最新智慧变电站运维平台建设方案

智慧变电站智能辅助综合监控平台

解

决

方

案

目录

1 建设背景及建设内容 (5)

1.1 建设背景. (5)

1.2 总体建设目标. (7)

1.3 项目建设主要任务. (8)

2 系统总体架构 (9)

2.1 系统组成. (9)

2.2 功能架构. (11)

2.3 硬件体系架构. (13)

2.4 系统基本特性. (14)

3 智慧变电站运维平台............................. 错误！未定义书签。

3.1 技术架构. (17)

3.2 集成在线监测平台基础功能. (18)

3.2.1 统一数据模型管理. (18)

3.2.2 监测数据集成. (18)

3.2.3 统一数据访问. (19)

3.2.4 面向服务架构. (19)

3.2.5 可视化业务数据监视. (20)

3.2.6 插件架构. (20)

3.2.7 消息系统. (20)

3.2.8 数据集成同一平台显示. (21)

3.3 集成在线监测平台主要应用功能. (22)

3.3.1 在线数据采集和存储. (22)

3.3.2 电力设备状态数据管理. (23)

3.3.3 数据展示平台. (23)

3.3.4 监测预警. (24)

3.3.5 状态监测数据综合分析. (27)

4 各独立监测系统设计 (29)

4.1 变电站红外监控系统. (29)

4.1.1 系统实现原理. (30)

5

6 安全防护措施 ...................................................

58 6.1 系统安全 . .......................................................

58 6.2 应用级网关 . .....................................................

58 6.3 应用系统安全 . (59)

4.1.2 系统结构及现场安装 . .........................................

32 4.2 断路器机械特性监测系统 . .........................................

34

4.2.1 对断路器操动机构进行监测 . ...................................

34 4.2.2 断路器动触头速度和行程在线监测 ..............................

38 4.3 避雷器在线监测系统 . .............................................

39

4.3.1 系统实现原理 . ...............................................

39 4.3.2 系统结构及现场安装 . .........................................

39 关键技术路线 ...................................................

41 5.1 基于 IEC61970 的电网模型 . ........................................

41 5.2 基于 IEC61968 的变电资产模型 .....................................

42 5.3 按照 IEC61850 标准进行建模和通信交换 .............................

45

5.3.1 遵循 IEC61850 进行数据建模 ...................................

45 5.3.2 传统 IED 设备的建模 . .........................................

46 5.3.3 网关代理方式的规约转换 . .....................................

47

5.3.4 网关模型组成 . ...............................................

49 5.4 SOA 技术架构 ....................................................

49 5.5 数据交换平台设计 . ...............................................

50

5.5.1 基于 XML 技术的数据交换机制 ..................................

50 5.5.2 技术实现设计 . ...............................................

51 5.6 底层数据服务通用方式 . ...........................................

52 5.7 初始化配置工具 . .................................................

53 5.8 数据集成通讯服务 . ...............................................

55

5.8.1 功能要求 . ...................................................

55 5.8.2 通讯控制机 . ................................................. 55 5.8.2.1 通讯控制机主要功能 ..................................

55

5.8.2.2 通讯管理机软件模块 ..................................

56

6.3.1 数据传输安全控制. (60)

6.3.2 数据访问安全控制. (60)

6.3.3 应用软件的安全控制. (61)

7 项目实施方案 (63)

7.1 建设原则. (63)

7.2 制定全面的依据最新标准的技术规范和工作标准 (64)

7.2.1 在线监测装置应用技术研究和标准编写 (64)

7.2.2 综合处理单元技术规范. (66)

7.2.3 数据接口规范. (66)

7.3 项目计划. (67)

7.4 项目成果. (68)

1 建设背景及建设内容

1.1 建设背景

变电站的设备巡视是运行人员每天都必须进行的一项重要工

作。过去其手段方法一般就是目测、手摸和耳听设备的运行情况，其中又以目测为主。但目测的方法有着很大的局限性, 对一些有发展性的缺陷较难准确发现，特别是一些在运行中较易发热的设备缺陷，要到设备发热到一定的程度后( 一般都已造成运行设备不同程度的损坏) 才能被发现，这样就给设备缺陷的及时发现和处理造成延误。

设备的热状态是反映设备运行状况的重要方面，如果在遥视

系统中融入测温功能，使集控站工作人员在远程巡视的同时能够

得到感兴趣的设备温度，将为电力系统的安全运行提供更可靠的

保障。

红外检测具有远距离、不停电、不接触、不解体等特点，给

电力系统线路状态监测提供了一种先进手段。在设备巡视中利用红外成像测温技术能提高运行人员发现设备缺陷的能力，特别是在设备的迎峰度夏和重大节假日期间对保证供电起到了很大的

