工控摘要：本文對(duì)變電站需要在線監(jiān)控的輔助系統(tǒng)特性及測(cè)量、控制方式進(jìn)行研究，建立了變電站輔助系統(tǒng)智能接入平臺(tái)，完成對(duì)變電站輔助系統(tǒng)的全面監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了輔助系統(tǒng)故障實(shí)時(shí)在線告警，大幅度提高了變電站的自動(dòng)化水平。
　　
　　1引言
　　
　　數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)的物理基礎(chǔ)，是供配電自動(dòng)化的信息采集和命令執(zhí)行單元。當(dāng)前，無人值守變電站的建設(shè)主要集中在電力一、二次設(shè)備參數(shù)采集和自動(dòng)化控制，但要*實(shí)現(xiàn)一個(gè)變電站的數(shù)字化、智能化、無人值守，還應(yīng)包括輔助設(shè)備、環(huán)境參數(shù)、各種輔助運(yùn)行參數(shù)的采集。如門禁系統(tǒng)、保護(hù)室、開關(guān)室等各種環(huán)境控制設(shè)備、各種設(shè)備溫濕度、接地電流狀況等。這些參數(shù)對(duì)電力設(shè)備的安全可靠運(yùn)行影響是一個(gè)累積效應(yīng)，因此很有必要實(shí)現(xiàn)變電站輔助設(shè)備的參數(shù)聯(lián)網(wǎng)采集和集中控制。這些設(shè)備分布廣，更新快，布線困難，若采用傳統(tǒng)的鋪放線纜或光纖方式，存在成本高、施工難度大的問題，尤其對(duì)已有舊變電站的改造十分困難[1-4]。
　　
　　本課題立足于的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，研制成本低廉、實(shí)施方便的變電站輔助系統(tǒng)數(shù)字化接入平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)變電站輔助設(shè)備的智能化和數(shù)字化。同時(shí),在變電站內(nèi)的關(guān)鍵位置安裝可見光視頻攝像頭及紅外熱像儀。視頻攝像頭用于對(duì)環(huán)境狀況進(jìn)行可視化監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程操作結(jié)果（比如規(guī)程要求的可視斷點(diǎn)）的“遙視”，及時(shí)應(yīng)對(duì)異常情況;紅外熱像儀實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景中的溫度分布狀況進(jìn)行監(jiān)控，檢測(cè)發(fā)熱點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)安全隱患，保障重要設(shè)備的安全運(yùn)行。
　　
　　2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
　　
　　2.1系統(tǒng)框架
　　
　　變電站輔助設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)由前端監(jiān)測(cè)模塊、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控主機(jī)、后臺(tái)軟件系統(tǒng)四大部分組成，
　　
　　2.2系統(tǒng)運(yùn)行原理
　　
　　系統(tǒng)前端控制器通過RS-485總線或無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與被控設(shè)備及環(huán)境參數(shù)采集器、攝像機(jī)相連接?？照{(diào)、除濕機(jī)在其內(nèi)部加裝遠(yuǎn)程控制板，風(fēng)機(jī)在外邊供電電路上加裝遠(yuǎn)程控制器。環(huán)境參數(shù)采集器將現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度等參數(shù)傳輸?shù)角岸丝刂破??；馂?zāi)煙霧報(bào)警器、人體感應(yīng)報(bào)警器將報(bào)警數(shù)據(jù)傳輸?shù)角岸丝刂破鳌Ｇ岸丝刂破鲗⒉杉降沫h(huán)境參數(shù)、報(bào)警數(shù)據(jù)以及空調(diào)、除濕機(jī)、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過電力SCADA通信網(wǎng)絡(luò)或以太網(wǎng)傳輸?shù)秸{(diào)度中心的中心服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。操作隊(duì)工作人員可以通過安裝在計(jì)算機(jī)上的客戶端軟件通過內(nèi)部局域網(wǎng)連接到中心服務(wù)器對(duì)各個(gè)變電站的環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行情況及環(huán)境參數(shù)進(jìn)行查看，并可以通過中心服務(wù)器對(duì)變電站的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
