输变电设备在线监测技术研究及应用探讨

董文茹 曹保国 纪红霞

摘 要：随着电力维修技术的进步，输变电设备的故障诊断技术也在快速地发展。如果在多设备监测过程中利用分立的在线监测系统，就会使系统功能的构建更加复杂，因此必须探究科学的系统开发手段，实现变电站关键电力设备绝缘综合的在线监测。本文结合监测系统的研究，论述了监测技术的具体应用。

关键词：输变电设备；在线监测；研究应用

输变电设备监测由预防性监测逐渐向状态监测过渡，由故障后维修逐渐向预测性维修过渡，两者都必须建立在大型电力设备连续监测的基础上[1]。输变电设备监测技术最初借助于单片机，后来逐渐发展至计算机技术的监测，现已逐渐向总线技术和网络技术发展，以实现在线综合监测，同时信号采集技术、PXI测控总线技术已得到广泛的应用。目前，输变电设备的监测必须向高度集成的方向发展，在网络平台上实现站内输变电设备的监测和故障诊断。本文基于PXI总线技术论述了输变电设备的在线监测。

1 输变电设备在线监测技术研究

1.1 在线监测需求分析

在线监测系统的终端为主控机，主要监测的对象为发电机、GIS、电力变压器、电力电缆、高压断路器、避雷器和电力电容器等，这些监测对象通过传感器与在线监测系统相连，在线监测系统中包含前置机、PXI测控单元等，再与在线监测系统的主控机相连[2]。

在对变压器、GIS和电力电缆等监测的过程中，必须保证设备的工作状态信号有较高的采样率，因此可以在系统中加入高速数据采集卡和高速示波器，以实现模拟信号的采集。电缆箱高频信号传输到信号调理单元，实现监测对象与调理单元的对应，最后将PXI测控单元结系统的软件设计实现设备的巡检切换，保证监测设备即插即用。

针对输变电设备的绝缘电阻和泄露电流值的监测，可以充分考虑传感器耦合的直流信号、交流工频信号，而在这个过程中，非电量信号的采集并不需要对采样率提出较高的要求，因此可以利用嵌入式前置智能节点进行采集。嵌入式智能单元的主要功能是实现模拟信号向数字信号的转换，利用总线将信号接入PXI测控机中的串口，利用串行通讯的方法保证数据可靠上传。

1.2 PXI总线前置机应用

PXI前置机系统包括PXI机箱、接口模块和硬件采集模块。不同的PXI系统通过对电力设备绝缘参量的采集和计算，将其储存到数据库中，保证监控站系统可以获得最精确的绝缘状态信息，从而提高绝缘数据的有效性。在PXI机箱上安装相应的接口模块，将硬件系统集成在PXI总线上。在任务规划过程中，要充分考虑不同绝缘状态的模拟信号可能会在传输过程中受到干扰，因此一般將PXI系统就近监测。

1.3 监测主控机应用

监测主控机系统主要包含中央计算机、GPS卫星时钟和多种辅助设备，主要目的是展示出电力设备绝缘状态参量的特征值，并且可以实现历史查询，便于用户获得绘制相应的图形数据。监控站系统在获得更新的数据后，根据运行状态的报警阀值对设备当前的运行状态进行判断，如果有参量数据高于报警阀值，监控站系统将发出告警信号。同时监控站系统也可以实现对历史数据的查询，绘制出参量数据的变化趋势，此外还可以利用网络通信改变信号采集的方式，从而提高在线监测的有效性[3]。

2 软件监测技术的应用

在PXI总线技术的基础上，输变电设备的在线监测需要实现硬件集成，保证在线监测设备能够即插即用，在此基础上实现参数测量模块的软件集成。由于监测系统软件功能的不同，一般将软件系统分为PXI前置机、主控机和数据库系统3个部分。在软件开发过程中，在集成的同时应遵循结构化和可扩展性，满足操作简单的需求。在对输变电设备监测对象模型和子系统分析的同时，利用XML格式存储各种不同的数据加载信息。在监测子系统的设计过程中，使用MVC设计模式，对子系统的节点信息进行合理的配置和修改，完善子系统即插即用功能。在设计过程中必须重视设备连续监测的控制冲突问题，便于对输变电设备的多个特征参量进行在线监测。

协调主控机和前置机的管理和控制，保证主控模块即插即用。根据系统数据的访问频率，可以进一步将数据库细化，主要包含静态系统信息库、动态实时数据库、历史数据库和系统配置库。在分析系统数据模型的基础上，集成基本功能，保证数据库的结构框架的科学合理，提高数据信息交互的有效性，完成历史数据查询和报表制作工作。集成系统可以共享局部统计参量，可以实现多种数据参量之间的交互和管理[4]。

3 监测系统功能的实现

监测系统利用智能监测节点的PXI总线和主控机，实现一台监测主控机对多个前置机的管理。输变电设备的综合监测系统遵循结构化和可扩展性，具有操作简单的特点，结合子系统不同的功能，将其分为PXI前置监测软件系统、主控监测软件系统和数据库系统。

输变电设备的智能监测节点同串行总线实现通讯，在PXI监测单元中一一对应。监测软件系统提取出数据信息，将监测系统的数字采集卡和相关的串口操作进行封装，利用软件系统中的数学分析模块对原始数据滤波后封装。在系统应用过程中，将定时巡检方法和手动检测方法相结合，解决在以往连续监测中的冲突问题，并利用一台监控站系统对多台PXI子系统进行管理。

4 结束语

随着输变电设备在线监测和诊断方法的进步，PXI总线开发技术在电力领域中获得了广泛的应用。基于PXI总线开发的在线监测系统，将输变电设备的数据信息集成起来，这一技术在电力系统设备安全监测领域中具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]周华.输变电设备在线监测技术研究[J].仪器仪表学报，2012，21（3）：30.

[2]王海霞.无线传感器电力设备监测[J].化工管理，2014，22（14）：198.

[3]谢超宇.输变电设备监测和维护技术[J].重庆大学，2014，26（21）：207.

[4]卢毅.输变电设备监测软件中设计模式思想的运用[J].电力系统及其自动化学报，2012，14（6）：51.

（作者单位：国网山东省电力公司巨野县供电公司）