基于物联网技术的变电站综合监控系统方案完整版

基于物联网技术的变电站综合监控系统方案标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
基于物联网技术的变电站综合监控系统方案
通信12k1 裴蕾 121903030117
一、物联网简介
物联网 ,英文名称叫“TheInternetofThings”(简称 IOT).通俗地讲 , 物联网就是“物物相连的互联网”.它是通过传感设备,按约定的协议, 把任何物品与互联网相连接, 进行信息交换和通信, 以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

2005 年国际电信联盟 (ITU)发布了《ITU 互联网报告 2005:物联网》,报告指出 ,无所不在的“物联网”通信时代即将来临, 世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换.射频识别技术 (RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。

电力物联网是实现电力系统信息交换和通信的一种网络.在一个电力物联网系统中,有两种站点,一种是监测中心(MonitoringCenter),另一种是监测站 (MonitoringStation).远动终端 RTU(RemoteTerminal Unit)工作在监测站,主要用于对监测数据进行采集 ,并把数据以规定格式通过串口发送至监测中心.监测中心从各监测站收集监测数据, 并对数据进行加工处理。

电力物联网实现的关键技术之一是监测信息的组织与存储问题.解决数据存储与管理问题的数据库理论和技术发展极为迅速, 应用也非常广泛.以关系型为代表的三种经典 (层次、网状和关系型 )数据库[3]在商务和管理
等事务型的应用领域中取得了很大成功 .但是关系型数据库系统占用内存大 , 数据存取速度较慢 .而电力物联网系统不仅要维护和存储大量的实时数据 ,而且对数据及其处理具有严格的时限性 .在数据通信方面, 目前电力系统已颁布了一系列的电力通信协议 ,如 IEC60870-5、IEC60870-6等[4].
但随着电力系统的高速发展 ,这些协议已不能完全满足实际应用的需要。

二、系统概述?
传统的变电站监控系统受传统理念和技术的影响，各个子系统都是孤立的，很难做到多系统的综合监控、集中管理，无形中降低了系统的集成度和可用性，增加了系统的管理成本。

无人值守智能变电站的使用，让远程、实时、多维、自动的智能变电站综合监控系统成为迫切需要。

变电站物联网监控与管理系统以“智能感知和智能控制”为核心，通过各种物联网技术的集成应用，实现全站主要电气设备、关键设备安装地点以及周围环境的全天候状态监视和智能控制，以满足电力系统安全生产、变电站安全防范、事故报警和责任追溯等要求。

TIP3000智能变电站综合监控系统以物联网为核心技术，通过监测、预警和控制三种手段，对全站主要电气设备、关键设备、安装地点以及周围环境进行全天候状态监视和智能控制，完成各子系统的信息集成,实现集中管理和集成联动，满足电力系统安全生产的要求和变电站安全警卫的要求。

三、系统结构：
根据《智能变电站技术导则》（Q／GDW_383-2009）、《110kV～220kV智能变电站设计规范》（Q／GDW_393-2009）、《330kV～750kV智能变电站设计规范》（Q／GDW_394-2009）等文件精神，结合我公司实际应用案例，采用分布式和模块化架构，把变电站智能辅助控制系统系统分为三级中心、六大功能模块、八大业务子系统。

系统结构图:
3、系统功能?
TIP3000智能变电站综合监控系统采用保证安全可靠和高兼容性的同时，具有以下主要功能：
1、集中显示：所有监控量在监控系统主界面上进行一体化显示和控制。

2、电子地图：提供电子视频监控、地图监控和图表监控三种监控模式，实现省、市以及变电站的分级分层显示。

3、脱机工作：站端设备能够脱机运行，在网络断线、服务器故障等情况下站端设备依然能够实现正常运行、联动报警、设备控制以及记录存储等。

4、联动控制：实现自定义的设备联动，完成自动的闭环控制和告警，如自动启动/关闭空调、自动启动/关闭风机、自动启动/关闭排水系统等。

5、完善报表：系统所有操作以及报警确认，都保留详细的日志并生成相应报表。

6、WEB浏览：提供浏览器的方式，供领导和相关人员实时监控每个变电站区域的每个门禁点运行状态。

7、门禁控制：方便工作人员和防止非法人员进入，对所有的进出记录以备事故查询。

8、电子围栏：在围墙的上方安装电子围栏（四线），防止外来人员翻墙违法进?
四、系统特点：
1、架构先进性:以网络通信（IEC61850协议）为核心，采用标准化业务模块组件设计，集中管理，省级、地区级和站端三级分布控制?
2、控制智能性：以“智能控制”为核心，对全站进行监视和智能控制，可完成自动的闭环控制和告警?
3、管理集成性：所有监控量在监控系统主界面上进行一体化显示和控制，可实现省、
市以及变电站的分级分层显示?
4、设备联动性：系统内各子系统之间可通过硬件或软件方式进行联动，实现用户自定义的设备联动?
5、报表完善性：具备完善的日志体系和报表功能，查询和升级手段丰富，可集中维护全网设备和批量配置?
6、系统可靠性：系统各组件部署采用双机热备和集群方式，可独立升级、扩容，站端设备可脱机运行?
7、标准规范性：系统通过国网和南网发布的电网协议，实现与第三方设备、系统平台的对接?
8、扩展灵活性:支持设备扩展、系统扩展、站点扩展、业务扩展?
9、技术成熟性：系统大批量应用于变电站的无人值守，主要技术和方案被南方电网采用到技术标准中。

