摘要：隨著電力系統(tǒng)體制改革的深入，變電站應實現(xiàn)無人值守。這樣變電站在運行過程中，必須建立一個安全的運行環(huán)境，對變電站各種設備的運行狀態(tài)及影響變電站安全運行的因素實現(xiàn)在線監(jiān)測，使變電站實現(xiàn)"可控"、"在控"。該文詳細的介紹變電站安全預警系統(tǒng)的原理，并給出了為滿足各種用戶要求的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　關鍵詞：變電站 安全預警

　　1 概述

　　1.1 意義

　　隨著電力系統(tǒng)體制改革的深入，電力系統(tǒng)普遍開展了"減人增效"、"提高供電水平和供電質(zhì)量"、"創(chuàng)一流企業(yè)"的工作。無論是減人增效還是創(chuàng)一流企業(yè)，變電站都涉及了一個核心任務：變電站應實現(xiàn)無人值守。

　　這樣，變電站必須解決以下幾個問題：

　　•如何保證設備運行的可靠性問題；

　　•如何解決變電站無人值守后的安全管理問題；

　　•如何實現(xiàn)無人值守變電站的遠程監(jiān)視問題。

　　各種電壓等級的變電站在運行過程中，現(xiàn)場安全成了十分突出的問題，特別是火災、煙霧、非正常進入、電纜溝進水、小動物侵入電纜溝等關系到變電站安全運行的監(jiān)控問題，靠操作隊人員的正常巡視難以實現(xiàn)，必須建立一個安全穩(wěn)定的運行環(huán)境，對變電站各種設備的運行狀態(tài)及影響變電站安全運行的因素如：設備異常、火災、水災、過熱、絕緣狀況、局部放電等實現(xiàn)在線檢測，使故障信息能夠早期發(fā)現(xiàn)并得到及時處理，使成立后的操作隊運行人員實時掌握設備運行工況、解決操作隊巡視周期內(nèi)的監(jiān)控空白，加強對變電設備的監(jiān)控。

　　無人值守變電站安全預警系統(tǒng)就是針對當前情況而開發(fā)的一整套使變電站安全運行的綜合系統(tǒng)。該系統(tǒng)把監(jiān)控對象落實到每一監(jiān)護設備，由微機綜合自動化系統(tǒng)負責電網(wǎng)的安全運行。變電站安全預警系統(tǒng)負責監(jiān)視變電站的安全運行及環(huán)境狀況，實時監(jiān)測變電站的運行環(huán)境，對變電站各種設備的運行狀態(tài)及影響變電站安全運行的因素如：環(huán)境溫度、濕度、設備異常、火災、水災、過熱、絕緣狀況、局部放電等實現(xiàn)在線監(jiān)測。當有異常情況發(fā)生時，終端裝置采集到該實時信息后，立即記下此信息，進行校對、分析、處理，當確認為報警信號時，以聲和光的方式發(fā)出預警信息和報警信號，使故障信息能夠早期發(fā)現(xiàn)并得到及時處理，能夠給變電站的運行提供真正的安全保障。變電站安裝?quot;變電站安全預警系統(tǒng)"后，有效的實現(xiàn)了：

　　•將事故后報警改為事故前預警；

　　•將正常的3~4天一次的巡視變?yōu)?4小時實時監(jiān)控；

　　•將運行人員的現(xiàn)場目測巡視檢查變?yōu)樽詣踊�監(jiān)視；

　　•將分散的巡視檢查變?yōu)榧�中監(jiān)控；

　　•減輕了操作隊人員、車輛來回奔波的辛苦，解決了變電站，尤其是無人值守變電站變電設備安全運行如何實現(xiàn)可控、在控的問題，從而使變電站完全具備了無人值守的要求，操作隊成為了真正意義上的監(jiān)控中心。

　　1.2 系統(tǒng)組成

　　"變電站安全預警系統(tǒng)" 由變電站安全預警終端、變電站安全預警主站（包括服務器、安全預警系統(tǒng)顯示屏）組成。安全預警終端主要完成實時數(shù)據(jù)的采集、判斷和處理，將處理結(jié)果由通信網(wǎng)絡發(fā)送至變電站運行監(jiān)控中心（或變電站操作隊），安全預警終端應安裝在變電站中。安全預警服務器對安全預警終端上傳的數(shù)據(jù)進行處理。如果出現(xiàn)報警故障，則要求安全預警終端和安全預警服務器都要進行報警，安全預警服務器還要能記錄報警類型和時間，以便查詢、分析，能與運行工作站、調(diào)度、自動裝置等進行通信。安全預警服務器可安裝在調(diào)度所、操作隊等處，其數(shù)據(jù)應在整個電力部門通信網(wǎng)絡內(nèi)共享。安全預警系統(tǒng)顯示屏主要完成故障顯示，可聲光報警，使運行監(jiān)控人員能夠非常明顯的看到事故發(fā)生地點及類型。

