试述网络自动化系统中的安全技术

唐华为

（湛江师范学院基础教育学院 广东 524300）

1.大坝安全检测系统

1.1 大坝外部变形观测数据采集、分析、与处理

系统设大坝表面水平位移观测点20个，竖向沉降观测点20个。其中，大坝水平位移观测采用全站仪自动数据采集，辅以观测后处理软件的观测方案，系统采用全站仪现场搬站观测；大坝竖向沉降监测采用高精度数字水准仪，辅以观测后处理软件的观测方案。系统将自动观测的数据存储在pc卡中，再由pc卡传送到计算机数据库中进行存储，通过数据分析处理软件对测量数据进行分析和处理，得出科学可靠的大坝运行状态与变化趋势的分析结论，并在计算机及其网络平台实现成果显示、发布与输出打印等操作。

1.2 大坝渗流观测数据采集与传输

大坝渗流自动观测系统共设测点24个，考虑整个系统测点比较集中，系统采用现场总线分层分布式结构，现场设1台DAU数据采集与测控单元，2台数据采集模块单元，负责采集各测点的坝基渗流数据和测压管坝体渗流数据，并由DAU数据采集与测控单元完成现场数据采集的离线自动控制、数据存储。系统建设过程中采用自主研发的大坝深孔封孔技术，实现了坝基渗流、坝体渗流的同孔同步观测，遭殴保证观测数据可靠性的同时，使观测数据更符合规范要求，并且降低工程造价投资，目前该技术已申请发明专利。

1.3 大坝安全监测分析评价系统

根据多年的水库大坝安全分析评价系统开发经验，结合水库实际特点与需求，开发了可视化的土石坝安全监测分析评价系统软件。系统由采集管理子系统、数据信息管理子系统及分析评价预报子系统组成，利用经典水工分析与评价电算化模型，对观测数据进行系统化、科学化专业化分析、相关性分析等分析模型，结合灰色关联分析、神经网络和模糊综合评价，最终得出科学可靠的大坝运行安全状况分析结论，为专家领导会商决策提供可靠依据。

2 高边坡远程自动化安全监测系统

2.1 GPS监测系统与常规监测系统的比较

对于自然或人工的边坡及大坝等重要建筑物的变形监测,通常有常规监测和GPS监测两种方法。常规监测方法是使用经纬仪、测距仪或全站仪等仪器,采用前方交会、边角网、极坐标差分等方法获取监测点观测数据，并通过相应的数据处理方法获得监测点的位移量；GPS监测法是将GPS接收机分别安置在基准站和监测点上，观测相同卫星载波测量值，利用载波相位的差分观测值，获得高精度的基线向量，从而获得监测点相对基准点的三维位移量。

常规监测方法的优点是观测数据直观可靠，短距离获得的精度高、投资少。但缺点是受通视条件、气象条件以及施工干扰的影响，在进行长距离监测时精度较差并且很难提高。而GPS卫星定位技术不受天气的干扰，点位间毋需通视，容易实施长距离的精确定位。此外GPS所具有精度高、速度快等优点，是常规监测方法难以比拟的，它已成为当今最先进的形变监测手段。

2.2 GPS在安全监测中存在的问题

针对GPS在安全监测中存在的问题，研究者们提出了GPS一机多天线思想,并研究开发了GPS一机多天线控制器，使一台GPS接收机能互不干扰的连接多个天线。在这种体系下，每个监测点上只安装GPS天线，而不需安装接收机,从而极大地降低了安全监测系统的造价。该项技术开发为大坝、高边坡利用GPS进行安全监测创造了极为良好的条件，也使GPS技术在水利水电工程中拥有了更为广阔的应用前景。

此外，基于GPS一机多天线控制器也为高边坡自动化连续遥测创造了有利条件。为了实现这种无人职守的安全自动的工作模式，需要开发远程自动化监控系统。应顾及海量GPS原始数据传输技术及成本。

