智能電網

變電站智能遠程運維及及預警系統

  • 時間: 2019-06-21 15:06:36
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1    系統概述

國家電網已提出了狀態化控制和專業化檢修的要求,這就對整個變電站的安全生産運行提出了更高的要求。隨著無人值守變電站的普及和貫徹,對變配電站的整體設備運行安全都將提出更高的要求

小区配电智能监控预警平台是根据当前智能電網的发展需求,提高无人值守供配电站房的监控预警和遠程管理维护而研发的整套智能系统。

小區配電站監控系統的需求特點:

n  信息安全:小區配電室多位于地下,目前極大多數並未實現專網寬帶接入,安裝于站內的溢水報警等智能設備需要借助公共互聯網與平台系統實現互聯信息安全(即在實現互聯互通的同時,確保數據在傳輸過程中不泄漏、不篡改、以及爲數衆多的站內智能設備免遭網絡攻擊)將是確保系統安全運行的重要保障

n  雙網傳輸: 由于絕大多數位于地下的配電室,只有物業轉接的移動GSM網絡信號,GPRS接入的流量費用由電信公司收取,且需要按月定期充值。爲了更好的保證配電室與平台的可靠連接,接入設備宜設計成雙通道傳輸(即寬帶和GPRS並行工作)。如果物業寬帶正常的時候,自動采用物業寬帶接入,如果物業寬帶停止時,自動切換到GPRS狀態。

n  窄帶寬接入:GPRS模式下,尤其是地下室信號普遍偏低的狀態下,如何保證過程數據及重要事務信息的可靠傳輸,且具備相當的經濟性,避免流量效果過大,乃至引起因流量管理不到位的停機現象,也是確保系統正常運行的重要技術保障。

n  標准化接入:因配電室衆多,實施廠家衆多,前段設備的技術形態和方案也呈多樣化,對于這樣一個多網、多元、異構的實際情況,如何更好的將管理措施實施到位,應將統一接入管理當成保證系統正常運行的一個重要因素。

n  遠程維護:分布在站內的前端傳感元件産品種類衆多,隨著項目的廣泛實施,當系統運行周期超過一年之後,其靈敏度也隨之降低,多需要人工維護。

另外站內功能的擴展、參數的修改等,也均需要技術人員的參與。

爲了能夠實際的提高維護工作效率,降低維護的人工成本,通過遠程的技術手段,讓各廠家可以通過網絡系統,可以在單位就能方便的操作自己提供的位于配電室智能設備,也是該方案重點設計之一。

n  擴展能力 随着技术的发展,相信会有更多的可靠智能化技术和设备不停的应用在辅检、巡检、预警等实际的电力生产活动中。如何让網絡一次投资设计,可以不停的叠加扩展设备接入和应用,也是需要靠合适的技术设计来保障,在物联网技术会在未来几年迅猛发展的阶段,擴展能力的考虑更加显得更加重要。

n  系統聯動 該網絡方案的設計,除了考慮配電站的實際狀況,網絡狀況,廠家提供維護服務、以及未來的發展趨勢,更重要的是向電力系統的生産平台提供數據支撐。如何與電力系統的生産管理平台融合,也是體系系統可應用性的重要指標。

2    解決方案

該系統由前端智能單元()和後台遠程運行維護平台組成,針對影響配電站房中設備安全運行的因素進行監測,報警,預警等,實現了主輔設備監控、消防、門禁、預警、報警等業務的遠程管理功能于一體,同時可擴展收集狀態數據,電氣運行數據,能耗數據等,運用物聯網的雲平台技術,可爲將來擴展更深層次的智能化應用打下基礎。

該系統可有效提高配電室的安全運行水平,幫助供電部門更方便的管理配電室,爲配電室的智能化管理提高保障,促進輔助設施系統設備納入專業化管理的進度。       

 

 系統架構示意圖 

3    産品功能

3.1   基本功能

Ø  電纜夾層透水積水報警

Ø  室內漏水溢水監測報警

Ø  門禁事件監測                            

Ø  火災報警

Ø  室內溫度監測

Ø  室內濕度監測

Ø  SF6泄漏報警

Ø  缺氧監測報警

Ø  主變溫度采集及超溫報警

Ø  視頻攝像采集傳輸

Ø  自動拍照采集傳輸 

3.2   擴展功能

Ø  報警觸發智能控制策略,比如通風、排水等

Ø  電氣運行數據采集,比如進線及重要出線回路的I\U\P等負荷數據等

Ø  能源數據采集存儲,比如電度表計量數據等

Ø  設備在線台帳(檔案)管理

Ø  客戶端、手機等多種報警通知方案

Ø  設備遠程管理、維護、升級

Ø  大數據存儲、挖掘分析

Ø  邊界防護,可擴展實現紅外成像及視頻拍照等

Ø  與其他業務系統接口對接

 

