110 kV变电站一体化监控系统研究

许洎筠

（福州维思电力勘察设计有限公司，福建福州 350109）

0 引言

110 kV变电站作为电网中的重要节点，承担着电能传输和配送的关键任务，其能否稳定运行直接影响整个电力系统的稳定性。为保证110 kV变电站稳定运行，需要采取必要的监控、管理措施，及时识别与解决其潜在问题。但传统的变电站监控系统存在数据孤立、信息不共享等问题，限制了运维人员对设备状态的及时监测和处理[1]。为推动变电站的智能化、自动化和信息化发展，提高供电设施的可靠性、安全性和经济性，有必要对110 kV变电站一体化监控系统进行深入研究。因此，本文从系统设计角度，对110 kV变电站一体化监控系统进行研究，旨在集成各个子系统的监控数据，实现数据的共享与联动，提高供电设施的运行质量。

1 110 kV变电站一体化监控系统的提出

随着电网规模的扩大和技术的进步，变电站作为电能传输和配送的重要环节，其稳定运行和可靠性变得尤为关键。传统的110 kV变电站监控系统通常由多个独立的子系统组成，例如电气监控、环境监测、安防监控等[2]。这些子系统通常采用独立的硬件设备和软件平台，数据信息孤立，导致监控信息无法集成和共享，管理和维护成本较高，同时也存在安全风险和响应效率低下的问题。为突破传统监控系统的局限性，提高变电站的管理水平和运行效率，110 kV变电站一体化监控系统被提出。该系统利用现代信息技术、物联网、云计算等先进技术手段，实现变电站内部各个子系统之间的数据交互、信息共享和协同工作。通过将各个子系统的监控数据和信号集成到一个统一的平台上，实现对变电站设备状态、环境参数、安全风险等的实时监测和分析，提高故障诊断和处理的效率，减少人为操作失误。总体而言，110 kV变电站一体化监控系统的提出背景是推动变电站的智能化、自动化和信息化发展，提高供电设施的可靠性、安全性和经济性，通过实现集成管理和综合监控，及时捕捉异常情况并采取相应措施，提前预警和防止潜在故障发生，确保电网运行的稳定性和连续性。

2 110 kV变电站一体化监控系统设计

2.1 功能设计

110 kV变电站一体化监控系统是用于对变电站进行实时监测和管理的系统，能够集成多种监控设备和传感器，以获取变电站各个方面的数据，并提供实时的状态监测、告警和操作控制功能[3]。在实际运行中，110 kV变电站一体化监控系统可以扩展多种特色服务类型，如智慧用可视化系统等。结合110 kV变电站实际运行需求，设计110 kV变电站一体化监控系统功能具体如下：

第一，远程监控与控制。操作人员可以通过网络连接访问变电站的实时数据和状态，并进行远程操作控制。

第二，可视化界面。以图形化方式展示变电站状态和参数，通过声音、短信、邮件等方式及时通知相关人员发生的告警事件。

第三，故障诊断与告警处理。根据实时数据和历史记录，辅助运维人员快速定位故障原因，提供相应的维修和保养指导；及时检测并报警处理发生的异常情况，如过载、短路、漏电等[4]；通过设定合理的阈值和告警规则，确保及时采取措施以避免潜在风险。

第四，数据分析。对采集到的数据进行统计、趋势分析和故障诊断，为运维人员提供决策依据。同时，系统应能够生成报表和图表，以便于数据的展示和管理。

第五，可拓展功能。满足变电站区域内其他分布式能源等接入需求，满足配电网及其他设备接入需求，为能效分析评估及设备运维提供支持服务等。

第六，数据采集。实时监测变电站各个部分的状态和参数，如电流、电压、温度、湿度等。通过传感器和监测设备采集数据，并确保数据的准确性和可靠性。

2.2 系统架构设计

基于上述功能设计分析，确定一体化监控系统采用三层式架构，具体如图1所示。

图1 一体化监控系统架构

本文设计的一体化监控系统架构中，间隔层装置采用了IEC 61850标准，能够与监控机等进行实时通信。同时，采用就地安装的方式安装智能终端开关场，以实现开关灯信号的及时反馈。另外，为有效传输变电站内IED之间的实时信号，系统应用了GOOSE传输机制。

3 110 kV变电站一体化监控系统实现方案

3.1 系统架构实现基础设置

110 kV变电站一体化监控系统通过监控系统、分布式网络结构、规约设计，将各系统模块融合为一，实现了各模块的精准接入、数据共享、专业融合、能源转换、信息交互等[5]。同时，110 kV变电站一体化监控系统的实现以融合网络为基础，以数据的深度挖掘与整合为核心，以信息的安全传输为保障，为变电站运行效益最大化奠定了坚实基础。基于变电站运行需求分析，将监控主机与相关服务器安装在变电站二次设备室内。