10、硬件兼容性：核心硬件自主研发生产，兼容不同厂家的前端设。

五、应用分析
线传感监控系统各功能之间关系如图。

2 中状态检修子系统通过对高压输变电设备的运行温度、GIS（组合电器设备）室内 SF6 （六氟化硫）气体密度、操作室水浸、电缆沟水位的在线监测，为状态检修提供数据支持，为减少定期检修和停电次数提供了保证。

运行温度监测子系统主要由无线温度传感器、无线基站、红外热像仪和控制主机组成，传感器尺寸仅 1 元硬币大小，电池寿命 10 年，无线通信距离300 m，单基站可管理传感器数量 65536 个。

红外热像仪是传感器的补充，安装在对无线信号干扰强的主变压器上方，监测主变温度，省去了以往需人工手持仪器到现场测温的繁琐。

SF6 气体泄漏监测子系统由密度监测节点、控制主机组成，二者通过控制区域网络（controlled area network， CAN）总线连接。

当 SF6 密度超标时，可自动定位漏点，启动相应风机换气，并与高清图像监控和消防系统连锁联动。

水浸水位实时监测子系统采用无线水浸传感器和有线水位传感器，与运行温度监测子系统共享无线平台，无需额外部署基站。

根据对积水的实时检测结果，远程自动控制水泵排放积水，同时自动协同高清图像监控，查看现其他子系统功能简介如下。

（1）防误入间隔子系统根据工作票，人工在工作间隔的辅助画面上生成虚拟逻辑
安全围栏，再由高清摄像头和智能图像识别监视工作人员的活动范围，如果超出了逻辑安全围栏，则自动产生告警，信号通过无线网络传递到对应的围栏告警指示灯，提示站位错误。

（2）巡检认证子系统在机房辅助画面上预设巡检路线、时间节点、设备标识和服装标识，由高清图像监控自动识别巡检人员并自动判别巡检人员与巡检点的距离、到达时间，根据结果之间的关系判断巡检质量，对低质量巡检事件
生成视频流文件和文字报表自动推送到管理人员桌面顶层。

（3）采暖通风子系统采用无线温湿度传感器，与设备运行温度监测共享无线平台，无需额外部署基站。

根据室内外温湿度情况，自动对通风口的大小和空调的温度等进行调节。

（4）周界防入侵子系统利用高清图像监控和震动传感器检测地面及围墙上的入侵行为，对入侵目标进行人员、动物和车辆的分类，支持按需按时布防和撤防功能。

（5）消防火灾报警子系统能够锁定火灾告警位置，自动联动高清图像监控，并
按事先设定的互锁逻辑打开相应排风系统。

六、应用展望
进一步的开发、集成、联动，系统可期待进一步对主变的微水、油温、铁芯电流，避雷器的泄漏电流，SF6气体的露点，断路器的线圈电流，GIS 局放值进行在线监测。

例如监测避雷器泄漏电流的设计思路如下：系统采用无线数据传输，避免因传输电缆导入直击雷电能量到控制室的潜在风险。

利用数字频谱分析技术，实时分析避雷器泄漏电流传感器谐波分量，为避雷器故障诊断提供数据支持，同时与环境湿度传感器协同感知，避免高湿度场景下的误告警。

除了上述的应用，在发电环节，还可通过各类气象传器实时采集风电厂的风速、湿度、气压等微气象信息，实现新能源发电的监控和预测；在输电环节，通过各类传感器监测输变电设备的覆冰、弧垂、风偏、绝缘子污秽度等信息，与电网运行信息进行融合，及时发现并消除缺陷；在变电环节，通过在机组内部署各种传感器掌握机组运行状态，提高运行维护水平；在配用电环节，及时获知用户侧需求，实现智能用电双向交互服务、智能家居、分布式电源接入以及电动汽车充放电，提高供电可靠性和用电效率，并为节能减排提供技术保障。

五、结束语
联网技术能够带给电力行业很大的便利，加快电网智能化，但目前大多应用还停留在初级阶段，未实现大规模的物物相连。

进一步加大对物联网技术开发，在电力行业还有更多应用可供发掘。

电力物联网是未来电网建设的方向, 目前 ,我国在这一方面的研究还处于初级阶段.本文针对电力物联网实现的关键技术问题 ,提出了一种用于电力物联网信息管理与传输的设计方案.包括:①使用 MNIB 信息库 ,提供了一种有效的组织和存储电网数据的方法 ,它采用树状层次结构对各种数据进行分层归类存储 ,极大地提高了信息模型的直观性和访问的高效性 .②设计了通信协议 PIOTP, 它不仅兼容 IEC102 标准 ,而且还扩充了该协议,实现了监测中心与 RTU之间的信息传输 .③开发了一套软件, 用于实现监测报文的传送.实验结果表明, MNIB和PIOTP协议较好地实现了监测中心与远动终端之间的信息交换与通讯 ,证明了该方案的可行性 .本文所研究的内容对未来电力物联网的发展具有一定的指导意义和实用价值。