电力行业

变电站智能远程运维及及预警系统

1    系统概述

国家电网已提出了状态化控制和专业化检修的要求,这就对整个变电站的安全生产运行提出了更高的要求。随着无人值守变电站的普及和贯彻,对变配电站的整体设备运行安全都将提出更高的要求

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

小区配电站监控系统的需求特点:

n  信息安全:小区配电室多位于地下,目前极大多数并未实现专网宽带接入,安装于站内的溢水报警等智能设备需要借助公共互联网与平台系统实现互联信息安全(即在实现互联互通的同时,确保数据在传输过程中不泄漏、不篡改、以及为数众多的站内智能设备免遭网络攻击)将是确保系统安全运行的重要保障

n  双网传输: 由于绝大多数位于地下的配电室,只有物业转接的移动GSM网络信号,GPRS接入的流量费用由电信公司收取,且需要按月定期充值。为了更好的保证配电室与平台的可靠连接,接入设备宜设计成双通道传输(即宽带和GPRS并行工作)。如果物业宽带正常的时候,自动采用物业宽带接入,如果物业宽带停止时,自动切换到GPRS状态。

n  窄带宽接入:GPRS模式下,尤其是地下室信号普遍偏低的状态下,如何保证过程数据及重要事务信息的可靠传输,且具备相当的经济性,避免流量效果过大,乃至引起因流量管理不到位的停机现象,也是确保系统正常运行的重要技术保障。

n  标准化接入:因配电室众多,实施厂家众多,前段设备的技术形态和方案也呈多样化,对于这样一个多网、多元、异构的实际情况,如何更好的将管理措施实施到位,应将统一接入管理当成保证系统正常运行的一个重要因素。

n  远程维护:分布在站内的前端传感元件产品种类众多,随着项目的广泛实施,当系统运行周期超过一年之后,其灵敏度也随之降低,多需要人工维护。

另外站内功能的扩展、参数的修改等,也均需要技术人员的参与。

为了能够实际的提高维护工作效率,降低维护的人工成本,通过远程的技术手段,让各厂家可以通过网络系统,可以在单位就能方便的操作自己提供的位于配电室智能设备,也是该方案重点设计之一。

n  扩展能力 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。如何让网络一次投资设计,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,扩展能力的考虑更加显得更加重要。

n  系统联动 该网络方案的设计,除了考虑配电站的实际状况,网络状况,厂家提供维护服务、以及未来的发展趋势,更重要的是向电力系统的生产平台提供数据支撑。如何与电力系统的生产管理平台融合,也是体系系统可应用性的重要指标。

2    解决方案

该系统由前端智能单元()和后台远程运行维护平台组成,针对影响配电站房中设备安全运行的因素进行监测,报警,预警等,实现了主辅设备监控、消防、门禁、预警、报警等业务的远程管理功能于一体,同时可扩展收集状态数据,电气运行数据,能耗数据等,运用物联网的云平台技术,可为将来扩展更深层次的智能化应用打下基础。

该系统可有效提高配电室的安全运行水平,帮助供电部门更方便的管理配电室,为配电室的智能化管理提高保障,促进辅助设施系统设备纳入专业化管理的进度。       

 

 系统架构示意图 

3    产品功能

3.1   基本功能

Ø  电缆夹层透水积水报警

Ø  室内漏水溢水监测报警

Ø  门禁事件监测                            

Ø  火灾报警

Ø  室内温度监测

Ø  室内湿度监测

Ø  SF6泄漏报警

Ø  缺氧监测报警

Ø  主变温度采集及超温报警

Ø  视频摄像采集传输

Ø  自动拍照采集传输 

3.2   扩展功能

Ø  报警触发智能控制策略,比如通风、排水等

Ø  电气运行数据采集,比如进线及重要出线回路的I\U\P等负荷数据等

Ø  能源数据采集存储,比如电度表计量数据等

Ø  设备在线台帐(档案)管理

Ø  客户端、手机等多种报警通知方案

Ø  设备远程管理、维护、升级

Ø  大数据存储、挖掘分析

Ø  边界防护,可扩展实现红外成像及视频拍照等

Ø  与其他业务系统接口对接

 

4    系统特点

4.1   设计理念

对于事件:不漏报,不误报,及时报,智能报,可追溯

对于数据:可监测,可挖掘,可分析

对于设备:可维护,可扩展,可升级

4.2   智能可靠

Ø  前端智能单元设计了独特的多通道并发运行技术

每个单元设计了1路宽带接口、1GSM短信通道和4GPRS数据通道并发工作。如果有宽带条件,单元优先使用宽带接入后台,宽带断线后,启用4GPRS通道。当GSM信号强度低(GPRS信道不稳定,甚至无法建立网络连接时),报警事件等将自动切换至GSM短信通道发送,而数据将进行缓存,待网络恢复后,缓存数据将补录到后台存储引擎。

