变电站电力监控系统的设计与研究

范雪增

【摘  要】随着社会的不断发展，变电站的智能化管理也提出了新的要求。变电站要实现无人值守，变电站的各种数据和视频必须实时准确的传送到监控中心，一旦遇到突发事件能及时高效的处理。因此智能电力监控系统为电网的智能化提供了有力的保障。变电站电力监控系统可提高电网电能输送的效率，降低电能在线路传输中的损耗。变电站电力监控系统的设计和研究，可以保证电网供电的持续性和供电质量。基于此，对变电站电力监控系统的特点进行了分析，结合变电站电力监控系统的功能需求，对变电站电力监控系统的体系结构和功能进行了设计与研究。

【关键词】智能电网;电力系统;变电站;电力监控系统

引言

变电站电力监控系统可以对整个电网的电能质量进行监督和管理，提高了电力系统供电的质量和水平。变电站电力监控系统可对电力系统的数据进行采集，并进行统一的控制和管理，在电能配送和运输等方面起着重要的监控管理作用。在电力系统中，变电站电力监控系统不仅提高了电力企业的生产效率，而且降低了电力企业的运营成本，保证了电力企业的可持续发展。

1电力监控系统的使用价值

在智能变电站的管理中，使用电力监控系统可以有效降低运营的成本，提升管理的效率，降低人为因素造成的事故损失。在用户的用电管理中，可以对用户资源及用电负荷进行分析总结，这对指导用户降低设备运行电能损耗具有重要意义，通过数据分析的结果，可以对设备的运营进行最优化的组合，将无用功损耗降低到最低，提高设备的使用效率，避免了大量资源的浪费，进而降低投资资金。对重大事故的预警，可以对事故的发生进行预判，系统提前发出警告，然后进行提前介入处理。即使处置不及时，发生电力系统异常，也可以及时切断系统将损失降低到最低。可以有效降低设备维护的费用，延长设备的使用寿命。

2变电站电力监控系统的设计与研究

2.1变电站电力监控系统功能需求分析

变电站电力监控系统的设计要满足电力监控系统的基本功能需求，其中，电力监控系统的事件记录功能需求，主要是记录变电站内的操作内容，并对设备出现的异常情况进行备份。变电站电力监控系统的事件记录功能，可保证后台管理人员实时掌握现场设备的具体情况，事件记录可有效满足管理人员对电力监控系统采集的数据进行事后分析。故障记录是在设备发生故障后，发生继电保护前后对电气压运行数据进行周期性记录。电力监控系统要具有远程操作功能，管理人员可通过远程计算机对变电站进行监控和管理。如果在监控管理过程中设备发生故障，无法进行远程操作，那么系统监控界面设计要具有人工置数的功能，通过手动修改来掌握现场的具体情况。如果发现电气设备发生运行异常，可通过其他设备间接的把异常信号发送到管理中心，使工作人员可以更好地了解现场设备的运行状态。如果数据量较大，可通过信号报警通知工作人员进行安全操作。在设计变电站电力监控系统时，要充分考虑系统对数据处理的需要，在系统数据进行数据分析和数据存储等功能方面进行科学地设计。

2.2智能电力监控系统的总体架构设计

本文提出的智能电力监控系统主要包括感知层、处理层和应用层，如图1所示。感知层中主要包括了图像传感器、温湿度传感器、气体传感器和烟雾传感器。图像传感器主要部署在变电站的周围、出入口和电力设备机房等关键地方，用来实时的监控和存储变电站的现场情况。温湿度传感器主要部署变电站的周围区域，实时的检测温度和湿度的信息。当温度过高时可能会出现设备的故障和火灾等险情，因此系统将会及时的报警并通知调度中心。當部分区域的湿度过高时可能是出现淹水等情况，也将把相关信息及时反映到监控系统。在电力设备的运行中会释放出特定的气体，如一氧化碳、甲烷和氢气等有毒和可燃气体。因此用气体传感器实时的检测这些数据为电力系统提供参考。烟雾传感器主要是检测变电站区域是否出现火焰，当出现烟雾的实时，系统及时报警并将信息反馈到电力管理中心，方便相关部分及时的处理险情，防止更加严重的事故发生。处理层主要包括传感器数据处理单片机和数据处理服务器。传感器数据处理单片机主要是用来实时的接收来自于不同传感器实时监测到的原始数据，并将原始数据转化为对应的实际应用值，最后将这些数据传输到数据处理服务器。数据处理服务器主要是保存和处理变电站中所有的数据信息，并将所有信息上传到区域服务中心。应用层主要是通过感知层获得的数据进行智能监控。

2.3智能电力监控系统的硬件模块

设计的智能电力监控系统主要包括感知层的传感器，处理层的传感器数据处理服务器和数据处理服务器。在实验模拟阶段，我们采用了win7的操作系统，Interi7-6700CPU，16GRAM和2T的硬盘作为数据处理服务器。传感器处理单片机选择了高性能、低成本和低功耗的STM32单片机。内核为Cortex-M3CPU，最高工作频率为72MHz，集成了512KB的Flash存储器和64KB的SRAM存储器。图像处理传感器采用了AHCA4-78TR-LM型号的监控摄像头，该摄像头最高可以实现16路的720P的高清拍摄，具有IP67防水外壳和大功率隐藏红外灯，并支持IR-CUT日夜转换模式。温湿度传感器采用含有校准的数字信号输出的DHT11温湿度传感器模块，其包含一个电阻式感湿原件和一个测温元件，具有较高的可靠性和稳定性。湿度测量范围为20%-95%，温度测量范围为0-50度，工作电压为3.3-5V。气体传感器采用了MQ-2传感器，其由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层和测量电路等组成。可以探测液化气、甲烷、乙烷、丙烷、酒精和氢气等气体。其具有探测范围广、灵敏度较高、稳定性好和寿命较长等特点。烟雾传感器采用了光电式烟雾传感器，其通过检测烟雾的浓度来实现烟雾的检测。其内外电离室有放射源镅241，在电场的作用下正负离子由正向负极移动，从而形成稳定的电流和电压。当有烟雾扩散到电离室后打乱了电离子的正常运动，从而改变了电流和电压值，从未触发了报警信号。其稳定性较高，性能优于气敏电阻类的烟雾传感器。

2.4智能电力监控系统的软件流程

系统的软件平台主要是是基于Struts2，Spring和Hibernate的J2EE框架，Web服务器是使用ApacheTomcat6.0，数据库系统是MySQL。系统的软件设计流程主要如下图所示。在采集数据之前，首先初始化，然后通过多种传感器实时的采集环境数据，并将数据发送给单片机进行处理获得实际应用值，再将实际的应用值发送到数据服务器，通过数据服务器来判断是否异常，如果异常则启动报警并通知电力系统中心，否则，继续监控，并显示在客户端。

结语

变电站作为电力系统的核心设备，负责电网电能的配送等功能，变电站的运行状态直接决定了整个智能电网的运行情况。在智能电网的建设和发展过程中，变电站电力监控系统的设计和研究，提高了智能电网运行的安全性和可靠性，为电力系统的安全运行提供了重要保障。

参考文献：

[1]余贻鑫，刘艳丽.智能电网的挑战性问题.电力系统自动化，2018（2）：1-5.

[2]余贻鑫，秦超.智能电网基本理念阐释.中国科学：信息科学，2018，44（6）：694-701.

[3]周铭骏.变电站自动化综合智能监控系统设计与实现.电子科技大学，2018.（06）.

[4]王光银.电力监控系统在深圳盐坝高速隧道上的应用.软件，2018（9）：42-43.

（作者单位：朔州供电公司）