　　"變電站安全預警系統(tǒng)"結(jié)構(gòu)非常靈活，安全預警系統(tǒng)可以獨立組成系統(tǒng)，也可以和電網(wǎng)調(diào)度自動化（SCADA）系統(tǒng)集成，或者和遠程監(jiān)控系統(tǒng)集成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[4]。

　　（1）調(diào)度中心到操作隊數(shù)據(jù)傳輸方式可以為以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議或RS232轉(zhuǎn)發(fā)。

　　（2）從終端到調(diào)度中心的傳輸通道可以是：光纖、載波通道、專線。

　　（3）變電站安全預警終端，可以通過RS232接口單獨使用；可以與變電站的RTU配合使用，與RTU集中組屏，將報警信號通過RTU轉(zhuǎn)發(fā)給調(diào)度主站，實施報警，這樣可不占用信號傳輸通道。

  

　　2 無人值守變電站安全預警主站YJ2000

　　2.1 體系結(jié)構(gòu)[4]

　　無人值守變電站安全預警主站系統(tǒng)YJ2000，是基于客戶機/服務器體系結(jié)構(gòu)的開放式系統(tǒng)。服務器系統(tǒng)的基本任務是數(shù)據(jù)維護和數(shù)據(jù)處理，并響應客戶機的請求向客戶機傳送格式化的數(shù)據(jù)信息。客戶機系統(tǒng)則負責提供用戶界面，如圖形、聲音、動畫等。YJ2000的服務器是功能服務器，不同于傳統(tǒng)的文件服務器，在功能服務器上可同時運行各種功能軟件。服務器系統(tǒng)和客戶機系統(tǒng)可以運行在各自的硬件平臺上，也可以運行在同一臺機器上，服務器和客戶機通過網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換。

　　2.2 硬件平臺

　　無人值守變電站安全預警系統(tǒng)主站系統(tǒng)在硬件上應由服務器、前置機、客戶機、通道柜、大屏幕顯示屏組成。

　　服務器是YJ2000安全預警主站系統(tǒng)的核心。前置機完成系統(tǒng)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的接口任務。系統(tǒng)其他各種工作站均是客戶機，根據(jù)需要可以配備多臺。

　　系統(tǒng)服務器可選用一般微機或?qū)Ｓ梅�務器，CPU 為Pentium III 450 MHz以上，內(nèi)存不少于64 M(最好128M)，硬盤4.3 GB以上。系統(tǒng)客戶機，可選用能運行Windows NT或Win95/98的微機或者RISC工程工作站，推薦選配100 MHz以上CPU，內(nèi)存不少于32 M，硬盤1.2 GB以上。

　　2.3 軟件平臺

　　YJ2000安全預警主站系統(tǒng)以Windows NT操作系統(tǒng)作為網(wǎng)絡運行平臺，以商用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫平臺。理論上，用戶可以選擇使用MS SQL Server、Sybase、Oracle、Foxpro等任何一種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，但是從性能價格比和易維護性等多種因素綜合考慮，推薦使用MS SQL Server Version 7.0以上版本。系統(tǒng)服務器應安裝MS SQL Server 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

　　2.4 系統(tǒng)軟件主要功能

　　數(shù)據(jù)采集與處理、語音報警、推畫面報警、報警信息記錄、實時畫面顯示、歷史記錄查詢、數(shù)據(jù)庫分權(quán)限管理，與SCADA/EMS等接口功能。

　　3 安全預警終端

　　3.1 原理框圖[2]

　　見圖2。

  

　　3.2 功能與指標

　　數(shù)據(jù)采集和處理功能：遙測量采集（YC）（室內(nèi)溫、濕度，電纜溫度等）；遙信量采集（YX）（非法入院、非法入室、門禁、電纜溝小動物入侵、電纜溝進水；煙霧、明火、空調(diào)異常報警等）。