Ø  事件重发及确认机制

事件在发送过程中,可预置发送策略,对于某些关键或者重要事件,如果没有接收人的响应确认,将重复发送。

在事件发送过程中,如果发送失败,将启动发送重试等确保发送成功的机制。

Ø  预置多重报警输出方案

智能单元预留了2路硬接线输出接口,可驱动声光电路。当有紧急报警事件发生时,可立即驱动安装在门口(门外)声光元件,以通知给附近的值班、巡检等作业人员。

智能单元内置预留了与小区物业监控系统的通讯接口,可将事件或数据实时推送至物业有24H不间断值班人员的中央监控系统。

Ø  预置报警联动方案

智能单元预留了多路控制接口,当配置事件发生时,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  嵌入式智能设计

前端智能单元采用智能化设计思想,比如数据采集进行智能滤波,防止误报事件或者扰动坏数据的产生。

Ø  数据通道智能可靠的双向通讯

所有前端数据在产生时刻,均加盖了时间戳,质量戳,使数据更加可靠可信。数据在传输至后台时,使用两级压缩技术(旋转门和LZ7)和智能流量控制技术,采用物联网协议传输,与常规的GPRS协议通讯技术相比,我们不但可节省70%-90%GPRS通讯流量,我们的数据也更加可靠,更加可信。

4.3   运行稳定

Ø  工业级产品设计理念

前端智能单元由自主知识产权的SymLink工业智能机以及其他工业级元件、传感器等设备组成,所有元件均具备CE\FCC\EMC等工业级产品认证资质,工业级产品设计理念,使产品具备更卓越的抗恶劣环境及电磁干扰性能。

Ø  低功耗密闭运行

整个业务单元(箱)平均功耗3W(不含电源部分),在要求更高的预警场合,采用电池备用供电方案,具备更长时间的运行续航能力。

在电源失电情况下,自动切换到应急电池供电,同时将该情况通知给运行人员。  

Ø  久经沉淀的窄带宽远程通讯技术

前端智能单元与后台系统采用GPRS链路建立无线通讯,在这种带宽有限,且稳定状况差的链路上,为重要的过程数据建立稳定的通讯逻辑,是行业内公认比较大的挑战。我公司在此技术领域有着长达十年的互联网通讯协议设计经验积累,在本产品的通讯中采用链路握手、变化传输、断线续传、数据压缩等技术,确保了数据在传输过程中不丢失,以及更实时的良好通讯性能。

4.4   扩展能力

Ø  运行监测

前端智能单元采用智能化的核心设备,预置了多个以太网\CAN25等通讯接口及协议栈,可支持IEC60870-101234OPCBacnetDLT645等主流标准工业协议,以及国内外主流电力保护、测控、电度表、仪表、PLC等设备协议。

    前端智能单元可扩展接入配电室的低压电力仪表,采集进线及重要出线回路的负荷数据和运行状态,同时将数据推送至后台、供电调度、物业监控等系统。

Ø  能耗采集

前端智能单元可以直接采集电、水、气等能源管理的重要数据,并推送至后台存储引擎。系统提供应用组件开发接口,可深度定制符合小区配电室能耗管理系统的应用报表,数据分析等组件。

Ø  边界防护

前端智能单元可扩展4GSD存储卡,核心处理器采用低功耗工业级芯片,主频达到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,组建出边界防护报警功能。

4.5   网络平台

Ø  远程管理

后台运行维护管理系统是本系统的重要内涵,通过后台系统,维护人员可远程部署、调试和管理前端智能单元。

前端智能单元完成安装及接线工作后,所有的调试,包括对传感器参数的调校,授权手机号码的增减,设备及信道运行状况检测,软件升级等等各种维护管理工作,均可在后台远程操作完成。

Ø  数据存储

后台系统配备了高性能的数据库系统,配电室的各种环境数据、运行数据、能源数据等将存储在这里,供前端引擎和数据挖掘分析使用。该数据库可管理100万个测点对象,数据记录吞吐性能为10万次/每秒,存储数据可长达数十年。