作用。

高压断路器是保证高压输电系统安全稳定运行的关键部件

之一，因此确保断路器的可靠运行极为重要。高压断路器的绝大部分事故源于机械方面的原因，故研究其机械故障诊断具有重要的意义。目前国内都采用离线例行试验和操作对高压断路器进行

定期检修, 这种计划性的预防检修盲目性大，费用高，而且解体

拆装容易对断路器造成伤害，降低了利用率和可靠性。

高压断路器合分闸时的各机械参量包含了断路器操动机构

机械部分的状态信息，实时准确的监测断路器每次动作时的各机

械参量数据，为故障诊断以及状态检修提供了大量的数据准备。

断路器的状态监测技术是实现变电站无人值守的关键一环。

避雷器是保护电力设备运行安全、预防大气过电压的重要装置，氧化锌避雷器(MOA)被广泛应用于电力系统的过电压保护。

由于M O A运行中阀片长期承受电力系统运行电压的作用，以及内部受潮或污秽等因素的影响，因而会造成阀片劣化老化，进而损坏MOA，甚至可能引起大面积停电事故。事实证明，靠人工巡视

避雷器电流表来监测避雷器的老化，对于及时发现故障存在较大

问题，国内近年来已经发生多起避雷器爆炸事故，可见检测MOA 的运行特性非常重要。

实现避雷器运行状态下的在线自动监测，一方面可以保证变

电站避雷器的安全运行预警，及早发现和排除故障避雷器，避免发生避雷器爆炸；另一方面能实时监测避雷器性能是否完好，免除人工记录、抄表的繁杂，提高工作效率。

本工程建立的变电站集成在线监测系统利用“在线监测技术”

实现自动巡检、自动预警、自动输出报表等功能，减少人员到现

场巡视次数，及时发现设备隐患，为迅速排除故障，节省检修时

间，为变电生产检修、运行、预试、调度、项目管理各业务的标

准化、规范化管理提供有效的信息支撑平台，对提高电力系统安全、稳定运行，提高变电设备的运行和管理水平具有重要的意义，

是适应变电站向少人或无人值班发展趋势的需要。

1.2 总体建设目标

本系统将以在线监测数据为信息资料基础，以智能诊断、公

共信息模型（CIM）、面向服务框架（SOA）和商业智能(BI) 为技术支撑，建立安全可靠、开放灵活和可扩展性强的、运作协调

的电力设备远程监测诊断体系。本系统具备数据整合、监测预警、故障诊断、状态评价等高级服务功能，为公司生产管理信息系统提供维修策略，通过全方位可视化管理界面实现各业务部门的信息共享、协同管理和资源优化。

1.3 项目建设主要任务

建立基于公共数据模型的电力设备状态数据采集、交换及

分析决策的专业应用软件集成平台，管理电力设备状态数

据、评估结果，实现数据收集、存储、调用、更新，为不

同应用或系统之间的信息交互提供统一的表达格式，为设

备状态分析提供数据支持。

提供监测装置和数据进行统一的管理和分析的数据接口，

系统将采集全站的红外测温、断路器机械特性、避雷器状

态参量，通过统一的接口将数据送入变电站统一在线监测

平台。

分析电气设备状态与在线监测数据之间的量化关系，研究

设备状态诊断和评价算法专家支持库的建立方法，为设备

诊断和状态评估提供技术支持，并需具有灵活的扩展和便

利实施的特征。

2 系统总体架构

2.1 系统组成

智慧变电站运维平台主要由数据处理服务器组成，通过数据

采集及状态检修辅助决策软件实现在线监测数据的展现（包括实时数据、历史趋势等）和设备的综合评估分析、辅助决策等功能，并与其他数据平台采用IEC61850 规约进行数据通信和信息互动。

本系统作为对各种数据源信息采集标准化的平台，为应用提

供全面、及时、准确、一致的信息，并运用数据分析算法对设备

的运行情况进行评估并提出运行维护建议，提高变电设备运行状态监测的智能化、信息化、网络化水平，为有效辅助生产运行提

供技术保障。

从系统集成来看，大的系统应尽量分散化，以提高系统性能；小的系统应尽量集中，以降低成本，最终达到资源整合和信息综合集成的目的。根据我们对系统架构要求的理解，综合考虑信息通道、设备数量、运行管理等影响因素，采用分层分布式架构构