　　
　　2.3系統(tǒng)功能
　　
　　本系統(tǒng)能夠接入變電站環(huán)境控制的大部分裝置，并配備多種傳感器用于監(jiān)測(cè)多種環(huán)境參數(shù)，根據(jù)各種策略優(yōu)化運(yùn)行各種設(shè)備。系統(tǒng)在對(duì)變電站環(huán)境參數(shù)準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)上，通過在每個(gè)變電站內(nèi)部建立的通訊網(wǎng)絡(luò)對(duì)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程人工控制，或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況及設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行。本系統(tǒng)可以做到對(duì)變電站環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)變電站環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備的分級(jí)集中控制，zui大限度的為變電站變電設(shè)備正常運(yùn)行提供一個(gè)安全、的環(huán)境。同時(shí)，也延長(zhǎng)了各種環(huán)境控制設(shè)備的使用壽命，減少了能源損耗。以下是各功能模塊的介紹：
　　
　　（1）實(shí)現(xiàn)各種站內(nèi)“小氣候”調(diào)節(jié)設(shè)備的接入，使其具備遙測(cè)、遙控的功能。變電站內(nèi)的保護(hù)室、載波室、開關(guān)室、電容器、蓄電池室、安全工器具室中的各種空調(diào)、除濕機(jī)和風(fēng)機(jī)能夠方便接入本系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)能夠控制設(shè)備合理的運(yùn)行和暫停，避免發(fā)生設(shè)備超負(fù)荷損壞。通過合理的調(diào)配環(huán)境冗余備份，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低電力的損耗。
　　
　?。?）實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)控設(shè)備的接入。本系統(tǒng)當(dāng)前能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)房浸水、煙霧感應(yīng)、人體感應(yīng)、門禁系統(tǒng)的接入。系統(tǒng)可對(duì)分布的各個(gè)獨(dú)立的監(jiān)控單元進(jìn)行遙測(cè)和遙信等數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)需要輸出簡(jiǎn)單的開關(guān)量，完成預(yù)定的遙控操作。
　　
　?。?）多種通信接入手段。為了滿足不同變電站和設(shè)備室的要求，本系統(tǒng)可以采用RS-485總線、Zigbee（780M頻段）和WiFi無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備的快捷接入。能夠極大的降低施工難度和維護(hù)成本，同時(shí)，各通信手段滿足各種通信標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)對(duì)現(xiàn)有的保護(hù)設(shè)備、通訊設(shè)備產(chǎn)生不良影響。
　　
　　操作規(guī)程要求在控制室內(nèi)不能安裝無線設(shè)備，因此在控制室內(nèi)本系統(tǒng)采用RS-485總線控制;而視頻監(jiān)控內(nèi)容數(shù)據(jù)量大，不適合Zigbee無線傳輸，本系統(tǒng)采用WiFi傳輸;眾多的輔助環(huán)境監(jiān)控設(shè)備采用相對(duì)低廉的Zigbee無線傳輸網(wǎng)絡(luò)。
　　
　?。?）豐富的系統(tǒng)擴(kuò)展功能。本系統(tǒng)提供多種輸入接口，并提供多種協(xié)議轉(zhuǎn)換能力，具備一個(gè)變電站離散信號(hào)通信平臺(tái)的能力。系統(tǒng)能夠提供低功耗信號(hào)采集前端和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通用接入接口，能夠方便接入主變風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)、各種電力接頭溫度、避雷器狀態(tài)等現(xiàn)在沒有接入變電自動(dòng)化系統(tǒng)的信號(hào)，可根據(jù)信號(hào)的接入需要進(jìn)行擴(kuò)展。
　　
　　（5）集中管理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。系統(tǒng)管理中心實(shí)時(shí)監(jiān)視各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，記錄和處理相關(guān)信息，及時(shí)偵測(cè)故障，并優(yōu)化并下達(dá)各種操作，適時(shí)通知值班人員處理;并能按要求提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)和報(bào)表。
