特高压输变电设备一体化状态监测系统设计与实现

特高压输变电设备一体化状态监测系统
设计与实现
摘要：简单分析特高压输变电设备一体化状态下的系统后台架构软件设计，并对其系统各项模块的功能应用实现进行了阐释。

关键词：一体化状态监测系统；特高压输变电设备；后台软件设计；系统实现
特高压输变电设备具有较高的电压等级，所以需其设备绝缘性导体构建有效到位，主要是针对电网的绝对安全等级建设一套良好的运行保护机制，避免输电线路中绝缘子遭受到外界污秽条件的严重不良负面影响。

但由于输电线路中绝缘子可能会受到外界污秽条件影响，所以这也容易导致设备电气性能的大幅度被削弱，对电网安全带来较大安全隐患。

1目标及意义
特高压输变电设备中存在绝缘子表面污秽影响偏大这一现实问题，污秽沉积所导致的输电线路绝缘能力下降问题不容小觑，它会直接导致线路出现严重的污闪事故。

采用传统的输电线路污闪防范措施可能效果不甚理想，主要是因为绝缘子已被严重污染，且污染程度已超出各项技术规范指标要求。

目前的特高压输变电设备内部结构特别复杂，经常会出现污区划分严重不达标等诸多问题，它可利用传统盐密监测技术内容对停电影响过程进行分析，了解盐密基本测量结果。

不过缺点在于该方法具有一定技术劣势，无法为盐密监测过程带来丝毫便捷。

为追求对盐密数据上报的自动化与电子污区分布图自动生成，需对所发布数据进行有效及时调整与更新，还需为其绝缘配置提供决策支持信息支持。

一体化状态监测系统设计的现实价值表现非常丰富：必须杜绝输电线路中所发生的各种污闪问题；要有效对电气设备中的输电线路绝缘子饱和盐密数据进行
调整；要结合盐密数据绘制污区分布体系；在划分电网污秽等级基础过程中对复合绝缘子内容进行分级调整，与其它有效方式实现对重污染线路的全面清扫。

输变电设备一体化智能监测装置属于典型的可修复系统，目前用于可修复系统可靠性分析的方法主要有Markov模型法、故障树法、蒙特卡罗模拟法、概率法等。

其中，Markov模型研究的是随机过程中系统状态之间的转移关系，它能够很好地描述可修复系统在投入运行后处于某种状态的概率，进而分析系统的可靠性。

作为工程系统可靠性分析中重要的理论工具，目前Markov模型已广泛应用于输变电设备的可靠性研究中。

2特高压输变电设备状态监测系统体系架构设计
输变电状态监测系统架构依托国家电网公司特高压站变电设备状态监测的现有体系结构和管理模式，各特高压站或者把监测数据上传至省电力公司，再由省电力公司将数据上传至国家电网公司总部，或者直接把监测数据上传至国家电网公司总部。

在国家电网公司总部采用云计算和大数据技术构建特高压输变电状态监测系统主站，设备计算能力和存储容量需满足当前在运和未来几年投运特高压站监测数据汇总后的查询分析处理和存储需要。

在国家电网公司总部建设监测系统应用，各类监测数据将汇总在总部存储，考虑到数据的安全性，监测数据需在异地做容灾备份，数据的异地容灾备份可利用国家电网公司现有的容灾资源，选择其他城市的容灾备份中心存放监测数据。

该架构可以解决3方面问题：
1.
解决各特高压站变电设备状态监测数据的汇总管理问题；
（2）解决状态监测数据量增大后查询分析的时效性问题；
（3）通过在站端增布设备状态数据获取/转换装置，解决部分监测数据无法接入监测系统的问题。

网省电力公司数据按需接入总部云资源池，雷电、气象等其他系统数据通过企业服务总线与云资源池进行数据共享；云资源池根据不同应用需求提供高效便
捷的底层框架与设施，为高级应用的实现奠定基础；高级应用通过对数据的融合、清洗，分析处理，多维度展示，实现特高压变电设备状态监测系统的功能。

