变电站交直流电源一体化监测与诊断系统

1. 目的

实时掌握变电站交、直流电源设备的运行工况，以“IEC60870-5-103”和 “IEC61850”通信体系为基准，将变电站交流系统、直流系统、UPS系统的遥信量、遥测量、定值、录波数据等运行状态信息通过变电站现场整合后，利用变电站网络将数据传输至远程服务器，实现对交、直流电源设备运行状态信息的实时在线监测、分析、诊断，并对设备隐患进行预警，为运行部门进行状态检修提供科学依据，确保变电站交、直流系统安全、稳定运行，为电网安全运行保驾护航。

2. 概述

随着电力公司电网规模的日益扩大和负荷需求的不断增加，电网系统对变电站交、直流系统的运行要求越来越高，不及时发现、消除交直流系统缺陷，将可能造成保护及自动装置死机、拒动、越级跳闸的后果，给电网的安全稳定运行带来严重影响。在实际运行中可能产生以下严重后果：

继电保护室或高压室空调馈线空气开关跳闸，保护及自动装置所处运行环境温度升高，将会造成保护及自动装置死机，系统出现故障，保护及自动装置可能拒动，从而发生越级跳闸情况，扩大了事故范围，严重者可能导致全站失压。

直流储能空气开关在断路器合闸储满能后跳闸，线路故障，线路断路器跳闸后重合成功，短时间内再次故障，则线路不能重合，严重者可能导致全站失压。

蓄电池整组电池或部分电池失效时(开路、短路或容量不足)，充电机故障或交流失压，将导致全站直流失压，引起保护及自动装置拒动，影响电网系统安全运行。

同时，交直流在线监测技术发展缺乏统一标准，无法推广应用。由于变电站交直流在线监测技术尚处于起步阶段，各地方供电公司和各厂家对技术的理解、开发理念和思路存在差异，各监测系统间的信息共享和数据交换功能比较薄弱，易形成系统信息利用上的“信息孤岛”现象，增加了在企业范围内的实现信息共享和系统整合的开发和实施难度。具体存在以下问题：

缺乏统一技术规范，无法推广应用。

无统一监控系统平台，各设备监测装置各自独立形成系统，形成多个信息孤岛，造成资源浪费。

信息通信标准不统一，信息传输交换难度大。

缺乏设备信息状态诊断、智能分析、预警、寿命预测和管理等高级应用功能，不能为运行部门进行状态检修和全寿命管理提供有效支持。

为解决上述问题，真正实现对变电站交直流系统运行工况的在线监测，提高变电站交直流系统运行的可靠性，通过变电站交直流电源运行状态的一体化监测与诊断系统将产生以下效益：

制定并应用统一的设备通讯、接口技术规范。

建立统一变电站交直流电源实时状态监测与诊断平台。

规范及完善变电站交直流电源数据信息标准。

使用统一的IEC61850通信标准。

开发状态诊断、智能分析、预警与寿命管理等高级应用功能。

3. 系统适用范围

电力公司生产管理人员

交直流电源运行部门及人员

交直流电源维护、检修部门及人员

监控中心、综合自动化等一体化监控部门及人员

4. 系统功能

交直流电源运行状态一体化监测与诊断系统实现远程集中监控交流电源、直流电源、蓄电池组、UPS 等设备的实时和历史运行信息。系统功能包括：

监视功能：

实时监控：通过图形、数字和曲线方式，监控设备实时运行状态、实时告警、实时遥测、遥信数据，以接线图画面实时监控设备运行状态。

实时通讯：通过图形方式查看当前厂站通讯链路通讯状态情况。

地理图导航：以地理图的方式显示变电站内异常信号，可以通过站点快速导航到相关的监测设备和监测点进行信息查询与操作。

数据查询：通过多种图表曲线、表格数字形式查询分析历史数据。

录波浏览：提供录波文件下载、在线浏览录波曲线等。

图二 以录波文件记录的电压曲线图

图三 蓄电池组运行曲线图

日志服务：对用户维护的系统应用设备，用户登录的操作进行日志登记;并提供对日志的分类分时段查询。

高级应用功能：

专家分析：对蓄电池组单体电压、内阻、温度等参数进行智能神经网络分析，预测和分析各单体性能值，并提供相应的维护项建议，提供蓄电池性能分析报告。

充电机性能分析：实时显示充电装置的电流、电压等数据，并据此计算稳压精度、稳流精度、均流系数等，结合性能分析模型，对其性能进行科学准确的分析，给出相应的性能分析结果。

