基于海迅实时数据库的变电站设备温度在线监测系统

赵 俊，孔 鸣

（德清县供电局，浙江 德清 313200）

变电站是电力系统的重要节点，变电站设备的正常运行，直接关系到整个电网的安全稳定。近年来，电网负荷的急剧增加，变电站设备过载发热现象频发，甚至出现设备烧毁的事故，严重影响了电网的安全稳定。设备从发热到烧毁有一个量变的发展过程。因此，及时发现设备的发热缺陷，是避免发生过热烧毁的关键。

1 系统设计要求

1.1 设备测温现状

电力系统中常采用粘贴测温蜡片、使用红外热像仪等方式进行设备测温，这些方式简单、方便，但也存在一些不足。如：采用测温蜡片和红外线热像仪，精度太低，实时性太差；封闭式35 kV、10 kV开关柜在变电站中大量运用，但开关柜内设备不易巡视、测温困难，无法及时发现发热隐患；常规定期开展红外测温，同一设备没有形成较为连续的温度历史记录，不能进行设备发热趋势分析。

随着输变电设备状态检修、设备全寿命周期管理工作的开展，运行设备信息的采集量越来越大，要求越来越高，工作量和人工成本很大。

因此有必要开发更准确、覆盖面更广、更容易监测及管理的变电站设备温度在线监测系统，进行变电站设备测温工作。通过技术手段将现场设备的温度数据采集到远方监测后台进行发布，实现设备温度的实时在线监测及分析、预警等高级应用，以便运行人员及时掌握现场设备的温度状态。

1.2 系统构架

变电站自动化、无线通信、网络通信、在线监测等成熟技术手段的应用，为变电站设备温度在线监测系统的建立奠定了技术基础，系统总体架构见图1。要实现系统构架设想，要解决数据的采集、传输、存储和发布这3个问题。

变电站运行设备均带有高电压，周围存在很强的电磁场，在数据采集时需考虑电磁场对温度传感器数据的干扰因素。变电站运行设备必须保持良好的绝缘，温度传感器安装以后应对运行设备绝缘无影响。

数据的传输从底层现场设备到顶层远方监测，需要通过多个规约及链路，因此，在设计中要充分考虑一个易于使用的方案，便于数据在交换和存储过程中的统一管理，这实际上是一个信息的整合过程。另外，变电站开关柜内设备处于一个封闭的环境内，设备温度数据采集应能突破开关柜体的封锁。

系统从底层的网络通信协议，到数据库的管理，以及数据模型的建立和应用，都应采用目前IT界公认的主流技术，以便于数据的储存及发布和实现信息资源共享。服务器应有较大的容量，能够储存海量历史数据。系统不仅要满足设备的温度实时监测功能，更应该考虑温度预警及数据分析功能，同时兼顾系统推广应用的扩展性。

2 系统技术方案

2.1 数据采集

WSN（无线传感器网络）是由许多集传感与驱动控制、计算、通信能力于一身的嵌入式节点。通过无线方式互连起来的网络，广泛运用于设施安全、环境监控、工业应用、交通控制等。在系统的建设中，采用成熟的无线传感器温度采集装置，将温度传感器直接安装于现场设备上，传感器采用直接接触式测温，应有良好的抗电磁干扰性能。同时对传感器的尺寸及发射天线进行了优化，以满足设备绝缘要求。

2.2 数据传输

设备温度数据从温度采集器传输到变电站端数据处理器，再上传至远方服务器。无线传感器网络使用2.4 GHz高频数字无线技术，将温度传感器与无线接收基站整合在一起。无线传输的方式突破了封闭式开关柜的封锁，将采集到的现场设备温度数据传输到无线接收基站，再通过RS485点对点传送至站端监测系统。

无线接收基站在有效接收范围内能同时容纳300个以上无线温度传感器信号，通过扩展配置，一套监测系统可同时对N台现场无线接收基站的所有温度数据进行实施采集及分析。变电站端数据处理器通过现有变电站的光纤通信网络，使用TCP/IP协议上将数据传至远方服务器，在应用软件中实时读取服务器储存的温度数据进行分析。

2.3 数据储存及发布

采用海迅实时数据库进行数据储存和发布。海迅实时数据库是国网电科院瑞中数据有限公司拥有完全自主知识产权的大型通用基础软件，是进行海量实时信息处理的专业平台，可灵活设计企业级海量信息处理解决方案，实现数据储存及发布。

数据库采用混合压缩技术，实现海量实时数据的自动采集、历史数据的压缩存储功能，能够在线存储数十万甚至上百万采集点数年的历史数据；采用分布式的体系架构，可运行于不同的操作系统平台；强大的软件编辑功能及友好的操作界面，可以便于设计适用的变电站设备温度在线监测软件，实现对设备温度的在线监测、显示、查询和故障报警等相关功能。

