变电站自动监控系统的应用研究

山西焦煤西山煤电发电分公司电力公司河龙湾工区 冯 婧

变电站的主要作用是对电压、电流进行转换以及接受、分配电能，是电力系统中的重要组成部分之一[1]。但实际运行中，由于受到供电设备性能、供电网络稳定性以及高次谐波等因素的影响，导致变电站中的供电设备经常会发生一些故障，甚至是不能正常运行。面对这样的情况，有必要应用完善的变电站自动监控系统，对变电站的运行情况进行有效监测，及时发现安全隐患，保障变电站的安全、高效运行[2]。

1 变电站运维模式的转变及自动监控系统的作用

1.1 变电站运维模式的转变

变电站运维以往采取的是人工值守方式，即安排专门人员进行值班，确保24小时都有人值班，从而避免由于外人入侵而导致的损坏与丢失问题，借助专业人员优势也可及时发现并排除安全隐患。但这种方式需投入大量的人力成本，且工作量、工作强度较大，需消耗大量时间，效率较低。信息时代下这种人工值守模式已不适应变电站的发展要求，必须改变运维模式，即由有人值守转变为无人值守。

无人值守顾名思义便是不安排固定人员来对变电站进行维护管理，而是借助相关设备进行远程遥控，由相关设备收集到变电站的相关信息后传输给集控中心，在接收到信息之后，集控中心再向变电站中的相关设备发布指令，实现对变电站的维护管理。相比较于传统人工值守的变电站，无人值守变电站的智能化水平更高，具有信息采集、测量、控制、检测等基础功能，且电力系统有需要的情况下，还可提供在线快速分析、智能化调节、自动支持控制等高级功能。同时无人值守变电站还可与集控中心进行高性能通信，在集控中心允许的范围内可自行控制、建模，为变电站运维管理水平的提高奠定了良好的基础[3]。

1.2 变电站自动监控系统的作用

变电站中自动监控系统的主要作用是替代传统人工值守的管理模式，采取科学化、自动化的方式，实现智能化、高效率的运维工作模式，减少电力系统的运行故障、提高变电站的运行质量，并保障周边的安全性、环境的稳定性。在变电站中对自动监控系统进行有效应用可起到五方面效果：可减少巡检、抄录的频率，降低工作人员的工作量、工作强度；可对变电站中的各方面因素、多种设备进行统一监控，实现了高度集中管理；实现了对设备内部运行情况的透视，可精确分析、精准定位异常故障，有利于提高变电站的运维质量；在监控室便可完成现场巡检，无需来回奔波，降低了工作人员的劳动量，也可以减少人工成本，解决了人手少、招聘难的问题；有利于保障电力系统的安全、稳定运行，针对运行风险，可快速做出应急反应，避免严重后果的出现。

2 变电站自动监控系统

目前我国变电站的监测设备存在着一定的问题，如设备成本较高、系统稳定性较差、监测精度较低、对供电设备的集中监控自动化水平较低等，若是变电站存在故障或隐患不能及时报警，从而引发安全事故导致严重的经济损失。鉴于此，有必要对变电站自动监控系统进行优化、改进。现提出了一种ARM 嵌入式的变电站自动监控系统，并对其组成、原理、优缺点进行了分析。

2.1 自动监控系统的组成

变电站自动监控系统的结构组成见图1。系统是由远程监控主机系统、PLC 主控制器、工业以太网、以太网交换机、通信设备以及35kV/110kV 微机保护装置等组成。其中远程监控主机系统是由显示器、打印机、上位机等组成[4]；采用ARM 架构的STM32系列Cortex-M3内核的64位中央处理器作为主控制器，最高主频为72MHz。

变电站自动监控系统采取的是智能化一次设备、网络化二次设备的分层设计方式，其网络构造是由站控层、间隔层以及过程层三个部分组成。其中，站控层配置了相应的计算机系统、网络系统与其他监控系统，可在各变电站及箱变内供电设备间构建一个系统的通信管理联网，实现与电力系统的对接。变电站自动监控系统可对35kV、110kV 等电压等级不同的变电站的开关状态、运行情况、运行参数、整定等实施有效监控，并可借助远程控制系统对变电站实现遥控、遥测、遥信、遥调四项功能[5]。