　　
　?。?）多種報(bào)警和顯示手段。系統(tǒng)不但能夠在管理中心進(jìn)行集中管理。還能提供接口，在本地通過LED顯示屏，聲音報(bào)警等，及時(shí)通知本地安全人員，還能根據(jù)需要添加手機(jī)短信報(bào)警、彩信報(bào)警等功能。
　　
　　3監(jiān)控系統(tǒng)模塊
　　
　　3.1空調(diào)、除濕機(jī)遠(yuǎn)程控制板
　　
　　空調(diào)、除濕機(jī)遠(yuǎn)程控制板為用戶提供一個(gè)RS-485監(jiān)控通訊接口。通過該接口可獲取空調(diào)機(jī)、除濕機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和控制空調(diào)機(jī)、除濕機(jī)運(yùn)行參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)機(jī)、除濕機(jī)進(jìn)行遙信、遙測(cè)、遙控和遙調(diào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與遠(yuǎn)程維護(hù)。加裝該控制板后不會(huì)影響空調(diào)機(jī)、除濕機(jī)本身的操作，用戶既可以通過空調(diào)機(jī)、除濕機(jī)遙控器的按鍵操作控制空調(diào)機(jī)，又可以通過向空調(diào)機(jī)、除濕機(jī)監(jiān)控接口下達(dá)命令來控制空調(diào)機(jī)、除濕機(jī)，即本地操作與遠(yuǎn)程操作并行。
　　
　　3.2風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制器
　　
　　風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制器為用戶提供一個(gè)RS-485監(jiān)控通訊接口。通過該接口可獲取現(xiàn)場(chǎng)每臺(tái)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和控制每臺(tái)風(fēng)機(jī)的啟停，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的遙測(cè)、遙控，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與遠(yuǎn)程維護(hù)。加裝該控制板后不會(huì)影響風(fēng)機(jī)本身控制電路的操作，用戶既可以通過原來的控制電路操作風(fēng)機(jī)啟停，又可以通過向風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制器下達(dá)命令來控制。
　　
　　3.3環(huán)境參數(shù)采集器
　　
　　環(huán)境參數(shù)采集器采用高質(zhì)量高精度數(shù)字溫濕度傳感器，具有優(yōu)良的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、低延滯性、強(qiáng)抗化學(xué)污染能力和極優(yōu)的可重復(fù)性。溫濕度測(cè)量范圍寬、高低溫濕度測(cè)量。采集器帶有RS-485通訊接口。
　　
　　3.4視頻采集和壓縮終端模塊
　　
　　視頻采集與壓縮終端模塊以DAVINCIDM6446處理器為控制核心，運(yùn)行嵌入式linux系統(tǒng)，完成通信、控制及用戶交互功能。電路板包括視頻解碼接口、以太網(wǎng)接口、WIFI通信模塊、存儲(chǔ)模塊、電源模塊。
　　
　　其中，音視頻編解碼接口，由DAVINCIDM6446處理器的視頻接口通過TW2835控制芯片擴(kuò)展得到，用于對(duì)檢測(cè)環(huán)境中特定目標(biāo)的視頻信息采集，采用H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)視頻的壓縮、存儲(chǔ)和傳輸。
　　
　　以太網(wǎng)接口，通過DAVINCIDM6446處理器的GPIO接口和以太網(wǎng)物理層芯片XLT971ALE擴(kuò)展，得到標(biāo)準(zhǔn)的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，應(yīng)用于具有上網(wǎng)條件的檢測(cè)環(huán)境中，作為WLAN通信方式的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的連接。
　　
　　WIFI通信模塊，由WG7210無線模塊通過SPI總線與DAVINCIDM6446處理器連接，由該處理器的ARM內(nèi)核運(yùn)行控制程序?qū)崿F(xiàn)通信連接，組成無線局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)終端的數(shù)據(jù)集中、信息提取和幀結(jié)構(gòu)定制;
　　