建站端在线监测系统。

图表1 分层式系统架构

站控层由站端在线监测系统综合平台组成，提供站内运行

的人机界面，实现监视查看间隔层和过程层设备等功能，一般包括工程师站、在线监测主站、监控系统等，形成全站设备在线监

测中心，并与上层系统进行通信。各监测单元的在线监测信息通过总线实时送往监测主站( 主控室) ，监测主站对收到的信息进行处理，再将分析诊断结果送到生计、检修部门或报警提醒各部门人员注意。

间隔层由计算机网络连接的若干个综合数据集成单元组成

（针对专业性较强，数据分析较为复杂的监测项目），在站控层及网络失效的情况下，仍能独立完成本间隔设备的在线监测数据

的处理。

过程层由若干个监测功能组及状态监测传感器组成，就地可

对各高压设备的特征参量进行实时采集处理，并将信息送往站控层。在站控层、间隔层及网络失效的情况下，仍能独立完成设备

的就地监测功能。

站控层与间隔层采用直接连接方式，站控层与过程层可根据

情况采用直接连接方式或经过间隔层连接方式。

站控层、间隔层网络均采用以太网，具有良好的开放性，可

以满足与电力系统其他专用网络连接及容量扩充等要求。

站端在线监测系统向上作为上层系统的数据源之一，同时又

相对独立，站内自成系统，层与层之间应相对独立，采用分层、

分布、开放式网络系统实现各设备间连接。

2.2 功能架构

业务功能以设备在线数据获取、监测预警、分析诊断等主要业务为目标，以数据采集、平台服务和信息展示与发布为主要业务流程，构成站端集成在线监测系统。

图表2 软件功能架构

整个软件体系分一个基础平台和三大功能体系：

1) 基础平台建立软件运行的基本结构及运行控制机制

2) 现场监测装置将实时监测数据集中上传至站内数据中心

的同时，通过综合数据网直接发送至上层系统。

3) 监测预警是根据监测特征量值的变化趋势，判断设备是否

存在异常，从而及时发出报警。正确的报警是进行有效监测的关键，需要根据设备故障的发展规律，建立灵敏可靠的报警策略。

4) 分析诊断是根据变电设备状态的状态参量及其运算结果

所提供的信息，采用所掌握的关于设备的知识和经验，进

图表 3 硬件体系架构

系统采用以太网结构，各监测主机与各个综合处理单元进行

通信，完成在线监测数据的汇聚， 并将数据保存至数据库服务器； 通信服务器负责将站内在线监测数据、 预警信息及分析诊断结果按照要求上传至上层系统， 同时也为上层系统提供远程控制服务， 行推理判断，分析设备的运行状况，及时发现故障隐患。

2.3 硬件体系架构

系统主要由应用程序服务器群（ Web 服务器、中间件服务器、 通信服务器等） 、数据服务器、 工作站、 监测主机、 监测汇控柜、 综合处理单元、 监测设备、网络安全设备以及相关配套设备组成。

监控中心

监控中心

监控中心

电网数据

生产系统 GID 服务器 历史数据库 数据发布服务器 III 区应用

TCP/IP 局域网

III 区

物理隔断 I 、II 区

备用机 61970 集成服务器 历史数据库 数据发布服务器 I 、 II 区应用

TCP/IP 局域网

交换机 GID 服务器 SCADA

TCP/IP

光纤通信

站现场 n

站现场 1

交换机

站端集成单元 _W

备用机 TCP/IP 局域网

站端集成单元 _D

RS232/485/422 61850/104/XML

监测单元 监测单元 计量终端 监测单元 监测单元 计量终端

接受上层系统下传的下装分析模型、参数配置、数据召唤、对时、强制重启等控制命令；中间件服务器为站端在线监测系统提供应

用支撑。

Web服务器用于将设备诊断、决策分析等高级应用软件分析和计算后的结果通过基于WebService 方式进行发布，提供了基于http 方式的访问。

数据库服务器用于存储实时、历史数据、报警和相关信息。

为保证提供稳定的基础数据服务，可考虑采用了集群冗余配置。

考虑到系统的安全性，配置了硬件防火墙，其部署满足《变

电系统二次设备安全防护》规范要求。

系统硬件主要由传感器、现场主站和监测中心服务器三部分

组成。

图表4 主要硬件设备示意图

2.4 系统基本特性

1) 在线监测的就地化