电力通信机房动力及环境监控系统研究与设计

毕研国 董 秀 赵玉田

（1.博格华纳燃油系统(烟台)有限公司，山东烟台 265500；2.烟台汽车工程职业学院，山东烟台 265500）

0 引言

电力应急通信是指当发生自然灾害、电力交通事故、设备故障等突发事件时，为快速实施抢险救援，确保指挥畅通，在现场与各级事故应急救援指挥机构（或指挥中心）之间建立话音、图像、数据等通信联系，为现场救援指挥提供的通信手段。其中图像通信能实时、具体地呈现现场状态，在应急通信保障期间发挥了关键作用。电力应急通信应充分利用电力专用通信、公众移动通信、卫星通信等途径，为电力应急救援提供静、动态图像通信服务。电力应急图像通信系统是电力应急通信系统中的图像通信部分，如何将现场的实时图像传输至应急指挥中心是本文的研究重点。

1 系统监控对象

电力数据中心机房动力环境监控系统（以下简称为动环监控系统）的监控对象可分为三大类：第一是对设备动力系统实时工作状态进行监控，如供配电系统开关状态、UPS 和柴油发电机等设备的运转参数和状态等；第二是对机房内运行环境进行监测与控制，如温度、湿度、漏水状况、氢气浓度等；第三是对人员设备进出进行监控，如门禁、摄像头、防入侵等安全类设备。而机柜内服务器、交换机、加密机等安全或网络类硬件设备运行状态并未被纳入，不在本文探讨范围。

2 动环监控系统的应用现状

国产机房动态环监测系统研制20 多年，主要面向基站机房通信运营商和政府、大中型机房企业。基站机房四大通信运营商，基站数量可达10 万甚至数百万，基站机房现场动态环设备分布广泛，接入规程多，工程开发复杂，规范要求高，可靠性高，性价比高，售后服务高，构建动态环监测系统最重要的部分是使用政府部门、大型企业的接口，以及大中型高科技企业的数据中心机房（如百度）。例如，有些项目具有较高的投资价值和较长的构建周期，通常由动态环境监测系统制造商作为分包商或大型系统集成商进行补充，构建方面通常使用SNMP 进行数据互连和交换，但标准不同。一些用于企业信息项目的中小型机房通常由小型动态环监测集成器或机房传感器制造商建造，由配置软件或小型动态环监测软件管理，标准化水平相对较低[1]。

3 具体的电力应急图像通信系统主要存在的问题

（1）现场应急图像通信设备体积大、重量大、携带不方便。由于电力现场应急条件比较特殊，现代化交通工具往往不能直接到达现场，需要人工搬运才可到达，导致应急图像通信时效性差，失去了应急保障的意义。（2）应急接入设备集成度低，配线及接口数量很多，现场布设需要的时间较长。应急现场最后区间的接入手段导致传输带宽受限，因此图像质量不高。（3）宽带卫星传输系统是解决应急通信的一个重要手段，虽然个别电力局集团公司已经在试点，但电力应急通信系统目前还没有统一规划和建设。（4）发生应急抢险事故后，首先到达现场的往往不是电务系统维护人员，这就要求各电力局集团公司在局内信息传送方式上运用时效性更高的信息系统，仅仅依靠目前的应急通信系统无法满足抢险需要，全员应急是当前迫切的需求。（5）没有统一的标准和规定，公众移动网络的应急通信系统接入既有电力应急通信系统这方面仍然存在很多问题，无法正常发挥应急通信作用。