2.2 自动监控系统的原理

自动监控系统的运行原理如下：首先，将微机保护装置设置在不同电压等级（35kV/110kV）的变电站之中，这样的前提下，在供电期间，便可以通过微机保护装置广泛收集变电站的供电运行情况、故障情况以及供电时间，然后借助有线信号网络，将上述数据信息传输到通信设备之中。

其次，通信设备在接收到数据之后，将其传输给主控制器，由PLC 主控制器对接受到的各种数据进行分类分析，并上传给以太网交换机，以太网交换机再将数据信息通过工业以太网传输给远程监控主机系统中的上位机，并借助显示器将变电站的实际运行情况直观地显示出来。监控内容主要包括变电站相关设备的实际运行情况、实时电流、实时电压、三相电流、三相电压、额定电压、功率、设备投入整定值及各类功率等。

最后，若是变电站供电不稳定或者是存在故障，则主控制器在数据分析之后，便会将故障源反馈给远程监控主机系统中的上位机，同时做出预警，由监控系统自动化地处理故障问题。故障处理过程中，变电站自动监控系统具有就地操控、站内集中操控、远程操控三种操控方式。

2.3 自动监控系统的优缺点

监控精度较高。对于变电站来说，通过借助自动监控系统对相关数据信息进行收集、分析，并与电力系统的正常参数进行比较，便可准确判断供电设备的实际运行情况，及时发现电流、电压的异常并能迅速报警。同时，也实现了各设备用电计量、智能化控制、数据共享、动态成像、自动存储等功能，可为地面工作人员提供有效、真实的数据信息。

可降低劳动强度。借助自动监控系统，监测人员身处于远程监控室中也可发现变电站存在的故障问题、故障种类、影响范围等，并能应用远程操作系统来控制变电站内相关供电设备的电负荷情况，以缩短事故的影响时间、减小事故的影响范围，保障供电系统的稳定运行、安全运行，达到“无人值守”的效果。相比较于传统监控系统，自动监控系统大幅度减少了人工在监控、系统操作、故障维修等方面的劳动量、劳动强度。

自动化水平高。自动监控系统有机结合了现场监控、现场保护，可实时监控保护变电站供电系统的运行情况，若是变电站发生故障，也可及时发出警报、迅速发现故障源、在第一时间内将故障情况传送给远程监控主机系统中的上位机，大大提高了监控系统的自动化水平。

实现了遥控、遥测、遥信、遥调四项功能。自动监控系统可对变电站进行遥控、遥测、遥信、遥调，同时与地面上位机有机结合起来，便可实现变电站的“无人值守”、智能控制。有效应用自动监控系统，可保障变电站供电系统的可靠、安全、稳定运行。

虽然变电站自动监控系统有着诸多优点，但其不可避免地也有一定的缺点与的不足之处。经过实践发现，变电站自动监控系统在谐波方面还存在一定问题。变电站中通常情况下电压等级较高，因此供电设备在实际供电过程中会出现高次谐波，强度有强有弱，但均会给无线工业网络信号传输带来一定的干扰，导致信号传输失真问题的发生。面对这样的问题，在自动监控系统的实际应用过程中，应有效监测工业以太网的实际运行情况，判断其是否稳定，有必要的情况下最好是添加高次谐波滤波器，以此来预防高次谐波问题。

图1 自动监控系统简图

3 变电站自动监控系统的应用效果

基于变电站自动监控系统的一系列优势，为明确其实际应用效果，现开展实例分析，主要是从自动监控系统应用之后安全事故的发生率、用电量节约情况、供电成本节约情况、设备维修费用节约情况等方面，对自动监控系统的应用效果进行评估。某煤矿企业于2018年4月分别在35kV 变电站、110kV 变电站中设置了一套ARM 嵌入式的变电站自动监控系统，至2019年4月发现，自动监控系统应用后1年的时间内该系统共检测到供电故障4次，经过及时处理之后，未发生一起由于变电站故障而导致的供电间断事故，保障了供电安全、稳定。同时借助自动监控系统对供电量进行实时调整，与上年度相比全年共节约了用电量31.77×105kW，使供电成本、设备维修费用降低了17.2×105元，实现了企业经济效益的提高。

综上，为保障变电站的高效运行，提高变电站运行的经济效益，必须设计、应用科学有效的变电站自动监控系统，结合先进的设备、技术，实现对变电站的有效监控、调整，从而保障电力系统的安全、稳定运行，并实现节能降耗。