无人值守变电站电气设备计算机监控系统的设计

杨翠萍， 陶福贵， 陈帮鹏

（张家口职业技术学院，河北张家口 075000）

电能，作为现代生活不能缺少的能源，是人类社会发展的基础之一。变电站作为电能中转场所，其运行状态是电力系统提高运行可靠性的重点。因此，实现变电站的监控管理是现代电力发展的必然趋势。

变电站监控的主要功能是利用计算机技术，对变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）进行功能组合和优化设计，实现对变电站的主要设备和输配电线路的自动监视、测量、自动控制和电气保护，以及调度通信等综合性的自动化功能。而随着网络技术的发展，各变电站、所都有了可靠的通讯网络，这使远程监控成为可能。

变电站的远程监控是利用远程网络，对各变电站的有关数据、参量、图像进行采集，并将采集后的数据进行编码后传送到电力调度中心，进行存储和管理。同时，远程监控中心通过对这些数据的分析，掌握设备的运行状态，从而实现有效的监控。电力远程监控系统的实施为实现变电站的无人值守提供了可能性，从而为推动电力网的管理逐步向自动化、综合化、集中化、智能化方向发展提供有力的技术保障。

无人值守变电站由运行值班人员固定在当地每天进行日常监测和对变电站设备进行维护，改变为变电站的运行和调度由监控中心远程来完成。顺应了电力行业科学技术的发展方向，是一种新的变电站运行方式。

本文设计了基于ZigBee网络无人值守的变电站计算机监测系统，满足了变电站自动化系统的远程监控要求。

1 无人值守变电站电气设备智能监控系统主要功能分析

无人值守变电站的计算机监控系统涉及多个研究领域，包括计算机通信技术、自动控制技术、人工智能技术等，是现代科技在电力系统综合应用的体现，并已发展成为一个相对独立的电力系统技术领域[1]。

无人值守变电站主要通过现场在线监测系统来监测设备运行状态、电网的运行参数，并将这些监测数据及时上传至中央监控中心，使中央监控中心能及时、准确地获取变电站运行和管理信息，随时掌握变电站的实时运行状态，及时实现能源的合理调度。同时运用自行检测与诊断系统，在发现设备或装置出现异常情况后，立刻启动报警装置并闭锁端口，避免事故扩大，同时启动事故模块，对事故点进行采样、决策、判断、隔离及消除，以减小设备故障对系统的影响。

根据以上分析，本监控系统的主要功能如下：

（1）数据采集：电力设备的运行数据主要包含两类：一类为电压、电流、温度、湿度等模拟量；另一类为现场报警信息等开关量。这两类数据都需要通过数据采集模块将数据传送至监控中心。

（2）运行状态监控：对变电站的运行工况与设备状态进行监控，当设备发生故障时，监控主机可以凭借计算机的多媒体功能实现声光报警功能。同时还可以将事故信息进行打印记录和存储。

（3）事件记录：中央监控中心设置相应数据库，将对应的运行参数功能记录下来，重点是记录刀闸开合记录和故障时间类型记录。

（4）远程控制操作：中央监控中心将变电站里各种电气设备的运行参数与数据库里的标准数据进行对比分析，根据实际情况对断路器，隔离开关的开合进行远程操作。

当前无人值班变电站的综合自动化系统主要包括“四遥”（遥测、遥调、遥信、遥控）监控。但是，只具备这四项功能还不足以实现对电气设备的有效监控。本文在“四遥”的基础上，又增加了对视频信号和音频信号的远程监控功能，以便通过现场的图像信息及设备运行的声音信息更加准确地判断和分析事故的原因，有利于及时发现、处理现场故障。

2 系统硬件设计

变电站监控系统的硬件系统主要包含下位机硬件部分、通讯层硬件部分及上位机硬件部分。

变电站监控系统下位机的硬件部分主要是数据采集设备。这些设备的主要任务是将现场的电压、电流、有功、无功、频率、电能等参数、各个开关状态、音频信号、视频信号等内容送入单片机，由单片机进行信号处理后，向上位机传送。

变电站监控系统的底层主要完成的是物理层采取何种方式进行数据的采集和传输。现在的变电站通信大多是通过有线网络进行信号的采集、传输和发送，主要的方式有RS232、RS485、CAN总线等方式。但是，随着电力系统的不断发展，变电站的设备繁多，信号复杂，利用有线网络的通信传输方式存在综合布线难、工程量大、成本高、维护困难等问题。因此不太适合目前变电站的通信要求。本设计采用了基于ZIgBee无线自组网技术来实现变电站监测系统。

ZigBee是一种无线连接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915MHz(美国流行)3个频段上，分别具有最高250、20和40 kbit/s的传输速率，它的传输距离在10～75m的范围内，但可以继续增加。作为一种无线通信技术，具有低功耗、成本低、时延短、网络容量大、可靠、安全、经济等特点，非常适合工业现场自动化控制的数据传输[2]。

采集层收集的数据向上传送至数据融合中心。数据融合中心起到两个作用：第一是对现场的数据进行初步的处理，并对紧急故障进行及时的反馈；第二是把数据通过相应的通信模块与公共通信网相连，将数据传送至远程监控中心。

变电站监控系统上位机的硬件部分主要是监控中心，内设数据库及相应的监控控制软件。整个系统的结构框图如图1所示。

图1 系统结构图

3 系统软件设计

本系统的软件部分采用模块化开发方法，采用的开发工具采用VC++，数据库采用SQL Server2005。应用软件包括通讯模块、参数设定、数据采集与处理、报警处理、查询打印、负荷曲线、实时显示、生成报表等部分。具体软件结构如图2所示。

图2 系统软件结构图

现场数据传送至监控中心后，软件部分负责处理这些数据的具体含义，并对这些信号所包括的信息做出对应的动作，从而实现变电站设备的有效监控。

4 总结

本文设计了基于ZigBee网络的无人值守变电站计算机监测系统，该设计满足了变电站自动化系统的远程监控要求，具有良好的系统实时性、安全性和灵活性。

无人值守变电站电气设备智能监控系统的开发属于智能电网建设的一部分，本设计可以丰富无人值守变电站的在线监测技术和状态检修技术，可以有效地提高变电站的运行效率。而将无人值守变电站与无线通信技术配合使用，对提高设备的运行可靠性，减小设备的运行维护成本，延长设备使用寿命，有着重要的现实意义。

[1]张鑫．无人值班变电站电气设备智能监控系统[D]．长沙：长沙理工大学，2012：6-7.

[2]高庆敏，和欢，石瑞杰．基于ZigBee无线传感网络在变电站监测系统中的应用[J]．华北水利水电学院学报，2010（2）：54-55.