4    系統特點

4.1   設計理念

對于事件:不漏報,不誤報,及時報,智能報,可追溯

對于數據:可監測,可挖掘,可分析

對于設備:可維護,可擴展,可升級

4.2   智能可靠

Ø  前端智能單元設計了獨特的多通道並發運行技術

每個單元設計了1路寬帶接口、1GSM短信通道和4GPRS數據通道並發工作。如果有寬帶條件,單元優先使用寬帶接入後台,寬帶斷線後,啓用4GPRS通道。當GSM信號強度低(GPRS信道不穩定,甚至無法建立網絡連接時),報警事件等將自動切換至GSM短信通道發送,而數據將進行緩存,待網絡恢複後,緩存數據將補錄到後台存儲引擎。

Ø  事件重發及確認機制

事件在發送過程中,可預置發送策略,對于某些關鍵或者重要事件,如果沒有接收人的響應確認,將重複發送。

在事件發送過程中,如果發送失敗,將啓動發送重試等確保發送成功的機制。

Ø  預置多重報警輸出方案

智能單元預留了2路硬接線輸出接口,可驅動聲光電路。當有緊急報警事件發生時,可立即驅動安裝在門口(門外)聲光元件,以通知給附近的值班、巡檢等作業人員。

智能單元內置預留了與小區物業監控系統的通訊接口,可將事件或數據實時推送至物業有24H不間斷值班人員的中央監控系統。

Ø  預置報警聯動方案

智能單元預留了多路控制接口,当配置事件发生時,可驱动其他设备启动工作,比如自动打开配电室门锁,启动排水排风开关等。

Ø  嵌入式智能設計

前端智能單元采用智能化設計思想,比如數據采集進行智能濾波,防止誤報事件或者擾動壞數據的産生。

Ø  數據通道智能可靠的雙向通訊

所有前端數據在産生時刻,均加蓋了時間戳,質量戳,使數據更加可靠可信。數據在傳輸至後台時,使用兩級壓縮技術(旋轉門和LZ7)和智能流量控制技術,采用物聯網協議傳輸,與常規的GPRS協議通訊技術相比,我們不但可節省70%-90%GPRS通訊流量,我們的數據也更加可靠,更加可信。

4.3   運行穩定

Ø  工业级产品設計理念

前端智能單元由自主知識産權的SymLink工業智能機以及其他工業級元件、傳感器等設備組成,所有元件均具備CE\FCC\EMC等工业级产品认证资质,工业级产品設計理念,使产品具备更卓越的抗恶劣环境及电磁干扰性能。

Ø  低功耗密閉運行

整個業務單元(箱)平均功耗3W(不含電源部分),在要求更高的預警場合,采用電池備用供電方案,具備更長時間的運行續航能力。

在電源失電情況下,自動切換到應急電池供電,同時將該情況通知給運行人員。  

Ø  久經沈澱的窄帶寬遠程通訊技術

前端智能單元與後台系統采用GPRS鏈路建立無線通訊,在這種帶寬有限,且穩定狀況差的鏈路上,爲重要的過程數據建立穩定的通訊邏輯,是行業內公認比較大的挑戰。我公司在此技術領域有著長達十年的互聯網通訊協議設計經驗積累,在本産品的通訊中采用鏈路握手、變化傳輸、斷線續傳、數據壓縮等技術,確保了數據在傳輸過程中不丟失,以及更實時的良好通訊性能。

4.4   擴展能力

Ø  運行監測

前端智能單元采用智能化的核心設備,預置了多個以太網\CAN25等通訊接口及協議棧,可支持IEC60870-101234OPCBacnetDLT645等主流標准工業協議,以及國內外主流電力保護、測控、電度表、儀表、PLC等設備協議。

    前端智能單元可擴展接入配電室的低壓電力儀表,采集進線及重要出線回路的負荷數據和運行狀態,同時將數據推送至後台、供電調度、物業監控等系統。

Ø  能耗采集

前端智能單元可以直接采集電、水、氣等能源管理的重要數據,並推送至後台存儲引擎。系統提供應用組件開發接口,可深度定制符合小區配電室能耗管理系統的應用報表,數據分析等組件。

Ø  邊界防護

前端智能單元可擴展4GSD存儲卡,核心處理器采用低功耗工業級芯片,主頻達到400MHZ,具有强大的多媒体数据处理能力。智能单元可扩展接入多媒体传感设备,比如红外成像仪,自动拍照仪等,组建出邊界防護报警功能。

4.5   網絡平台

Ø  遠程管理

後台運行維護管理系統是本系統的重要內涵,通過後台系統,維護人員可遠程部署、調試和管理前端智能單元。

前端智能單元完成安裝及接線工作後,所有的調試,包括對傳感器參數的調校,授權手機號碼的增減,設備及信道運行狀況檢測,軟件升級等等各種維護管理工作,均可在後台遠程操作完成。

Ø  數據存儲

後台系統配備了高性能的數據庫系統,配電室的各種環境數據、運行數據、能源數據等將存儲在這裏,供前端引擎和數據挖掘分析使用。該數據庫可管理100萬個測點對象,數據記錄吞吐性能爲10萬次/每秒,存儲數據可長達數十年。