3 系统的界面与功能

3.1 监测主界面

监测主界面打开后如图2所示，可以同时对多个变电站进行设备温度异常监测。主界面具有强大的动态异常告警功能，变电站按钮下方有3个状态灯，实时监测各变电站温度数据的异常情况。当所有状态灯为绿色时，表示各变电站温度数据正常，无异常发热设备。从左往右看，若第1个灯变红色，表示该变电站有一个温度监测点数了大于60℃，第2个灯变红表示有两个温度监测点数据大于60℃，第3个灯变红表示有一个温度监测点数据大于90℃。

3.2 自动弹窗告警

点击主界面变电站按钮进入变电站界面后，系统自动弹出温度数据异常告警窗，如图3所示。显示异常数据的时间、数值、及具体设备位置，便于运行人员对温度异常的设备快速定位，进行后续处理。

图3 自动弹窗告警界面

告警设置了2个判据，一个是“数据为0℃”，此判据对温度监测点的传感器进行监测，当传感器损坏时会发0℃数据；另一个判据是 “数据大于60℃”，设备发热达到一般缺陷的规定。

程序对海迅数据库存储中的各项温度数据进行定时扫描，每5 min读取一次所有温度监测点的温度数据，一旦发现温度数据异常，立即弹出告警窗口进行提示。当温度数据均正常时不弹出窗口，影响运行人员的操作。

3.3 实时数据监测

点击主界面变电站按钮可进入变电站界面，如图4所示。变电站界面以变电站电气接线图为基础，实时显示各设备温度监测点的数据，界面简单、清晰，并且与变电站监控系统界面类似，便于运行人员快速熟悉和掌握。

图4 实时数据监测界面

3.4 子单元监测

在变电站界面上点击设备名称按钮，可以进入子单元监测界面，如图5所示。设备子单元监测画面将某个设备的温度数据进行单独显示，同时配有设备外形图，设备温度探头所监视的部位一目了然，便于在温度异常时指导检修人员进行准确定位处理。

图5 子单元监测界面

3.5 数据集中显示

点击变电站界面“温度浏览表”按钮，可以进入数据集中显示界面，如图6所示。将所有设备的温度数据按照设备分类，用列表的方式集中显示，可以从全局上掌握设备的温度信息，还可以进行同类设备温度数据的纵、横向比较，便于对设备的发热情况进行综合判断。

图6 数据集中显示界面

温度数据右边配置有柱状图，它的颜色状态与温度实时数据关联。正常情况下柱状图显示为绿色，温度监测点数据大于60℃时，柱状图会变红色闪烁，便于运行人员快速定位到故障设备。

3.6 历史数据曲线

每一个温度数据均配有一幅曲线图，将每个设备三相温度数据放在同一幅曲线图上，如图7所示。不同相的温度曲线用不同的颜色，以便于观察及区分。历史数据的查询提供了灵活的时间段选取方式，默认显示当前时间往回一天的监测数据。

图7 历史数据曲线展示界面

可以通过指定起始和结束时间来自定义时间段显示历史数据。历史数据曲线图非常直观的展示了某一被监测设备的温度变化历史，便于对设备发热情况进行综合分析及发热趋势的预判。

3.7 历史告警记录查询

点击变电站界面“报警浏览”按钮，可以调出历史告警记录查询界面，如图8所示。该界面按时间排序，记录了所有设备历史温度数据异常告警事件，显示告警事件发生的设备部位和异常温度值，便于了解设备的温度异常情况，为后续的检修决策提供参考。

图8 历史告警记录查询界面

4 系统应用效果

德清县供电局结合110 kV五龙变电站的基建施工，安装了设备温度在线监测系统。在变电站开关柜内设备、主变压器、断路器、隔离开关、电容器、低压大电流电缆等设备上安装无线温度传感器（共239个节点），通过以太网将所有温度数据实时上送到远方数据库，利用海迅系统软件实现了设备温度的实时显示、统计分析、趋势图、历史数据查询、智能预警等功能。

系统的应用为德清县供电局变电站设备温度监控和管理提供了统一的平台，通过该平台能实现多个变电站运行设备温度信息的统一管理；采用了新的测温手段，有效改变了设备温度检测的落后管理方式；解决目前无法对变电站封闭式35 kV与10 kV开关柜进行柜内设备测温的问题；同时，对设备的温度进行实时在线监测，省去了人工巡检，减轻运行、检修人员测温工作强度，提高工作效率。

另外，系统的温度异常自动预警功能，可以提示运行维护人员进行及时处理，设备发热后可以迅速定位故障点，从而避免设备发热缺陷扩散引发的设备烧损事故，大大节省设备的维修费用和故障的直接、间接损失，提高了供电可靠性，并赢得社会满意度的提升。

[1]史兴华.供电企业实时/历史数据库PI典型应用案例[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]卢瑛，吴国忠.智能型高压电气设备温度监测预警系统[J].中国电力，2010，43（3）：55-58.

[3]何锐.采用短距离无线通信技术的电气设备温度在线监测的实现[J].宁夏电力，2009（1）：58-60.