3.2 安全分区

110 kV变电站对监控系统可靠性、实时性的要求较高，为保证系统安全可靠，变电站与光伏电站等数据独立，对110 kV变电站一体化监控系统进行安全分区设计，具体如下：

第一，安全分区1。该区内配置的设备包括保护装置、测控装置。其中，监控平台的防火墙可以与安全分区2中的监控平台通信，形成安全数据互联与共享，提升系统安全性。

第二，安全分区2。该区内配置网络安全监测装置、故障滤波器、一体化电源等。同时将监控系统的接口设置为标准接口，与站控层网络进行联通，实现数据信息互联与共享[6]。

第三，安全分区3。该区内配置视频系统、在线监测系统等，并将数据模块、通信基站模块接口设置为标准接口，与本区内的网络进行联通，实现各系统界面共享、数据信息共享。

3.3 配置方案

本研究设计的110 kV变电站一体化监控系统采用集中式配置方案。

站控层中，配置数据服务器、应用服务器等设备，为实现数据采集与共享奠定基础。同时，在站控层中设置工作站、远动工作站等，以支持分布式结构。另外，在站控层内设置集成中心、控制中心等，保证系统外部多元化设备能够接入系统。

间隔层中，配置测控装置、保护测控装置、安全监测装置、视频系统等，确保在线监测、辅助设备有效运行与应用。

过程层中，配置站内合并单元、智能终端等，使系统能够全面收集相关数据信息，并提供测量保护机制。需要指出的是，在系统实际运行中，保护装置所需的合并单元采样密度≥80点/周波，导致合并单元报文的网络流量巨大，对交换机提出了较高要求[7]。交换机配置具体如下文3.6所示。

3.4 网络通信

本研究设计的系统中，站控层采用可扩展性、开放性良好的以太网组网，以满足系统扩展的相关要求。同时，采用DL/T 860规约，提升站控层的抗干扰能力及系统的可靠性；采用IEC 61850 MMS协议，实现了变电站内调度自动化等信息数据的远程传输。特别需要指出的是，在本研究系统设计中，采用模块化设计方式，技术人员可以根据系统的实际应用场景对系统进行配置。

3.5 数据控制流

数据控制流是一个循环过程，不断地进行数据采集、传输、存储、处理、展示和指令传递，以保持对变电站运行状态的持续监控和管理[8]。本研究设计的系统中，数据控制流包括储能控制流、充电控制流、变电站控制流等，可以根据分区网络接入数据控制流，以保证控制命令的传输具有高效性。同时，经过处理和分析的数据可以通过可视化工具展示给操作人员和管理人员，以直观地查看变电站的运行状态、设备健康状况、报警信息等，便于及时做出决策和采取相应措施。另外，基于对数据的分析和判断，系统可以生成相应的控制指令，并通过通信网络将指令传输到变电站内部的执行设备。这些指令可用于调节设备参数、启动或停止设备，以实现对变电站运行的控制和调度。

3.6 交换机配置

本研究系统设计遵循了集成化、分布式的组网原则，即各子站分别配置间隔交换机采集间隔信息。当交换机接收到报文后，可以从中获取信息来源地址，并将地址添加到地址列表中，建立对应关系。通过分析地址列表中是否存在地址的其他端口，判断报文的保留和丢弃。在系统运行过程中，交换机会周期性地向各端口发送查询报文，若端口中的报文继续保存在地址列表中，则对报文进行应答，并保存相应报文；若端口中的报文不继续保存在地址列表中，则不响应查询报文[9]。另外，在系统运行中，若交换机超时未收到查询报文的应答，则在地址列表中将对应的端口、地址信息删除。除此之外，基于大数据链分析及未来能源互联网数据量分析，在系统的站控层配置千兆以上的交换机。

4 结束语

综上所述，为推动变电站自动化、信息化发展，提升变电站供电设备运行可靠性，本文提出了110 kV变电站一体化监控系统，通过整合各子系统，实现数据共享、远程监控，提高变电站运行效率与可靠性。整体而言，本研究设计的系统具有兼容性，适用于多种环境、运行需求条件下的变电站监控实践。但在未来发展中，该系统仍面临技术难题，且需要深化拓展系统功能，以进一步推动变电站一体化监控系统在电力领域的应用和发展。