4 建设及运维情况

安装、调试和维护过程中的主要问题：（1）监控单元(如UPS、空调器、开关电源)出现设备品牌复杂、协议版本低、没有智能IP 接口等情况。因此，监控设备存在错误的报警现象时需要工作人员进行操作；（2）监控设备故障(如接入控制、FSU 等)。在通常情况下，需要等待设备制造商重新发送更换部件，然后才能解决这些问题，这可能导致设备出现长时间故障，在故障期间无法监控相应的故障单元，存在安全风险；需要每个县分支机构准备备件；（3）局部报警信息大规模延长，精度不高，故障排除响应时间长，故障处理时间长；（4）移动环监测软件只能为个人发放检查计划，不能按区一级的技术厅发放。如果区一级技术厅技术服务人员需要重新调任，检查计划仅限于动态环监测系统本身，不能增加其他重要监测节点的检查内容，则该系统需要升级这一功能[2]。

5 开关量直集模块

（1）重要开关监测：通过监测配电柜内重要断路器的辅助触点状态，判断开关的通断状态；当监测的开关状态与设定默认状态不一致时，监控主系统发出报警。（2）防雷监测：通过监测防雷器的遥信触点，实时监测防雷器状态；当监测的防雷器状态与设定默认状态不一致时，监控主系统发出报警。（3）新风排烟监控：通过在新风和排烟管道中安装压差开关监测压差信号，监测机房内新风机和排烟机的运行状态，可远程控制新风机的启停。（4）防入侵监测：通过在机房内安装红外探头以监测机房内人员移动状态；当红外探测器的状态异常时，系统发出报警。（5）消防监测：通过采集消防控制主机报警输出点的信号，实时监测机房内各分区的消防状态；一旦发生报警，系统就自动切换到相应的监控界面，火警状态图标变红且闪烁，同时产生报警事件并记录存储[3]。

6 实时告警问题的优化

首先，应严格控制智能设备的串行连接数量，以免串行连接设备过多导致数据下载速度缓慢，从而导致报警延迟。FSU 扫描时间合理配置，通过调整移动环设备扫描周期来提高捕获速度，从而缩短采集设备对每个测量点的询问时间。其次，合理选择设备测量点，选择和优化重要测量点，避免收集器过载，这会影响采购效率。操作人员必须避免扫描非重要数据占用大量资源并导致收集工作延迟的情况。此外，可通过软件控制不合理数据触发的报警，提高报警反馈差值的屏蔽功能，如果数据输入值超出合理范围，可锁定数据的这一部分，设置有效的上限和下限，消除错误报警。传输过程中的电磁干扰产生的错误报警可以通过在传输线上添加抗干扰的磁环来避免，从而减少干扰，并在软件末端实现有效的门限保护。最后，采用人工智能等先进手段，加大报警逻辑关系分析，合理分类报警信息。提高报警跟踪功能，划分主报警和副报警，确定报警生成设备的主从关系，从而有效优化报警信息，减少报警信息的轰炸，同时不丢失重要的报警信息。

7 监控处理机通信控制器

监控处理机是综合电力系统的一个分系统，是电子系统的故障检测中心，主要实现电子系统的集中式监控管理，是非电子系统与综合电力系统之间的接口。某型监控处理机主要监控管理电子系统的若干子系统设备，同时将这些设备的各种工作状态信息通过多路传输数据总线报给维修人员。通信控制器作为监控处理机与外界的通讯媒介，传递非电子系统设备的工作状态。通信控制器的故障将直接影响监控处理机乃至整个电子系统的安全性和稳定性。依靠自身的BIT 来完成故障的诊断和测试，该测试可以将故障定位到SRU 级。依靠通用自动测试设备来帮助完成内场级的故障诊断和测试，测试可以将故障定位到SRU 级，且只针对整机测试，无法实现针对通信控制器的测试和故障诊断。因此，亟需设计并研制一套针对通信控制器的功能测试与诊断系统，对通信控制器的功能、性能参数以及故障情况进行检查。通信控制器的自动测试与诊断系统能够完成系统的初始化设置、正常通信、BIT 自检等功能测试，并具备数据采集分析功能，实现了对被测对象的自动测试[4]。

