水电智能开关站一体化监控系统设计及应用

国网甘肃省电力公司刘家峡水电厂 王小星 崇育斌

相较于传统水电开关站，引入智能技术后，开关站性能得到强化，有效解决了水电站运行中可能出现的问题，建成一体化监控系统，成为工作人员的首要工作任务。因此，相关人员正确认知水电智能开关站作用，适应开关站运行需要，高质量完成一体化监控系统设计与应用，充分发挥智能技术作用，凸显一体化监控系统的优势。研究此项课题，具有十分重要的意义。

1 水电智能开关站一体化监测系统前期准备工作

1.1 明确设计思路

为发挥一体化监测系统的作用，在设计与应用系统之前，工作人员务必理清设计思路，作为设计工作开展的基础，深入水电智能开关站现场，整体考虑建立一体化监控系统应具备的功能，确定监控系统的功能结构，做好前期准备工作，为系统的设计与应用奠定基础。受水电智能开关站运行特点的影响，建设一体化监测系统之前，工作人员要明确建设目标，通过合理地设计增强系统的监控能力，整合开关站包含所有信息的设施，引进融入智能化技术的先进设备，如通信管理机、二次设备等，提升开关站的智能化建设水平。

一体化监测系统的建设须智能技术的支持，只有应用智能化设备，才能随时采集开关站各设备的运行信息，快速传送至监控系统，奠定监控系统顺利运行的基础，使监控系统与各设备随时交换信息，丰富监控系统数据库中的数据信息。同时，一体化监控系统中包含规约转换装置，如须传送6万点数据，利用该装置将数据滤至8000点左右，将过滤后的数据信息传送，由服务器接收传输的数据，调用相关程序分析与处理数据，基于分析结果主动调整运行参数[1]。

1.2 网络布置

在一体化监测系统设计与应用过程中，网络布置为关键环节，网络布置结果与系统运行效果关系紧密，只有合理设计网络的布设方案，才能使监控系统发挥应有作用，且不会造成资源浪费，建设一体化监控系统的成本控制在合理范围内，安全传输智能设备采集的信息。为强化监控系统运行的稳定性，系统中设计四路通信，即便其中三路出现故障，无法传输数据信息，系统依旧处于正常运行状态，起到监控开关站设备运行状态的作用。

网络布置中，设置系统通信协议为重要内容，分析该监控系统的运行特点，通常选用104协议约束系统信息交互行为，协议的主站为监控系统，监控系统与智能设施借助通信管理机实现通信，向系统发送信息，接收系统传达的指令，控制水电智能开关站设备的运行。除此之外，按照该方案布置的网络，实现通信系统与监控系统的隔离，凸显不同通信系统的独立性，数据传输安全不受外界因素的影响，避免出现数据失真问题，使监控系统接收的数据真实反映设备的运行情况，调用相应程序优化开关站的运行方式，保护开关站稳定运行。

2 水电智能开关站一体化监测系统通信设计

2.1 通信网络设置

通信网络是一体化监控系统运行的基础，应引起系统设计人员的重视，分析水电智能开关站运行，识别能够代表设备运行状态的参数，科学设置通信网络，确保监控系统通信顺畅，加快数据信息的传输速度，实时获取采集的设备信息。一般情况下，通信网络设置的通信协议与监控系统、设备通信协议一致，104协议是通信网络设置中常用协议，为增强通信网络的稳定性，监控系统中设置2组虚拟器，各通信主机使用不同虚拟机，系统内冗余空间适宜。

设置通信网络期间，分配通信IP 地址是关键，以某水电智能开关站为例，工作人员设置通信机的初始编号为131，备用通信机初始编号为191，依据表1所述方式分配通信IP 地址，其中X 为备用通信机的编号，Y 为智能通信机的编号。设计与应用一体化监控系统期间，尤其关注通信网络的设置，结合水电智能开关站的实际情况，为组成监控系统的通信机分配IP 地址，各通信机通信环境良好[2]。

表1 通讯IP 地址分配

表2 通信配置点表

2.2 通信配置

为使水电智能开关站长期处于稳定运行状态，设计人员重视通信的配置，增强监测系统的通信能力，各智能设备与检测系统通信顺畅，实时向监测系统发送数据，监测系统接收信息后，得出分析结果，向相应设备发出指令，控制设备的运行参数。监测系统运行过程中，为避免数据传输堵塞，应设置两条数据传输线路，一条用于传送智能设备采集的运行信息，另一条设备用于下达监控系统的指令，各数据通信线路，数据信息的传输方式一致，不会出现线路堵塞的问题，通信配置与监测系统运行理念相符，有助于提升传输信息的时效性。

2.3 振动信号处理

2.3.1 小波变换

一体化监控系统中，数据信息以信号的形式传输，信号的转换会影响通信网络的通信质量，小波变换是转换信号常用方式，是一种可伸缩的信号变换算法，适用于多个频段信号的转换，方法的应用不受限制，信号转换结果准确，小波变化公式为：