直流馈线环网告警：对控制保护环网电源环网等状态进行实时的监测，并对其异常状态进行实时告警，告警方式以警示灯、弹出窗口等形式实现。

报表管理：输出报表文档，可设定报表计划进行自动报表，可管理上传报表模板来改变报表内容格式。

用户管理：提供用户操作权限分配和厂站权限分配功能，对管理数据分流。

系统设置：维护系统针对不同站点和设备维护各种应用接线图，可编辑绘制接线图关联接线图设备遥测、遥信数据。

参数管理：对系统应用的基础信息进行维护管理，提供厂家、度量单位维护，设备类型管理，

对设备类型的遥测告警上下限设置，指定采集保存周期。

通过平台的建设，积累了大量的变电站交直流系统运行数据，形成了企业的交直流系统数据仓库，为以后设备的运行评价等工作积累了数据财富。

5. 系统特点

一体化的交直流数据监控平台

本系统在对变电站的交流电源系统、直流电源系统、不间断电源系统的信息进行一体化采集、建模、存储，并通过丰富的表格、曲线、柱状图、报表等形式，对交直流系统的运行状态信息进行实时监测。

图四 一体化监测与诊断系统主界面

变电站交直流系统全景数据平台

系统按照统一的信息模型进行数据的整合和处理，支持统一的 SVG 图形标准，支持与生产管理系统、变电站综合自动化系统、调度自动化系统等系统的接口和信息融合，构建了变电站交直流系统的全景数据仓库。

变电站交直流系统专家分析与诊断平台

系统提供了多个拥有专利技术的专家诊断模块(蓄电池性能分析方法、充电机性能评价方法)，为分析和决策人员提供了丰富的诊断工具。可在线提取交直流电源系统运行状态评价信息和决策依据数据。

建立变电站交直流系统在线测试平台，实现图形化、远程智能专家诊断子系统和一体化测试平台。在同一平台上实时监控变电站交直流系统的实时运行状态信息，并能够以曲线方式展示录波文件，结合系统的高级分析应用模型，以直观和可视化的形式，实现对直流系统的特性分析计算、诊断，监控中心远端对于交直流系统的实时在线监测，对其运行状态和控制操作的远程测试，通过一体化的界面进行测试和监控。

实现了远程智能专家诊断

系统通过建立变电站交直流在线监测系统，改变了交直流监测装置孤立运行、孤立诊断、资源不能共享、监测的数据无法充分利用的现状，实现集中的、多级的、远程的数字设备运行状态监控与智能专家诊断，大大提高变电站交直流系统的智能化水平。重点体现在：

站用电源系统联动：根据交流进线运行方式，自动调整直流运行，达到最佳方式运行。

通过对蓄电池单体电压、内阻一致性的智能神经网络分析，预测和诊断蓄电池性能;

充电机性能分析(稳压、稳流、均流系数)：通过实时采集充电机的电流、电压等数据，实

时计算充电机的稳压精度、稳流精度和均流系数，并能对超过定值的信息进行实时告警;

通过和电网公司变电站电源系统缺陷库的对接，及时判断设备缺陷等级，及时安排设备检修。

整合可扩的系统解决方案

本系统的开发不仅充分满足当前的需求，更兼顾到了以后发展的需要，考虑系统接入多样性，应用先进的网络技术和数据通讯技术，采用国际标准和行业相关标准，增强系统的前瞻性和兼容性。

创新的用户体验

创新的将 Silverlight 技术应用到电力图形的展现上，使用户拥有内容丰富、视觉效果绚丽的交互式体验。

图五 交流电源系统接线图

丰富的 WEB 浏览发布功能

系统的 WEB 系统采用最新技术实现，使得授权用户可以在安全身份认证的情况下，进行各种类型的实时历史数据的浏览、查询、打印。Web 系统采用 Web 客户/应用服务器/数据库服务器的三层浏览器/服务器(B/S)结构实现。客户端无需安装任何特殊软件，降低用户客户端配置成本，便于使用和维护。

分层分布式开放系统设计

系统平台采用分层分布式设计，封装了通用平台、数据库平台和应用平台，为电力应用系统提供从底层到上层应用全方位的支持，是分层分布式的开发和运行平台，具有很好的开放性、可扩展性、可移植性、易维护性、可靠性和安全性。