8 数据通信网络关闭功能

数据通信网络关闭功能的作用是把变电站的实时数据传输至本地区调度中心、备用调度中心，为本地区调度中心和备用调度中心在110kV 变电站远程调度、运行提供可靠的基础信息支撑，从而达到远程调度、运行的目的。变电站内的实时信息主要有变电站内的线路、设备的实时数据、状态信息、辅助设备信息和变电站的记录信息。针对变电站监控系统的监控对象类型及重要程度，将其划分为“安全I 级”和“安全II 级”，并就“两级”的具体情况进行了介绍。电力设备的主要任务是对110kV 变电站的数据进行实时的采集和监控，以及对变电站的一、二次设备的监控。这样，区域内数据通信网的关闭配置需要将变电站的实时信息通过本区域调度中心发送到专门的通信线路，并能实时接收到控制指令。由于本区域的信息监控工作十分重要，因此，I 区的安全通信网络的关闭采用了双重配置。安全区内的电子产品，主要是对一次电源的运行状态进行监测，以及对消防、应急等变电站起到辅助作用。该地区各地区的数据通信系统必须向本地区的调度室发送信息，方便客户查阅。由于安全区I 区域信息的重要程度不如II 级，因此I 区域数据通信系统采取了1 个单独的配置模式[5]。

9 智能电网监控系统

智能电网监控系统选择分布式结构模式，基于大数据技术进行数据挖掘、分析，建立四层结构为一体的智能电网监控系统。对于系统设计来说，CPU 选择CC2530F256型号的主要优势在于低功耗、高性能，且整体传输链路的开销相对较低，具有更为理想的保护性能。智能电网监控系统结构使用多个传感器部署在电力系统各个终端，系统能够动态收集各个终端的运行情况。调度节点与各个储存节点进行对联，通过位置信息、各个终端节点分类信息，调度节点能够直接将各个数据分别划分到不同数据储存节点当中。对于异常数据分析来说，主要是采用自适应学习计算的方式，通过大数据技术进行分析，在进行自动处理的同时，系统还会实时发送异常的数据。5G 时代的全面到来，数字化建设、智能化建设已经成为各个行业转型发展的重要方向。从当前信息技术发展动态来看，大数据技术已经开始在多个领域进行应用，为智能电网的建设提供了有效的技术支持。对于智能电网监控系统建设来说，应当充分利用大数据技术具有的优势，将大数据技术融入智能电网监控系统中，针对电网系统进行智能化、智慧化管理。

10 自动化监控系统的应用

随着信息技术的发展，自动化技术广泛应用在人们生活中，适用于路面交通监测、城市规划设计、信息探测、路面监控等诸多场景。但在自动化使用过程中，为确保自动化安全和规划精准度，本文通过探究自动化监控系统的设计来实现自动化规划、监控、编辑等功能，确保让地面站台能够时刻掌握自动化的路径和信息。自动化监控系统主要是依靠通信设备、远程遥控等功能来完成目标，各功能模块通过网络协议通信[6]。自动化监控系统的设计核心在于对自动化监控系统中设备状态数据、信息数据等信息进行全方位收集，通过仿真模拟平台进行验证，通过虚拟仪表盘等设备来对自动化进行全过程监控，确保自动化的运行安全。自动化监控系统主要是依托仿真平台来进行功能实现与测试，在相关监控功能上具有一定的局限性，只能对自动化的主要设备状态进行动态监控。同时受限于通信技术问题，在编辑和三维地图绘制中存在一定的误差[7]。

11 结语

为提高应急响应能力，各电力局集团公司也在不断创新应急图像终端接入方式，少数电力局集团公司配备了宽带卫星通信车、自动化等设备功能。宽带卫星通信具有覆盖广泛、天然的广播性（组播）、建设快速、配置部署灵活等优势，可以做到全天候有效的图像传送，同时也解决了复杂地形条件下的图像传送问题，可迅速建立通信车与指挥中心之间的音视频通信，将现场的音视频实时接入和转发至电力局集团公司应急指挥中心，并提供实时浏览、存储、回放、远程管理等多种业务应用，是解决偏远及复杂现场接入的有效方式。