智能变电站双视实时在线监测智能预警系统设计研究

张陶, 于立涛, 王黎, 康正, 郝福友

(1.国网青岛供电公司, 青岛 266000； 2.山东安信源信息技术有限公司, 济南 250100)

0 引言

在智能变电站中，变压器是电力系统设备的重要组成部分，也是价格最贵的部件，在电网电压等级不断提升，电力输送容量逐渐增加的趋势下，变压器故障直接威胁着电网运行的安全性与可靠性，严重时还会引发电网瘫痪。一直以来，电力系统内部在变压器运行的维护工作上，主要利用的方式是预防维修与事后维修。然而，预防维修需要进行停电检修，会对供电的可靠性与稳定性造成影响，而定期检修中会适当更换部分设备，但是其中一些是不必进行更换的，经济性相对较差。而智能变电站所利用设备具有其自身的独特优势，即具备较高的可靠性、集成性、环保性等等。所以，常规检测方式根本不能满足现代化状态维护的发展需求，对此，为了确保电力系统供电的稳定性、安全性与经济性，电力设备在线监测与故障诊断进一步实现了可持续发展发展与应用。特别是基于智能对设备遥控操作、变电站设备运行进行远程监控等要求十分迫切，但既有站端变电站，在各自的区域范围内实行自我管理，尚未与其他相关部分实现有机连接，这样一来，势必会造成系统资源利用率下降，系统管理成本加大，而监控系统能够设备功能单一化，甚至出现漏洞等各种不良现象，进而阻碍对智能变电站的实时监控与巡视[1]。

1 双视监测巡检系统

1.1 原理

基于红外热成像仪器与可视监控仪器等设备，通过红外热成像扫描系统，把被检测物体所形成的红外线辐射到探测器上，构成红外热图像，以此对被测物体的表面温度及其分析进行分辨，并依据温度相关信息进一步判别物体运行状态，以此实现物体远程监测。

1.2 特性

1.2.1 灵敏度较高

双视监测巡检系统一般都是利用非致冷长波焦平面红外热成像仪，一旦物体进入仪器视场内部，都能够监测到其温度分布状态，并通过显示屏成像。红外热成像仪器具有非常高的灵敏度，能够准确对物体设备表面的1%度温差进行全方位辨别，以此精确诊断物体的热状态变化。

1.2.2 远程监测不受影响

双视监测巡检系统通过红外热像仪不需要接触物体，所以，即使是大型变电站与大型发电机组及其串补平台等电力设备都能够进行监测。红外热成像仪器在电磁波的干扰下，不会受到任何影响，即使是在强电磁场状态下，输变电站与高压线等位置，都可以使用红外热成像仪进行监测。

1.2.3 监测效率高，数据可以兼容

双视监测巡检系统能够通过被检测设备的热分布状态在观察屏上进行同步显示，并检测故障点的温度数据信息，系统后台计算机能够快速分析和处理数据图像。温度数据图像在计算机系统中还能够进行多次重复利用，以此为电力设备故障预警提供更有利的资源作为依据。

1.3 优势

1.3.1 实现了无人值守

双视监测巡检系统能够在同一平台上安装可见光视频监测仪与红外热成像仪，监测信息则可以基于网络传输到监控中心，然后转换成图像，对设备的运行状态进行全面监控并同步显示，还可以选取多元化方式报警监测的具体状况，以此实现无人值守，大大节约人力成本。

1.3.2 便捷性、高效性得以提高

就变电站与负荷较大的线路来讲，定期红外测温统计数据比较分析，能够帮助发现设备与导线的异常，并对雷击杆塔导线，在线路不能安排停电等各种状况时，通过热成像仪测试相关部件，就测试结果进一步判断其运动状况，一旦发现问题，及时采取措施消除安全隐患。

1.3.3 系统兼容与二次开发性较强

以双视监测巡检系统为基础，借助计算机网络系统，详细记录报警状况与异常图像，可以提供历史性数据信息资源进行查询，支持定制巡航路线、定时巡航以及次数等，能够实现本地监控与远程监控的有机融合，并与其他相关系统实现无缝衔接[1-2]。

2 智能变电站双视实时在线监测智能预警系统的功能设置

2.1 功能需求

就电网相关技术要求明确指出，智能变电站必须具备基于组件化、标准化、就地化等原则的在线监测系统，其需要对高压电气设备做全方位的参数监测、诊断分析、故障定时定位、预警、远程监测等等。还有部分专家提出了利用离线实验、带电检测、在线检测等各种数据集成管理方式，构建数据采集、状态分析、远程诊断为一体的状态检测体系。在预警系统中，在线监测系统应作为关键部分进行构建，在视频监控前端系统与后端管理平台系统的辅助下，实时监测变电站的所有形态，以此避免发生高压电器设备事故。所以，智能变电站双视实时在线监测智能预警系统应具备以下各项功能，其一，巡检监控，提供全天候任务列表，通过用户自定义的时间与范围进行自动化巡检；其二，能够同时进行多通道实时温度检测或者安全监控；其三，可以进行多通道监控区域的混合监视；其四，在无作业任务的时候，可以针对变电站的关键部位进行全面录像，以此发挥安防作用[3-4]。