2.3 GPS一机多天线无线远程自动化监测系统

新研制的GPS一机多天线监测系统解决了以上问题，它利用多天线控制器，使一台GPS接收机能连接8个天线，可以监测8个点的变形，大大降低了设备投入。利用快速静态定位理论和滤波技术，能在快速确定整周模糊度；采用专用天线减弱了多路径效应的影响，大大提高了观测精度。此系统可以根据需要进行定时或实时监测。

一机多天线监测系统综合了微波技术、计算机实时控制技术、大地测量数据处理和定位算法等，在保证每个GPS天线能同时至少观测到4颗卫星的情况下，由计算机控制对数据进行自动采集，并基于快速静态定位理论和卡尔曼滤波技术进行数据处理，以实现实时监测的变形分析和预报。

另外，考虑到高边坡多属危险地区，为了保证人身安全，需要实现无人职守的工作模式，对监测的原始数据采用无线传输的数据链路，提出了基于GPS一机多天线的无线远程自动化监测系统。使系统从观测、采集、传输、解算分析都实现全自动化，从而快速准确地预报边坡的变形。

3 变电站自动化系统的安全监测

3.1 变电站自动化系统的组成

变电站自动化系统是功能除控制、监视和保护三大功能外，还包括变电站自动化系统的维护功能，即系统组态、通信管理和软件管理等功能。采用变电站自动化系统可以把原本分隔的控制、保护、监视、通信和测量等装置以合适的形式进行集成，由少量多功能智能电子设备组成自动化系统，通过站内的通信网络实现信息共享，可使信号电缆大为减少，系统结构简化。这样既提高了系统的经济性，又改善了可靠性。因此，变电站集成和自动化已成为电力行业降低安装、维护和运行成本的有效途径。

3.2 变电站自动化系统集成过程中面临的阻碍

在变电站自动化系统集成过程中面临的最大障碍是不同厂家的IED，甚至同一厂家不同型号的IED所采用的通信协议和用户界面的不相同，因而难以实现无缝集成和互操作。因为需要额外的硬件和软件来实现IED互联，还要对用户进行培训，这在很大程度上削弱了变电站实现自动化的优点和异议。因此变电站自动化系统在实现功能之外，还应具备互操作性、可扩展性和高可靠性等性能。

3.3 变电站的高可靠性

变电站自动化系统作为系统数据通道的通信系统和人机界面的监控主站应具有互相独立的冗余配置。在故障情况下，冗余的通信系统和监控主站应该可以在系统不停止工作的情况写进行热切换，以保证系统执行相应的保护和自动控制任务。IEC在充分考虑变电站自动化系统的功能和要求，特别是互操作性要求的基础上，制定了变电站内通信网络与系统的通信标准体系——IEC61850标准。它采用分层分布式体系、面向对象的建模技术，使得数据对象的自描述成为可能，为不同厂商的IED实现互操作和系统无缝集成提供了途径。

3.4 变电站的可扩展性和互操作性

互操作性是指同一厂家或不同厂家的多个IED要具有交换信息并使用这些信息进行协同操作的能力。设备互操作性可以最大限度地保护用户原来的软硬件投资，实现不同厂家产品集成。可扩展性要求系统在设计时，软件系统和硬件系统都尽可能采用模块化设计方法，方便未来的系统扩展，同时要求通信接口标准化，系统具有开放性。

4 总结

网络自动化系统带给人们很大的便利，在大坝安全监测系统完善后，可提高水库大坝的防洪能力，及时发现坝体安全隐患，将为水库带来显著的防洪效益和水资源效益。系统的功能先进合理，可有效解决坝体运行管理中的实际问题，提高水库安全管理水平，具有良好的社会和经济效益。在变电站自动化系统方面提出了变电站自动化通信系统框架模型，同时为变电站自动化系统互操作性、可扩展性和高可靠性的实现提供了可行依据。

[1].崔岩，齐亚彬，梁凯，国土资源标准化基础与实践[M]中国大地出版社，2005

[2].沈国荣，黄键，通信技术是变电站自动化的关键，电力系统自动化[J]2000