　　存儲(chǔ)模塊，由FLASH存儲(chǔ)器與DAVINCIDM6446處理器的GPIO接口連接構(gòu)成,根據(jù)遠(yuǎn)端用戶發(fā)送的命令信息和任務(wù)需求,完成對(duì)本地和遠(yuǎn)程信息的存儲(chǔ)服務(wù),增強(qiáng)遠(yuǎn)程信息交互的靈活性。
　　
　　電源模塊，由輸入的5V直流電源經(jīng)過多路DC-DC變換器，得到3.3V和1.8V的直流電壓，分別為電路板的各功能部件提供電源。
　　
　　3.5前端控制器
　　
　　前端控制器如圖3所示，前端控制器采用高速ARM嵌入式平臺(tái)，具有RS-485數(shù)據(jù)接口，用于連接變電站內(nèi)空調(diào)除濕機(jī)遠(yuǎn)程控制板、風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制器、環(huán)境參數(shù)采集器等設(shè)備。具有以太網(wǎng)、光纖接口，可以方便的接入電力SCADA系統(tǒng)。前端控制器內(nèi)置自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、計(jì)劃執(zhí)行等多種操作模式，支持遠(yuǎn)程設(shè)置。
　　
　　3.6其他模塊除了上述模塊，監(jiān)控模塊系統(tǒng)還包括火災(zāi)煙霧報(bào)警器、人體紅外感應(yīng)器、中心服務(wù)器模塊?；馂?zāi)煙霧報(bào)警器和人體紅外感應(yīng)器采用RS-485總線數(shù)據(jù)傳輸，而中心服務(wù)器標(biāo)準(zhǔn)接口為2×RJ-45千兆以太網(wǎng)端口（后置）。
　　
　　4智能輔助設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)
　　
　　4.1設(shè)備控制的可靠性
　　
　　變電站環(huán)境控制設(shè)備對(duì)變電站的正常運(yùn)行有著非常重大的影響，因此本系統(tǒng)必須要求穩(wěn)定可靠。首先所有硬件設(shè)備使用的元器件均采用工業(yè)級(jí)或*級(jí)產(chǎn)品，制造工藝采用高精密無塵機(jī)器焊接，并噴涂三防漆。所有產(chǎn)品均需通過嚴(yán)格的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)、高低溫試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、抗靜電試驗(yàn)。其次在設(shè)備的控制方式上均采用旁路接入的方式，不改變空調(diào)機(jī)、除濕機(jī)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備原來的手動(dòng)控制方式，做到遠(yuǎn)程操作控制與現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制并行。
　　
　　4.2數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?br />　　
　　為了達(dá)到系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間可采用RS-485總線連接或無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連接。前端控制器與其控制的空調(diào)、除濕機(jī)、風(fēng)機(jī)的控制器之間采用數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤重傳機(jī)制。在變電站與控制中心服務(wù)器之間采用電力SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定遠(yuǎn)傳。
　　
　　5總結(jié)
　　
　　變電站輔助設(shè)施和監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)和投運(yùn)將大幅度提高電網(wǎng)的自動(dòng)化水平，本課題設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合變電站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)信息，開發(fā)了變電站在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有下列功能：1）遠(yuǎn)程手動(dòng)控制空調(diào)機(jī)、除濕機(jī)、風(fēng)機(jī)的啟停，可以遠(yuǎn)程設(shè)定各個(gè)變電站內(nèi)設(shè)備的工作時(shí)間計(jì)劃，減少了設(shè)備損耗及電能損耗。2）能夠進(jìn)行變電站環(huán)境參數(shù)超標(biāo)報(bào)警、設(shè)備損壞報(bào)警、火災(zāi)煙霧報(bào)警、人體意外闖入報(bào)警等功能。3）支持歷史數(shù)據(jù)查詢功能?？砂凑諘r(shí)間段、環(huán)境參數(shù)范圍、設(shè)備狀態(tài)燈多種條件進(jìn)行查詢，查詢歷史數(shù)據(jù)以曲線圖、柱狀圖方式顯示，支持不同時(shí)段對(duì)比分析;支持報(bào)表打印輸出功能。