　　檢測功能：空調(diào)運行狀態(tài)、設備絕緣在線監(jiān)測，設備運行狀態(tài)監(jiān)測等。

　　報警功能：超限報警；異常報警；報警方式：聲、光、語音、歷史記錄存儲。

　　預警功能：模糊智能判斷，多重報警，消除誤報。

　　故障定位功能：可對各種故障進行定位。

　　控制輸出：可控制報警音箱和警示燈電源；探測器直流電源；交流接觸器電源。

　　開關量輸入：2路；模擬量輸入：4路；開關量輸出：3路。

　　通信：3個RS232口，1個RS485口；波特率600~4800 bit/s可選；通信規(guī)約：部頒CDT。

　　通道：電力載波、光纖、電纜等。

　　溫度測量范圍：-25～80 ℃；濕度測量范圍：10%～99%。

　　非法入院探測器最大探測距離：30、60、90m（三種選擇）；非法入室探測器最大探測距離：10 m，視角：110啊 26埃幻骰鹛講餛魈講餼嗬耄 10 m（火焰高度≥7 cm），探測角度120埃謊濤硤講餛鞅ň?ǘ齲 3%～4%（減光度）；水位探測器報警高度：≥50 mm。

　　測量精度：溫度：±1 ℃；濕度：±10%；事件分辯率：≤30 ms；遙測刷新率：≤3 s。

　　3.3 模擬量采集(YC)

　　將傳感器輸出的信號經(jīng)過濾波、采樣保持、多路開關選擇通道、信號放大后采集，再進行數(shù)字濾波，通過查表后，算出測量值，進行上傳或顯示。測量電路如圖3所示。

  

　　3.4 遙信測量(YX)

　　YX輸入采用光電耦合芯片進行隔離，以免外部干擾的串入，原理如圖4所示。

  

　　外部YX輸入需要一對常開或常閉的開關輔助空接點，無人值守變電站安全預警終端裝置提供12 V隔離供電電源，CPU對YX的掃描時間為150 ms，并加有軟件去抖動算法。

　　3.5 遙控或空接點輸出(YK)

　　有兩種功能：一是遙控或控制警示燈、排氣扇等，二是提供空接點輸出。邏輯框圖如圖5所示。

  

　　3.6 串口通訊[1][3]

　　波特率：（600，1200，2400，4800）可選擇。

　　數(shù)據(jù)格式：數(shù)據(jù)位8位，起始位1位，停止位1位，無校驗，二進制碼。

　　串行口按部頒CDT規(guī)約發(fā)送遙信、遙測數(shù)據(jù)（16進制），每秒鐘發(fā)送一次報文，定義如下。

　　3.6.1 遙信

　　遙信內(nèi)容包括非法入院、非法入室、煙霧、火災、水災、空調(diào)等，若有其他內(nèi)容，另行說明。其中EB90EB90EB90為同步頭，71F4……為控制字。詳細說明如下。

　　0EBH、90H、0EBH、90H、0EBH、90H、71H、0F4H、01H、00H、01H、BCH碼、0F0H、DATA1、DATA2、DATA3、DATA4、BCH碼。

　　DATA的Bit7~Bit0為報警位，0表示正常，1表示報警。

　　3.6.2 遙測

　　遙測內(nèi)容包括溫度測量和濕度測量，若有其他測量，另行說明。EB90EB90EB90為同步頭，7161 ……為控制字。現(xiàn)舉一幀報文詳細說明如下。

　　0EBH、90H、0EBH、90H、0EBH、90H、71H、61H、02H、00H、01H、BCH碼、00H、DL1、DH1、DL2、DH2、BCH碼、01H、DL3、DH3、DL4、DH4、BCH碼

　　其中，00，01為發(fā)送序號。DN為數(shù)據(jù)，它由DL和DH兩部分組成。

　　DL1 ：室外溫度低8位 DH1 ：室外溫度高8位

　　DL2 ：室內(nèi)溫度低8位 DH2 ：室內(nèi)溫度高8位

　　DL3 ：室外濕度低8位 DH3 ：室外濕度高8位

　　DL4 ：室內(nèi)濕度低8位 DH4 ：室內(nèi)濕度高8位

　　4 結(jié)束語

　　目前，我國的變電站安全預警系統(tǒng)仍處于起始階段，但各電力企業(yè)都認識到了該系統(tǒng)的重要性，正在加大使用力度。但對于變電站設備來說，其可靠性設計技術(shù)和相關的應用技術(shù)仍需作大量工作，尤其應將安全預警系統(tǒng)和圖像監(jiān)控系統(tǒng)集成，形成變電站安全預警監(jiān)視系統(tǒng)，使該系統(tǒng)進入一個全新的新技術(shù)階段。另外，為了適應電力系統(tǒng)體制改革的需要，在安全預警的基礎上，要增加變電站設備巡檢系統(tǒng)、電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)、高壓電器溫升監(jiān)測系統(tǒng)、微機五防系統(tǒng)等，在供電公司中建立新的中心--變電站安全運行集中監(jiān)控中心。