF6氣體監測子系統、電纜溝水位監測子系統及避雷器泄露電流監測子系統等。指示燈為紅色表示告警，綠色表示正常運行。

通過實際測試應用可以看出，變電站在線遠程智能監控系統實現了數據采集的實時準確、數據傳送可靠精確、數據訪問快速有效，實現了監控系統的智能化。

5 結語

智能變電站遠程監控系統從每一個設備的監控到整個變電站設備監控的數據的采集、融合、處理、傳送，從變電站運行整體進行分析、比較，實現了智能監控、智能分析、智能診斷，將傳統的狀態監控從孤立、參考性系統發展為智能、網絡、全局的綜合監控、分析診斷和服務管理系統，為真正實現狀態檢修提供技術支撐， 對于提高智能變電站運行、維護的經濟效益有重要意義。

參考文獻：

[1]鄢笠.智能變電站在線監測系統架構的研究[D].湖南大學，2015.

[2]胡冰，都正周.智能變電站監測系統研究與設計[J].電力系統自動化，2015（10）：112-114.