曆史數據挖掘和分析可爲日常運行管理、能耗管理、人工巡檢、設備健康管理、設備招標和大修計劃提供決策依據。

Ø  應用展示

系統的用戶端應用豐富,有實時數據浏覽,曆史數據查詢,餅柱狀圖分析等組件,可供用戶方便的查閱報警預警事件,以及各種運行和能源數據。

前端展示軟件有客戶端, Web, 手機App等多種方式供用戶選擇。

通过手機或者Web客户端,用户可实时浏览变电站状态,调阅传感数据的历史存储值,各种告警的事件记录,设备檔案等各种数据。

Ø  用戶控制

遠程控制也是该系统重要内涵之一,目前软件提供了多种用戶控制方案。用户可自行配置自动控制策略,也可通过软件,或手機短信进行触发控制。

遠程控制支持邏輯閉鎖,多重身份校驗等,符合電力系統安全運行操作規程。

Ø  業務定制

本系統可依據數據采集,充分的深度定制配電室輔檢綜合業務的應用組件,實現更加自動智能化的安全生産管理、事故預案管理及處理,乃至進一步的科學評估決策提供支撐。

  

5    主要技術指標

5.1   前端智能單元

Ø  核心模塊

u  低功耗工業嵌入式設計,整機功耗不超過5W(不含電源部分)

u  底層操作系統采用嵌入式Linux,具有網絡信息安全隔離防護功能

Ø  接口配置

u  4路獨立GPRS通道,1路獨立SMS事件通道,

u  2路獨立100M-Ethernet接口(可擴展至16)423251CAN

u  4路傳感器,最大可配置16

Ø  報警輸出

u  SMS通道工作的GSM信號強度CSQ範圍: 0

u  支持2路以上硬接線輸出接口,最大可配置到8

Ø  數據傳輸效率

u  GPRS通道工作的GSM信號強度CSQ範圍: 5

u  每天GPRS流量消耗:  <120KB (過程數據不丟失)

u  數據或狀態變化後台系統傳輸時間:   <3

Ø  遠程控制

u  支持遠程管理,维护升级

u  支持手機短信控制操作

5.2   後台系統

Ø  遠程管理

u  支持遠程更新,傳感器調校,遠程升級等功能

u  支持手機短信查询设备运行状况,網絡状况等功能

Ø  存儲引擎

u  測點容量: 大于100萬點以上

u  數據吞吐性能 (查詢寫入): 大于10萬次/每秒

Ø  展示應用

u  支持客戶端,Web和手機等

u  支持实时数据浏览,历史数据检索,饼柱状图分析,以及报表檔案

Ø  用戶控制

u  支持手機短信控制

u  支持控制策略配置

u  支持控制邏輯閉鎖功能

Ø  其他功能

u  支持多級用戶權限管理

u  具有開放的應用組件二次開發接口,可由第三方開發應用組件

6    系統說明

6.1   通道優化

由于各種原因,站內的GSM信號經常有不穩定的情況,尤其是位于地下的配電室,而這種狀況下的GPRS信道也十分不穩定,甚至無法建立網絡連接。爲了確保站內事件及時可靠的發送到相關部門,我們專門設計了一個短信收發的通道,該短信通道獨立于GPRS信道,當事件發生且GPRS信道不穩定時,設備將自動切換至短信通道。

一般说来,手機信號強度CSQ值低于16的时候(正常範圍为20-30),GPRS信道開始變得極其不穩定。而獨立的短信通道可在0以上(可檢測到的微弱信號)即可完成事件的收發。

20141-2月份我們的實際測試數據表明,一個站每天消耗的GPRS流量可控制在平均160K左右。

6.2   事故案例

北京電網位于門頭溝梧桐苑小區地下的無人值守變電站,于20143月初安裝了基于SymLink的變配電站安全監測及智能預警系統。該變電站位于小區地下二層,無寬帶網絡,GSM移動網絡信號的GPRS鏈路通訊也不穩定。

32920時,SymLink設備監測到環境異常,電纜夾層出現漏水。此時移動GSM網絡GPRS通訊鏈路也並不穩定,SymLink開始自動切換至了更加可靠的GSM短信通道(SymLink的短信專用通道不依賴GRPS,可在微弱信號中工作),將該預警事件發送給了相關人員。後透水事故逐漸加劇,面積逐漸擴大,設備間也出現了透水,SymLink開始連續發出更高等級的預警事件。同時SymLinkGPRS鏈路能通訊可以建立的時候,陸續將GPRS網絡中断期间的运行数据传送至后台软件系统,为事故后期诊断存储了各项数据。

電力公司及時接收到SymLink的連續預警事件後高度重視,立刻派人前往現場排查。排查人員到達現場時發現,不僅是電纜夾層正在透水,運行設備間也開始出現嚴重透水,已經蔓延到了運行設備櫃面前,水流也在逐步的加劇。因該站爲位于地下的無人值守站,設備運行期間,不會有人進入配電室,如果該事件不被及時發現,不但會造成停電事故,極有可能造成變壓器,開關櫃等電力設備的嚴重損害。電力公司現場指揮人員確認了事故之後,立刻組織人員連夜搶修,成功避免了重大事故的發生。

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