实现了变电站内统一的数据通信标准

在站内通讯上统一采用符合 IEC60870-5-103/IEC61850-8-x 标准的技术，对非标准的通讯设备采用规约转换实现对站内设备间通信标准和协议的统一，实现各类设备间的无缝链接和互操作，满足站内交直流监测设备的通信和数据传输要求。为日后变电站交直流在线监测系统的扩展和应用，并为数字化变电站建设提供了必要的硬件和技术准备。

6. 实施成果

通过变电站交直流电源运行状态一体化监测与诊断系统的实施，可以取得以下预期成果：

建立了一体化的交直流数据远程监控平台

基于一体化平台建立了远程智能专家诊断系统

申请专利

发表论文

制订规范

《交直流在线监测系统组网规范》

《交直流在线监测系统量表配置规范》

《交直流在线监测系统后台画面规范》

7. 效益分析(经济和社会效益)

提高了变电站交直流监测的管理水平

变电站交直流在线监测系统项目的实施，改变了原有的人工监测方式，改变了原来交直流设备的维护按照计划安排进行定期巡检的方式，系统的潜在隐患不能及时发现，交直流设备状态无法全面监控的现状。系统通过一体化的交直流监控平台，实现对交直流设备状态的直观化展示，通过丰富的图表形式来展现，变电站交直流设备的维护和管理，也实现了统一的配置和管理，有效的提高了变电站交直流监测设备的管理水平。

实现了统一的变电站交直流系统监控管理平台

项目的实施，为实现变电站交直流提供了统一的监控平台，基于该平台能够实现对变电站交直流系统的实时在线监测，同时通过对交直流系统的实时和历史数据，对其工况进行科学的评价和性能分析，为变电站交直流设备的维护和技改项目提供详实的数据支撑，为进一步提供对变电站交直流设备的科学化管理和数字化变电站建设提供必要的技术准备和实践。

提高变电站管理的信息化程度，节省人力成本变电站交直流在线监测系统项目的实施，不仅简化了原有的变电站设备巡检程序，同时还节省了变电站定期巡检的人力成本。对于变电站的管理水平提高到远程监控和管理，设备运行状态数据更加准确和详实。对于改进变电站的运行、管理、维护、检修的方法，提高变电站交直流设备运行、管理、维护和检修等环节的信息化程度，既能提前预知设备健康状况，又能简化程序，提高劳动效率，减少交直流设备故障率。按照每站每 10 天巡视一次、每 30天缺陷处理一次、每 90 天维护一次，每年定检一次，每站每年可节约人力成本 2.58 万元。

进一步提高变电站交直流系统的安全和经济运行水平

电力企业交、直流系统是一个分布和异构的环境，目前的状况是信息孤岛林立，在这个异构的环境下实现各个分布式应用的互联，为电力系统信息论提供充分的信息，重点研究各种高级应用分析决策的应用原理和方法，提高交、直流系统信息的可靠性和分析决策的智能性，可进一步提高系统的安全和经济运行水平，保障继电保护设备和自动化设备的安全稳定运行。

提高智能系统的决策反应的快速性和正确性

在当前的知识经济时代，知识正成为生产力要素中最活跃最重要的部分，知识的创新和应用使企业在竞争中不断发展，并创造巨大财富。解决信息孤岛问题，能把各个孤立的信息资源整合在一起，进而形成统一的知识，通过高级应用的实现，将知识员工积累的实践经验和创新思想进行有效的挖掘、共享和利用，使企业了解自己的知识资源，并利用这些知识达到发展的目的，这对于保持企业的竞争优势是至关重要的。通过这些知识资源，可以使变电站交、直流系统运行人员更便捷地获得电力系统真实的运动状态和本质性的规律，以此作为计划、生产、规划等的决策依据。

8. 应用案例

2010 年 7 月，变电站交直流电源一体化监测与诊断系统在广东电网公司中山供电局投入运行，该系统建立变电站交直流系统监测设备的远程智能专家诊断模型，提高对于交直流系统监测设备的利用效率和管理水平。建立统一的交直流实时在线监测平台，进一步研究变电站交、直流系统的监测和安全管理。通过充电机性能分析、蓄电池性能分析、直流环网柜的智能告警、定值错误告警等高级分析应用功能，实现对变电站交直流运行状态信息监测一体化监测管理，极大的提高了变电站交、直流系统的决策分析水平。