基于物联网的变电站运行环境监测系统的设计

黄建威

深圳市电网通信有限公司 广东 深圳 518000

引言

针对智能变电站设备数量众多、运行环境复杂、数据传输干扰大等特点，采用专用软件程序实现对智能变电站设备状态数据的综合诊断、评估，设备状态具有一定的规律性和稳定性。由于数据传输干扰大等特点，在监测过程中经常会发现，由于智能变电站设备在发生故障时，其温度变化具有一定的规律性和稳定性，因此对设备温度变化趋势进行监测，及时采取措施，防止事故的发生，是智能变电站设备温度变化趋势的一个重要方面。

1 监控系统结构

中国的智能变电站从2009年开始建设，根据国家电网公司的要求，对智能变电站进行智能化辅助控制系统和智能化辅助控制系统的研究与开发，到目前为止，部分智能变电站已配置智能辅助控制系统电源设备，但其效率还有待进一步提高。研究结果表明，智能变电站在此阶段应结合智能辅助控制系统的实际运行情况，分析智能联动控制系统的性能，以提高智能联动控制系统的运行质量，主要是采用人工巡逻的方式进行智能监控，此阶段智能变电站不能完全适应新的智能变电站的实际运行，总结分析以积累更多的经验，保证整个系统的水平有较大的提高。

自动控制方面，新一代信息技术与常规变电站设备相结合，实现了自动化、智能化方面，新一代信息技术发挥智能控制功能，对传统变电站设备运行管理进行了全面的升级和改造，技术人员可以利用专用软件程序对传统变电站内部设备的运行状况和管理进行监测和评估，发现问题后立即对相关设备进行定位和分析，并根据反馈结果[1]。但从实际情况看，智能变电站多、运行环境复杂，由于执行器监控难、数据采集难、数据失真等原因，很容易受到各种不确定因素的影响，因此必须采用新技术实现变电站运行环境动态监控管理。

2 监测系统的结构设计

工作人员可以根据物联网作用形式以及技术性质的区别，将监测系统的结构框架分为应用层、网络层以及感知层三种。应用层主要对应的是数据展示以及应用层结构体系、网络层主要对应的是数据传输层结构体系、感知层主要对应的是传感器采集层结构体系。从其结构框架设计中可以明显看出，此三种类型的结构框架中涉及的关键因素众多，因此，工作人员需要从此三类结构框架入手，对监测系统进行科学的规划与设计。

2.1 应用层结构框架

根据输入性质可以将应用软件平台进行详细划分，可以将其分为监视、通信以及数据库等不同的软件类型。在工作人员建设应用软件平台时，需要严格遵从国际标准，对其进行优化处理，从而不断增强系统的开放性。从客观角度而言，应用软件平台几乎可以说是所有系统的基础，其不仅具备着系统横向以及纵向全方位的集成任务工作，还承担着保证各个网络节点正常运营的环境优化职责。

2.2 网路层结构框架

通常而言，变电站监测系统在对数据信息进行智能采集的过程中需要具备以下特征：首先，工作人员必须积极运用现代化科技以及高集成度微电子技术，对网络通信方式进行合理配置，并且保证后续安装与维护工作的有序正常开展，不断增强终端集成度。其次，工作人员可以有效运用LCD显示技术，为告警以及终端配置等装置提供较好的数据资源。并且，运用铁电存储器工作人员可以将海量的运行数据进行稳妥有效保存。与此同时，在对信息进行监控时，工作人员需要充分利用传输的双向优势，积极应用以太网或无线射频网等各种方式显著增强系统数据信息的运输效率。再次，在设计过程中，工作人员可以最优选择带有对环境进行远程监控的集中器设备，设备的监控功效应具有良好的通信、遥测以及遥控等功效。最后，工作人员需要将操作系统向图形化方向转变，从而保证工作的有效性，突出数据信息交互以及后续维护工作的优势。

2.3 感知层结构框架

工作人员可以选择将有源无线射频以及数字式传感器等两种设备互相融合的形式提高数据信息采集工作质量，增强环境信号传输速度。同时，工作人员最好选用带有应用软件的电路板，从而可以对湿度以及温度进行有效的监测分析，从而依据最终结果，对变电站所处的具体环境进行精准分析。