历史数据挖掘和分析可为日常运行管理、能耗管理、人工巡检、设备健康管理、设备招标和大修计划提供决策依据。

Ø  应用展示

系统的用户端应用丰富,有实时数据浏览,历史数据查询,饼柱状图分析等组件,可供用户方便的查阅报警预警事件,以及各种运行和能源数据。

前端展示软件有客户端, Web, 手机App等多种方式供用户选择。

通过手机或者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,设备档案等各种数据。

Ø  用户控制

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

远程控制支持逻辑闭锁,多重身份校验等,符合电力系统安全运行操作规程。

Ø  业务定制

本系统可依据数据采集,充分的深度定制配电室辅检综合业务的应用组件,实现更加自动智能化的安全生产管理、事故预案管理及处理,乃至进一步的科学评估决策提供支撑。

  

5    主要技术指标

5.1   前端智能单元

Ø  核心模块

u  低功耗工业嵌入式设计,整机功耗不超过5W(不含电源部分)

u  底层操作系统采用嵌入式Linux,具有网络信息安全隔离防护功能

Ø  接口配置

u  4路独立GPRS通道,1路独立SMS事件通道,

u  2路独立100M-Ethernet接口(可扩展至16)423251CAN

u  4路传感器,最大可配置16

Ø  报警输出

u  SMS通道工作的GSM信号强度CSQ范围: 0

u  支持2路以上硬接线输出接口,最大可配置到8

Ø  数据传输效率

u  GPRS通道工作的GSM信号强度CSQ范围: 5

u  每天GPRS流量消耗:  <120KB (过程数据不丢失)

u  数据或状态变化后台系统传输时间:   <3

Ø  远程控制

u  支持远程管理,维护升级

u  支持手机短信控制操作

5.2   后台系统

Ø  远程管理

u  支持远程更新,传感器调校,远程升级等功能

u  支持手机短信查询设备运行状况,网络状况等功能

Ø  存储引擎

u  测点容量: 大于100万点以上

u  数据吞吐性能 (查询写入): 大于10万次/每秒

Ø  展示应用

u  支持客户端,Web和手机等

u  支持实时数据浏览,历史数据检索,饼柱状图分析,以及报表档案

Ø  用户控制

u  支持手机短信控制

u  支持控制策略配置

u  支持控制逻辑闭锁功能

Ø  其他功能

u  支持多级用户权限管理

u  具有开放的应用组件二次开发接口,可由第三方开发应用组件

6    系统说明

6.1   通道优化

由于各种原因,站内的GSM信号经常有不稳定的情况,尤其是位于地下的配电室,而这种状况下的GPRS信道也十分不稳定,甚至无法建立网络连接。为了确保站内事件及时可靠的发送到相关部门,我们专门设计了一个短信收发的通道,该短信通道独立于GPRS信道,当事件发生且GPRS信道不稳定时,设备将自动切换至短信通道。

一般说来,手机信号强度CSQ值低于16的时候(正常范围为20-30),GPRS信道开始变得极其不稳定。而独立的短信通道可在0以上(可检测到的微弱信号)即可完成事件的收发。

20141-2月份我们的实际测试数据表明,一个站每天消耗的GPRS流量可控制在平均160K左右。

6.2   事故案例

北京电网位于门头沟梧桐苑小区地下的无人值守变电站,于20143月初安装了基于SymLink的变配电站安全监测及智能预警系统。该变电站位于小区地下二层,无宽带网络,GSM移动网络信号的GPRS链路通讯也不稳定。

32920时,SymLink设备监测到环境异常,电缆夹层出现漏水。此时移动GSM网络GPRS通讯链路也并不稳定,SymLink开始自动切换至了更加可靠的GSM短信通道(SymLink的短信专用通道不依赖GRPS,可在微弱信号中工作),将该预警事件发送给了相关人员。后透水事故逐渐加剧,面积逐渐扩大,设备间也出现了透水,SymLink开始连续发出更高等级的预警事件。同时SymLinkGPRS链路能通讯可以建立的时候,陆续将GPRS网络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。

电力公司及时接收到SymLink的连续预警事件后高度重视,立刻派人前往现场排查。排查人员到达现场时发现,不仅是电缆夹层正在透水,运行设备间也开始出现严重透水,已经蔓延到了运行设备柜面前,水流也在逐步的加剧。因该站为位于地下的无人值守站,设备运行期间,不会有人进入配电室,如果该事件不被及时发现,不但会造成停电事故,极有可能造成变压器,开关柜等电力设备的严重损害。电力公司现场指挥人员确认了事故之后,立刻组织人员连夜抢修,成功避免了重大事故的发生。

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