智能变电站远程在线监控系统设计

袁傲，洪晓燕，李佳鹏，姚天明

（嘉兴恒创电力设计研究院有限公司，浙江嘉兴314000）

随着国民经济的快速发展，智能电网发挥的作用越来越重要。智能变电站作为智能电网的核心，其发展能够更加高效地为用户提供电力资源[1-2]。因此，智能变电站成为智能电网发展研究的重点内容之一。

智能变电系统中的在线远程监控能够提升智能变电站的远程管理效率，降低远程信息传输成本，较大程度地节省智能变电站的运营成本[3]。然而如基于无线网络传感器的监控系统[4]和基于可视化的监控系统[5]等传统监控系统存在信息流动误差较大、信息完整度较低的弊端。为了能够深入发展智能变电站的远程操控技术，文中设计了一种新的智能变电站远程在线监控系统，应用专用网络在指定地点提供远程的智能变电站监控信息，再应用数字化技术提升智能变电站远程在线监控系统的智能通信功能。

1 系统硬件设计

智能变电站远程在线监控内容主要包含变压器的运行状态监控以及供变电室的环境监控。对于变压器的监控，需要应用专用的数据信息传感器对变压器中的环境进行测量与传感，文中应用综合传感器，该传感器为众多传感器的集合，其中包含温度传感器、微电流传感器、HFCT 传感器、无线震动传感器、电阻传感器等，能够在220 V～220 kV 电压下正常工作，具有较强的适应性，能够精准检测传感器内部的环境温度和湿度、精准测量变压器绕组温度以及绕组其他状态、精准测量变压器铁芯内部的接地电流和变压器常规电流大小、精准测量变压器本体的释放电流和局部电流[6]。综合传感器能够与远程在线监控网络连接，使多个传感器节点在监控设备中全方面进行传感内容上传[7]。

在智能变电站的基建施工现场建设远程在线监控硬件系统的过程中，需要将综合传感器布局在基建施工现场的精确位置，并保证其不会影响智能变电站变压器的正常工作，也不会影响基建施工现场的正常施工进度。综合传感器中微电流传感器一般安装在变压器套管中的适配器中，微电流传感器依据变压器内铁芯的接地电流来测定变压器的微电流强度；温度传感器主要用于测量变压器内部绕组温度与周围环境湿度，传感器内部安装有光纤型温度探测装置，能够较敏感地识别出变压器内绕组温度[8]。光纤温度探测原理结构如图1所示。

图1 光纤温度探测原理结构

智能变电站基建施工现场需要通过高数字化能力的客户端与服务器为基建施工现场管理人员传送远程在线监控信息，常见的信息系统服务器构架为C/S 与B/S 两种模式，文中应用C/S 服务构架作为用户端的主要运行设备，为用户的信息获取提供稳定的后备资源，C/S 模式下的服务器能够充分发挥基建施工现场的复杂环境，充分应用综合传感器的硬件优势降低服务器在信息开发方面的损失，这种结构的服务器还能够在整个系统中进一步开发客户端数据与客户端服务端口，提前为智能变电站基建施工现场创造稳定的数据信息传输端口，C/S 模式下的服务器操作简单，智能变电站中的业务功能分类比较清晰，管理人员可以通过检索的方式快速寻找相应的数据信息[9]。

当服务器的访问量达到一定限度时容易造成服务器崩溃现象，为此文中将服务器的网络传输协议与Acam 超声波测量芯片数据处理协议相连接[10-11]。

文中还应用大规模集成电路作为智能变电站远程在线监控系统中音频消息的列阵处理器，具有处理数据量大、运算重复性高、信号处理任务精准等特点，能够与智能变电站远程在线监控系统控制计算机连接，该电路能够在任何工作电压下工作，适应能力较强，且能够进行独立单元的拓展，结合编程程序的数据驱动机制提升整个硬件系统的容错率。图2为大规模集成电路结构。

图2 大规模集成电路结构

2 系统软件设计

智能变电站远程在线监控系统的软件系统需要根据基建施工现场的实际情况进行设计与实时改变，软件系统中主要包含硬件系统的管理程序、监控数据查询程序、仿真管理程序、远程在线报告审批程序、通信程序、可视化智能交互程序、故障处理程序以及数据运行程序[12-14]。

针对智能变电站基建施工现场所在位置偏远的问题，远程在线监控系统的主要功能为远程数据信息管理功能。该功能主要用于实现对基建施工现场工作人员的远程分配与远程数据仿真查询，管理人员可以通过远程监控程序对仿真数据进行操作[15]。在软件的运行过程中需要统一在线监控语言，建立语言建模并融合基本的工业化标准语言与基建施工现场的基本概念、图像符号以及专业术语等。远程管理系统中能够有效利用智能变电站中的仿真信息，提升智能变电站仿真系统的监控效率，实现监控信息的灵活性与智能化，整体的软件程序可以划分为多种类型的角色，对不同类型的仿真数据进行管理。软件系统的仿真数据管理分配图如图3所示。