2.2 系统设计方案

智能变电站双视实时在线监测智能预警系统主要包含两部分，即视频前端系统与后端管理平台系统，利用分层、分级、分域、分权等各种方式加以构建。切实结合浏览器与服务器架构的分布式网络系统，硬件与软件模块化设计，双视监测技术，智能图像与温度分析，融合各种监控功能于一体，进行远程实时监控、数据分析，进而最大程度上兼容既有监控系统。而监控系统还引进了最为先进的计算机压缩技术与网络传输技术，以网线为载体，就可以解决多路红外热像和CCD图像的数字化实时传输与图像融合等相关问题，用户可以根据CCD图像进一步确定故障发生的具体位置，还能够点击红外图像的任何位置，显示此位置的CCD图像并加以测温。另外，基于网线还可以控制云台、设置仪器、自动预警与录像，以此有利于顺利进行安装施工，大大降低故障的发生几率[5]。

3 双视实时在线监测智能预警系统的基本工作流程

双视实时在线监测智能预警系统的基本工作流程具体如图1所示。

图1 系统基本流程

在用户利用客户端登陆系统，并进行初始化操作之后，系统开始运转。红外热像仪实时监控目标，并通过网络传输并储存实时数据，分别转发给客户端与系统服务中加以显示与整理分析。温度计算服务器解码红外视频流，以获取红外图像，并基于温度计算法，换算灰度值为温度值，从而得到目标的温度信息，然后加以存储，传输到客户端上显示，同时还要详细检查目标的温度是否控制在预置范围内，一旦超出范围，及时报警。另外，在系统服务器中，还能够进一步分析CCD图像，在检测到异常时，能够及时预警。系统服务器在报警的时候，会向客户端与远程开关发送报警命令。在客户端接收到命令之后，会通过程序界面显示信息，并进行警示动作。而远程开关接收到命令之后，在会在输出口生成开关信号，以此对报警器报警进行控制[6-7]。

4 双视实时在线监测智能预警系统设计

智能变电站双视实时在线监测智能预警系统架构具体如图2所示。

图2 双视实时在线监测智能预警系统的拓扑结构

监测平台结构主要包含三大组成部分，即服务器的监控平台、工作站的第三方监控系统、平台的架构系统。其中平台用户都是利用浏览器访问系统，因为隔离了数据库，平台与工作站自行维护数据库系统和数据信息。数据交换主要利用DII控件，而服务器程序则是基于JNI调用DII控件，网络数据传输则是由DII控制，DII控件可以与工作站系统之间之间对接，以此获取所需数据信息，并通过Socket进行网络数据传输。而缺乏DII接口的部分功能，则应该利用Hessian方式经过工作站骨架流程，获得数据信息以供平台使用，数据通过基于Http的序列化协议实现进一步传输[8-10]。

5 智能变电站双视实时在线监测智能预警系统的实现

5.1 硬件网络结构

在线监测智能预警系统通过全数字化一线通网络，进行图像数据传输，并合理控制监控器。监测系统的硬件网络结构具体如图3所示。

图3 系统硬件网络结构

其中监控器和监控服务器数据传输只需要借助一根网线进行连接即可，这就在很大程度上降低了系统安装布线的复杂性与难度，还能够有效提升监控系统的稳定性与可靠性，以此节约更多系统安装成本，保证系统的的安全性、可靠性、抗干扰性、兼容性与扩展性得到明显提高。通过全数字化一线通进行热图像采集，用户或者监控系统可以对其开展实时二次温度分析与故障真实性审核[11-13]。

5.2 系统运行

智能变电站双视实时在线监测智能预警系统直接优化了视频监控系统的多项功能，其具有较强的全数字红外热成像功能，能够切实将设备运行的热分布情况进行实时反映，以后台软件的分析功能为辅助，可以对设备热故障状况进行全程观察，并在区域图上行实时预警，而且平台的数据统计与分析功能，能生动、直观地将变电站设备状态与数据信息展示出来，以供管理者查看，及时把可能会出现的故障与事故从根源上消除。不仅如此，双视实时在线监测智能预警系统还具备红外监控防盗和现场图像等延伸功能。通过对管理范围内的变电站关键设备进行远程实时监控，监测系统在很大程度上可以代替手持式红外热成像设备。另外，工作人员也无需长时间在现场巡视，这就代表着设备巡视与维护将要真正意义上进入状态检修环节，也就是根据系统在线监控反映的实际状况，指导检修维修工作顺利进行，以此有效节约投入成本[8,14,15]。

5.3 系统可靠性分析

智能变电站双视实时在线监测智能预警系统的部分关键节点中配置了一定的容错机制，以此保证系统的稳定性与可靠性。其中主服务器利用定时查询的方法，监测其他设备运行状况，一旦检测到设备失效，则利用容错机制直接切换到容错模式下，不必停止运行，但是需要报警，提示相关技术人员及时维护系统。在系统中，服务器是核心部分，如果出现宕机状态，势必会直接威胁系统的正常运行。在数据库中保存所有数据，服务程序运行时，不会单独保存系统数据，服务程序立足于数据库的数据信息快速重新启动，将会处于相同状态。

6 总结

综上所述，设计并实现智能变电站双视实时在线监测智能预警系统，对设备进行可视化与红外监测，并以计算机技术为辅助，切实结合数据挖掘与统计分析，智能处理系统数据信息，以此实现基本功能、运行、决策、检修、指导等各种延伸功能。这一系统在实践应用之后，将在MIS网络范围之内，利用相关部门计算机，能够随时对变电站的设备实时运行状态进行全方位监测，其势必会进一步实现生产智能化管理与现场实时调度，从而充分将其优势作用发挥出来，在保证变电站稳定有序运行的同时，为变电站带来良好的综合效益。