其中，变量a 与τ 分别为尺度与平移量，函数的伸缩情况取决于尺度，而函数的平移程度受平移量的影响，尺度与平移量成反比。设计一体化监测系统中，可采用该方法转换信号，解读传达信号蕴含的信息，确保监测系统接收信息真实，得出准确的监测结果。设计人员应深入学习小波学习法，理解该信号转换法的应用原理，借助智能技术实现该算法，处理系统中传输的信号。某水电站运用该方法处理传输的信号，信号不再出现失真的问题，传输数据信息真实准确，监测系统正常运行。

2.3.2 包络分析

包络分析也是一体化监测系统中常用信号转换法，能够确保转换前后信号蕴含信息的一致性，帮助监测系统获取设备的真实运行信息，以便系统准确判断设备的运行情况，针对不同设备的运行状态，调用系统相关程序，改变设备的运行状态。相较于其他信号转换法，包络分析法灵敏度高，且具有极强的抗干扰能力，抵御外界因素的消极影响，防止信号转换过程出现问题，致使转换后信号失真，无法为监测系统传输准确的数据信息。该信号转换法的计算公式为：

其中，x（t）为负数解析信号，设计人员基于该公式，编写处理信号的算法，将包络分析引入信号处理，利用该信号转换法的优势，提升监测系统的性能，得出最准确的监测结果。设计人员在选择信号转换方法之前，明确设计一体化监测系统的目标，针对监测系统的特点，选择最适宜的信号转换方法。设计系统之前，组织设计人员学习信号转换法相关知识，熟练掌握不同信号转换法的应用方式。

3 水电智能开关站一体化监测系统指标数据采集

3.1 数据采集标准

采集数据作为监测系统的核心环节，也是监测系统顺利运行的关键，为此工作人员建设系统过程中，明确规定数据采集的标准，系统分析采集数据信息后，能够真实了解被监测设备的运行状态，判定水电智能开关站中各设备是否需调整运行参数。以水位传感器为例，采集数据时可使用性能指标见表3，采集的数据更为精确。水电智能开关站涉及设备类型多，反映设备运行情况的数据指标不同，工作人员应深入分析不同设备的运行特点，识别能够代表设备运行情况的数据，设置数据信息的采集标准，如动作时间为展示设备性能的主要参数，一体化监测系统中要求该参数指标的精度达到毫秒级。

表3 水位传感器性能指标

为确保数据传输安全，监控系统组成各部分数据传输格式应保持一致，按照统一标准采集数据信息，防止数据信息在传输过程中，数据标准发生多次变化，造成数据失真，不利于监测系统做出准确的判断。水电智能开关站中，数据采集以B 码直流信号形式传输为主，以该形式采集并传输的信号符合检测系统的运行需要，统一标准的数据在检测系统中传输速度快，数据信息的时效性得以保证，即便同时传输大量数据，也不会造成一体化监测系统宕机。

3.2 数据检错

确保传输数据的精确性，有助于提升监测系统的运行结果，凸显监测系统用于水电智能开关站控制的优势，为此工作人员在设计与应用系统过程中，务必设置校验数据准确性的程序，检验采集数据的真实性，确认数据信息可真实展现设备运行状态后，处理并分析数据，作为监测系统运行的数据基础。水电智能开关站监测系统中，以报文的序号为标准，通过判断报文序号连续性，判定接收的报文是否完整，针对不完整报文要将此类报文作单独处理，否则会造成监测系统误判。

与此同时，也可使用循环冗余校验码验证数据的准确性，该校验法应用灵活性较强，校验码的长度确定不受限制，设计人员依据开关站数据信息校验需要，科学设施校验码的长度，并将设置的校验码附加在传输数据之后，二者共同组成报文。设计系统过程中，设计人员深刻理解数据检错方法，编写程序实现数据检错功能，系统接收数据信息后，自动调用相关程序处理数据，验证数据信息的真伪。

4 水电智能开关站一体化监测系统操作

操作系统的过程，即应用监控系统的过程，决定监控系统运行的安全性，因此工作人员根据水电智能开关站的特点，规范完成一体化监测系统的操作方式，使一体化监测系统在开关站中发挥作用，监控开关站设备的运行状态，调整设备的运行参数。为降低一体化监测系统的操作难度，设计人员优化系统界面设计，坚持简单、美观的设计原则，内容简单易懂。

同时，优化各功能的执行流程，以遥控选择为例，该功能界面中设置操作按钮，工作人员点击按钮调用功能，输入信息发出指令后，弹出提示框要求工作人员确认操作。检测系统分析采集数据信息后，比对分析结果与预定标，判断设备是否处于正常运行状态，增设警戒功能，如发现设备运行出现异常，快速向工作人员推送消息，及时采取措施排除故障。

5 结语

综上所述，一体化监控系统的设计与应用具有较高的研究价值，避免连接线路出现冗余，造成资源浪费，不利于控制水电开关站建设与运营成本控制。工作人员要关注智能技术领域最新研究成果，学习先进的技术应用理念，适应水电开关站的运行条件，制定科学且完善一体化监控系统设计与应用方案，体现开关站在水力发电系统中的作用。