基于物联网的智能变电站在线监测系统研究

陈士龙+陈浩

摘 要：针对变电站设备运行监控中数据采集参数多、数据传输节点多、数据处理干扰大的问题，基于物联网技术设计了一种智能变电站设备实时在线远程监控系统，系统分为传感网监控、智能集控管理和数据动态交互三部分，实现了对智能变电站运行温度、设备绝缘、气体微水密度等信息的采集、传输、处理和访问。试验测试表明，采集的数据准确，实现了监控系统的智能化。

关键词：智能变电站；在线监控；物联网

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

1 引言

融合现代计算机技术和普通变电站设备的智能变电站的设备监测、控制及智能故障诊断研究是近几年的热点，主要是利用专用软件程序来实现智能变电站内设备的状态数据的采集、设备状态的综合诊断与评估。由于智能变电站内设备数量较多、运行环境较复杂、数据传输干扰大，在对变电站设备进行监控时往往会发现，数据采集困难、传送距离短、数据失真较严重等诸多问题，这成为制约智能变电站全站信息数字化的障碍。论文通过分析对比当前变电站监控的诸多方法，提出基于物联网的智能变电站的监控系统，并通过试验验证该系统的监控性能。

2 变电站在线监控方法

对智能变电站在线监控系统的要求包括能够在不影响设备正常运行的条件下，实时获取设备的运行状态信息，通过有效的数据传送和处理，能够实现对数据的实时访问及对设备故障的及时诊断、潜在故障的预警与处理等。目前，变电站在线监控系统应用主要有以下几种形式。

2.1 针对某一参量的就地监控系统

这种监控系统针对变电站中的变压器的温度、断路器的机械特性、气体的微水密度等具体参量進行独立的监控及分析，系统安装在现场，需在现场就地查看和检查信息，由于监控系统厂家、分析软件没有统一标准，呈现多样化，使用时配合协调工作量大，远远达不到智能化变电站的要求。

2.2 针对多个参量的独立在线监控系统

这种监控系统由监控系统厂家在被监控设备上安装系统监控单元，通过系统通信单元将数据传动到系统后台，这种监控系统信息共享程度低，在线监控系统厂家与一次设备厂家完全脱离，无法实现信息共享。另一种形式是设备制造厂家自己研制监控系统，并将系统监控单元内置于设备中，但价格昂贵，且设备维护工作量大，存在安全隐患。

2.3 综合多个变量的分层分布式在线监控系统

这种监控系统综合运用先进传感器技术、数字信号处理技术、计算机技术等，实现了电气设备运行数据信息采集的就地数字化和智能化，并可实现数据的实时传送与处理，这种系统包含有数据管理和专家诊断系统，智能化程度较高，但对多传感器采集的实时数据的处理及数据远程精确传送方面的还略显不足。

总起来说，目前采用的变电站自动化系统的信息共享程度较低，数据的处理、传送及评估的依据比较单一，这些都不利于对设备的综合诊断及对变电站的智能监控。因此，需要设计一种具备“智能监测、智能判断、智能管理”功能的监控系统。

3 基于物联网的智能变电站监控系统结构

3.1 系统结构

智能变电站的在线远程监控系统利用物联网技术，构建传感网测控网络，在传感网测控平台基础上建立智能集控管理与数据动态交互系统，实现变电站内给排水、设备运行温度监测、SF6泄露监测、图像监视及报警避雷器绝缘等的智能监控功能。因此，系统由数据动态交互、智能集控管理和传感器监控等三个部分组成。系统结构如图1所示。

3.2 各部分功能

3.2.1 传感网监控功能

传感网监控包括对变电站内给排水、设备运行温度监测、SF6泄露监测、图像监视及报警避雷器绝缘等的智能监控，实现对变电站内部电缆沟水位、变压器油温、运行温度、电缆偷温度、SF6压力微水密度及避雷器泄露电流等数据的采集，数据采集中考虑设备工作在高温、高压、强磁场的环境，在传感器安装与数据传输上抗干扰设计是重点，系统通过软件进行分析设计实现功能。

3.2.2 智能集控管理功能

智能集控管理实现对传感网监控单元上传的数据的处理，依据数据处理结果向传感网监控单元发送控制信号调节设备工作状态，发现设备异常情况进行通知并记录，保存设备运行数据，通过GPRS上传数据至网络数据库服务器。同时，可实现当设备运行出现异常时，智能监控主机通过GPRS及时将异常状况信息及位置信息以短信模式下发给工作人员，为工作人员及时掌握和处理现场异常状况提供帮助。

3.2.3 数据动态交互功能

数据动态交互由网络数据库和客户机组成，接受智能集控管理单元上传的数据并存入数据库。电站用户可以通过浏览器使用http协议访问网站获取变电站电站工作信息。用户还可通过手机APP或微信公众号等形式获取电站数据，这两种方式只要能连上网络就能实现对变电站电站的访问。

3.2.4 其他功能

通过系统的图像监视功能还可实现站内检修维护工作的智能认真和巡检工作的智能监督，能自动分析操作票，确认操作对象，自动图像识别检修过程，自动完成巡检详细采集、报表生成和填表引导，实现智能监督。

4 系统测试

4.1 硬件单机测试

对传感网监控单元进行硬件调试之前，必须对各功能模块PCB板进行一些检查，包括PCB板的虚焊和焊接短路情况、错焊和漏焊情况、集成电路模块引脚功能测试、通电测试等，保证PCB板工作正常。

4.2 ZigBee传感网单元功能测试

ZigBee传感网单元可实现对变压器的油温和绕组温度、环境温湿度、SF6微水密度信息、电缆沟水位以及避雷器泄露电流等参数的监测，并通过ZigBee网关发送通过串口发送至上位机。因此使用串口调试助手查看ZigBee网络终端节点发送的数据是否正确。经过测试得到如表1所示结果。

4.3 实时数据交互测试

如图2为监控的主界面，主界面显示了当前日期和时间、温度监测子系统、湿度监测子系统、SF6气体监测子系统、电缆沟水位监测子系统及避雷器泄露电流监测子系统等。指示灯为红色表示告警，绿色表示正常运行。

通过实际测试应用可以看出，变电站在线远程智能监控系统实现了数据采集的实时准确、数据传送可靠精确、数据访问快速有效，实现了监控系统的智能化。

5 结语

智能变电站远程监控系统从每一个设备的监控到整个变电站设备监控的数据的采集、融合、处理、传送，从变电站运行整体进行分析、比较，实现了智能监控、智能分析、智能诊断，将传统的状态监控从孤立、参考性系统发展为智能、网络、全局的综合监控、分析诊断和服务管理系统，为真正实现状态检修提供技术支撑， 对于提高智能变电站运行、维护的经济效益有重要意义。

参考文献：

[1]鄢笠.智能变电站在线监测系统架构的研究[D].湖南大学，2015.

[2]胡冰，都正周.智能变电站监测系统研究与设计[J].电力系统自动化，2015（10）：112-114.