图3 软件系统仿真数据管理分配图

软件系统的管理体系主要负责整体系统的用户、权限以及相关功能，维护软件系统的稳定运行与硬件系统的高效，为了确保软件运行程序的稳定性，需要在用户管理层面上分别对用户的账号信息与角色信息进行分组管理，管理员能够对用户信息进行修改，方便智能变电站的角色添加与删除，管理员登录管理体系系统中还可以分配给其不同角色用户的权限，使具有访问权限的用户可以自主修改模式。管理体系中管理员管理时序图如图4所示。

图4 管理员管理时序图

数据查询功能是软件程序中的核心功能模块，能够在智能面板中显示智能变电站中远程的监控数据。数据查询功能主要包含开关数据查询、仿真数据查询、历史数据查询三类。其中，开关数据查询功能主要负责查询智能变电中固定客户端的监控界面数据，根据变电站中开关操作与状态信息保持交互界面的开关状态一致[16]；仿真数据查询功能用于获取智能变电站基建施工现场的硬件设备数据，可以对指定设备的数据进行精准获取，并以列表的形式或曲线的形式将查询结果表现在交互界面中，更加直观地显示远程监控信息的数据变化；历史数据查询功能主要负责查询智能变电站中的报警记录、故障记录、操作记录以及施工日期等历史信息，根据用户的权限不同还能引用服务器中的错误权限告警，将用户的登录程序转接到查询界面，从而提升服务器数据的安全性与精准性。

3 实验与研究

为验证上述监控系统的实际应用性能，将其作为检验对象，与基于无线网络传感器的监控系统和基于可视化的监控系统进行性能对比。实验研究环境选择在网络良好的系统下展开，避免因网络中断对实验研究结果的干扰。实验参数（1）如表1所示。

表1 实验参数（1）

根据以上参数，改造实验环境中的变压器，促使变压器符合整体监控系统的要求。智能化改造传感器部分的结构，调节变电站的在线监测装置，当变电站的在线监测数据指标超过监控数据指标时，停止监控系统的监控行为，以防止因数据流量过大造成监控系统操控失误。测量变电站的基础电流通过信息，调整变电站的电流输入模式，将收集的变电站电流与电压相匹配，集中加强对变电站信息访问的系统监测力度，并对变电站工作母线状态进行检验。母线开关设备结构如图5所示。

图5 母线开关设备结构

在实验传感器节点处布置多个网络监测点，注意在网络节点布置的同时不影响变电站的正常运转。当监控系统出现监控盲区时，需添加一定的冗余装置避免监控的误差。由此，收集监控系统的数据信息，并对比监控信息的流动误差率。监控信息流动误差对比结构如图6所示。

图6 监控信息流动误差对比图

根据图6可知，文中监控系统的监控信息流动误差低于另外两种传统的监控系统。这是因为文中监控系统根据系统监控的漏洞进行自行调节，利用网络检测装置对变电站的电流与电压信息进行数据化处理，将所有的流动数据转化为静态数据。选用微电流传感器将变压管的适配器内部电流疏导至微控中心，等待传感器的自主处理操作。在连接变压器铁芯电流的同时管理变压器的内部操作系统状态，防止因内部状态异常对监控操作造成影响。在变电站内部变压器顶部设置绕组装置，将无线传感器配置在变压器外部，根据变电站发出的振动频率信号获取相应的振动参数，按照振动参数调整监控的帧数设定操作，获取帧数精准的监控影像，进而控制监控信息的流动，使其贴近实际流动方向，取得误差率较小的信息流动数据。

结束初次实验对比操作，利用实验得出的数据进行二次实验对比操作，控制变电站的监控系统数据流通状态，并对监控系统进行升级，实验参数（2）如表2所示。

表2 实验参数表（2）

为避免产生系统监控失误现象，在研究的过程中需添加系统自主防护装置，并按照防护等级增强装置的使用功率。在完成以上操作后，将取得的实验结果数据进行对比，得到监控信息完整度对比情况如表3所示。

表3 不同监控系统监控信息完整度对比

根据表3可知，文中监控系统的监控信息完整度高于另外两种传统的监控系统，表明文中监控系统设计具有良好的监控效果。这是因为文中监控系统选用操作性较强的系统框架对变电站信息进行了集中处理，管理变电站的内部操控中心，并对中心数据进行基础调节，不断控制变电站的电流流动方向与电磁的干扰兼容选项，在获取一定数据信息基础的前提下构建变电站内部监控数据审核机制。及时缓解变电站运转过程中产生的数据压力。在降低变电站运作压力后，利用监控程序应用对监控的范围进行计算，取得相应的监控区间数据，在区间内部调整监控信息位置，并追踪位置电流，获取需进行监控的数据，由此提高整体监控信息的完整度，监控效果较强。

4 结束语

针对传统的电站远监控系统存在的信息流动误差较大、信息完整度较低的问题，文中设计了一种新的智能变电站在线监控系统。该系统不仅有效解决了传统系统存在的不足，还具有较强的操作性，符合监控程序的后续运营，能够更好地为使用者提供优质服务。可以说，该系统具有较强的应用优势和良好的应用前景。