3 监测系统功能分析

变电站环境监测系统首先具备对变压器安全的监测功效，其主要对变压器局部放电、套管、油中微水以及溶解气体等故障连续进行监测，从而可以对变压器自身的绝缘状况进行深入了解与综合分析诊断，完美实现对变压器的安全预警。对于反应容性设备而言，设备的等效电容以及介质损耗角可以充分反映其设备绝缘情况，针对以上参量，工作人员可以利用系统连续的对其绝缘情况进行深入分析，完美达到对反应容性设备的安全预警以及绝缘情况分析。其次，工作人员可以利用系统对避雷器电流泄漏的阻性分量进行数据信息采集与分析,从而积极判定避雷器自身绝缘情况，保证预警工作的顺利开展。工作人员还可以对变电站环境空气中的氧气以及六氟化硫含量，从而可以精准分析在六氟化硫气体在环境中的浓度是否符合相应标准，进而可以判断高压设备自身绝缘情况。变电站环境预警系统可以对变电站重要设备以及场所的外界工作环境，像明火烟雾、外界温度、电缆沟是否进水、是否有动物闯入、是否有非工作人员闯入等情况实时进行监测，一旦有任何异常情况出现，系统可以立即报警并作出明确显示，并利用现代技术进行数据信息上传，保证信息的准确性与及时性。在变电站运行环境监测系统中，工作人员已经应用了技术十分娴熟的无线通信以及传感技术，完美的实现信号传输以及高压隔离工作，并且运用其特有的抗电磁场干扰以及绝缘性能，可以直接从根源上解决变电站高压开关柜之中无法准确监测触点运行温度的难题。工作人员可以在每一个高压开关柜的刀闸以及触头上安装系统，进而利用无线传输的方式将数据信息传递到集中器，完美实现远程预警功效。工作人员还可以利用微处理与通信技术，积极应用国外先进的传感器，利用接触式测量的工作原理，对电缆运行过程中的温度实时进行监测，此时系统可以利用棒图、曲线、数值以及模拟图等多种方式展现温度的变化趋势。最后，工作人员可以利用系统对变电站中蓄电池组充电以及输出的电压数值实时进行监测，从而可以制定不用员工值班的工作室。尤其可以解决通信机房没有电源或者电源出现故障时产生的蓄电池受损问题，杜绝安全隐患存在，有效保障了工作站的安全。

4 监测系统的功能设计

4.1 主变油色谱在线监测设计

按照物联网的运行方式，网格层与传输采集层相对应，应用层与数据应用层相对应，具体表现在因特网技术体系结构中，从因特网技术体系结构设计的角度看，因特网技术体系结构运行环境监控系统需要协调、合理输入，优化商用数据库，以确保系统的开放性和可持续、改进性，并可从目标上考虑应用软件平台的集成系统。该方法既考虑纵向、横向集成的任务管理，又能优化系统网络节点的良好运行环境。

4.2 安全设计

变电站容设备监测、环境监测预警和无线高压测温等方面进行统筹和合理设计，在变压器指令安全监测设计中，应针对变压器故障，根据监测反馈的运行异常的问题进行准确工位分析，根据具体原因采取针对性措施，加强变压器绝缘安全预警功能。在变电站容设备监测中，应主动将智能控制与自动管理相结合，实现对变电站重要场所及等效电容的实时监测功能，保证了信号的安全传输，并在此基础上结合传统变电站设备高压开关接头工作温度难以监测的特点，与无线高压测温技术相结合，实现了实时监测。

此外，为了进一步提高变电站运行环境监测系统的安全性，设计人员可以主动将GPRS网络监测技术与物联网结合起来，主要是利用物联网技术的宏观控制优势，实现对变电站运行环境的动态监测与分析，如在采用传感器网络监测技术过程中，现场运营商可以利用 GPRS网络监测技术，实现对设备运行温度和运行图像的监测与管理，利用 GPRS技术对设备的异常情况进行定位和分析，及时解决现场运行中的问题。

4.3 智能监控设计

该方案的设备包括：主变铁芯、氧化锌避雷器、主变油色谱单元、兼容高压设备监测单元、金属氧化锌避雷器监测单元、变压器铁芯电流监测单元等，智能变电所各单元可分别配置，控制电缆可与设备主体相连，站内自动化系统可与设备相连，智能监控系统 IED安装在智能控制柜上，考虑功能和成本因素，智能变电所可选择中空智能控制柜与风机通风系统相结合，状态监测系统后台软件可分层设计，实现实时数据采集、监测、分析、处理和存储，体现了配置灵活、扩展性强、集中程度高的特点[2]。

4.4 智能循环设计

对设备工作温度、压力密度、雷击泄漏电流的报警，其中感应网主要包括监控能力，通过软件分析设计，实现功率提高的同时考虑到设备在高温、高压、强磁场环境中运行的需要，采用软件分析设计方法，实现感应网的测控功能[3]。智能循环化管理实现对感应网络监控中上传数据的处理，将控制信号发送到感应网络监控中，调整设备运行状态，及时通知并记录设备异常，将设备 GPRS信号保存到网络数据库服务器上，同时，当设备发生异常时，感应网络监控中的智能监控系统就会发生异常，获取变电站的数据。

运用图像监控功能，对站场维修作业进行智能确认，还可以实现对监测作业的自动监测分析、工件对象确认、工件识别、工件流程识别、工件详细信息收集、工件报表自动生成、智能监控自动完成说明。关于变压器绝缘安全警告和设备兼容监测，通过对变压器故障、油、套管、油、诊断器等进行连续监测，对变压器的绝缘进行全其主要参数为中损角和等效电容器，用于评估兼容设备的绝缘质量，实现绝缘兼容、测量和安全警告，以及无线电监测和系统密集度、避雷器漏电、防雷组分检查等。

5 结束语

总之，监测系统配套使用并普遍实施，实现对变电站设备的实时监控，极大地减轻监控员的工作量，发现并确定发电机组的位置，正确处理机组隐藏的危险，采集、收集、汇总、处理和监控各变电站设备的监控数据。物联网技术的推广应用，为我国变电站的运行提供了良好的技术保障。在设计应用过程中，设计者可以积极地结合物联网技术的宏观控制功能，监测、管理变电站的运行环境和运行状况，在此基础上，结合其自动化和智能控制功能，及时发现变电站设备的异常运行情况，及时反馈，防止内部隐患扩大；结合物联网技术的智能诊断与分析功能，传统的状态监测技术已经从孤立状态发展到交互式共享状态，为我国电力生产的可持续发展提供了有力保障。