设备
状态监测数据由监测装置上送到国家电网公司总部一般可采用2种方式。

方案1：监测数据由特高压变电站站内服务器实时上传到省电力公司数据中心，然后再转发给特高压变电设备状态监测系统主站。

方案2：监测数据由特高压变电站站内服务器直接实时上传给特高压变电设
备状态监测系统主站。

为了对比这2种方案服务响应时间以及对省电力公司数据中心服务器的影响
和数据服务质量，本文基于通信网络仿真软件OPNET对上述2种方案进行仿真研究。

通过仿真建模的分析和研究，比较2种方案的优缺点。

3业务模型
为了比较方案1与方案2通信方式的优劣，需要根据国家电网公司与省电力
公司之间以及省电力公司与特高压变电站之间的通信拓扑、主要应用特征等要素
构建2种方案通信方式的业务模型，以安徽省电力公司芜湖特高压站为例进行介绍。

3.1通信拓扑
通信拓扑由网络节点设备和通信介质构成的网络结构图，国家电网公司通信
拓扑根据地域大小又可以分为省际拓扑与省内拓扑。

目前，国家电网公司已建成
大容量骨干光传输网，工程建设覆盖公司系统除新疆、西藏外的所有省电力公司，将原有通信网的单波传输升级为40波，网络带宽也由10Gbit/s升级为
400Gbit/s，每个省内又建有若干个站点，供省际中继或省内通信应用。

为了简
化计算，安徽省电力公司与其他省电力公司之间带宽取10Gbit/s，安徽省电力公
司与芜湖特高压站带宽取100Mbit/s，站内带宽取10Mbit/s。

3.2应用特征
各省电力公司与特高压站应用特征虽然存在地区性差异，但大部分以数据服务和Web服务为主，各个公司与变电站又有所侧重。

正常情况下，省电力公司数据中心承担全省大部分信息系统的数据管理工作，数据量大，数据库访问负荷较重，Web服务相对较轻；变电站内由于相对信息工作业务量较小，Web服务与数据库访问服务负荷均较轻。

方案1采用省电力公司数据中心利用Web服务转发数据的方式，加重了省电力公司数据中心Web服务，因此，若采用方案1，省电力公司数据中心数据库访问与Web服务负荷均比较重。

方案2采用站端CAC同样利用Web服务转发数据的方式，加重了站端Web服务负荷。

若采用方案2，变电站内服务器Web服务负荷较重。

（3）边界条件。

特高压变电站主设备状态监测系统运行的前提之一是不能影响其他信息化系统的正常运行，由于状态监测系统主要获取在线监测数据与带电检测数据，会给省电力公司和变电站PMS系统数据库管理带来额外负担，为了不影响省电力公司与变电站PMS系统的正常运行，状态监测系统带来的额外数据服务不应使服务器CPU利用率超过50%。

4结果分析
对于方案1，将中国电力科学研究院数据中心和安徽省电力公司数据中心服务器做相应配置，使得监测数据的源地址和目的地址分别为安徽省电力公司数据中心服务器和中国电力科学研究院数据中心服务器，然后进行仿真计算，。

对于方案2，将中国电力科学研究院数据中心和芜湖站数据中心服务器做相应配置，使得监测数据的源地址和目的地址分别为芜湖站数据中心服务器和中国电力科学研究院数据中心服务器，然后进行仿真计算。

综合仿真结果可得，采用方案1和方案2均可以满足特高压变电设备状态监测系统监测数据转发的要求，但仔细比较可以发现，采用方案1时，安徽省电力公司数据中心服务器数据库访问压力增长较快，CPU利用率裕度较低，为防止偶然高并发访问引起CPU利用率超出上限，建议采用方案2转发监测数据。

5结语
从特高压站直接获取输变电设备状态监测数据的获取方式，对比转发方式与直采方式下，输变电设备状态监测系统主站数据中心服务器与特高压站端数据服
务器系统负载、CPU使用率、业务处理时间的异同。

结果表明，通过直采方式获取特高压站设备状态监测数据时，特高压站端数据中心服务器CPU利用率裕度较高、访问压力较轻。

参考文献：
[1]韩如月，李俊刚，宋小会，等.输变电设备状态监测系统设计[J].高压电器，2012，48（1）：58-63.
[2]王德文，朱永利，王艳，等.基于IEC61850的输变电设备状态监测集成平台[J].电力系统自动化，2010，34（13）：43－47．。