变电站安全预警系统
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摘要：随着电力系统体制改革的深入，变电站应实现无人值守。这样变电站在运行过程中，必须建立一个安全的运行环境，对变电站各种设备的运行状态及影响变电站安全运行的因素实现在线监测，使变电站实现"可控"、"在控"。该文详细的介绍变电站安全预警系统的原理，并给出了为满足各种用户要求的系统结构。
关键词：变电站 安全预警 在线监测
1 概述
1.1 意义
随着电力系统体制改革的深入，电力系统普遍开展了"减人增效"、"提高供电水平和供电质量"、"创一流企业"的工作。无论是减人增效还是创一流企业，变电站都涉及了一个核心任务：变电站应实现无人值守。
这样，变电站必须解决以下几个问题：
·如何保证设备运行的可靠性问题；
·如何解决变电站无人值守后的安全管理问题；
·如何实现无人值守变电站的远程监视问题。
各种电压等级的变电站在运行过程中，现场安全成了十分突出的问题，特别是火灾、烟雾、非正常进入、电缆沟进水、小动物侵入电缆沟等关系到变电站安全运行的监控问题，靠操作队人员的正常巡视难以实现，必须建立一个安全稳定的运行环境，对变电站各种设备的运行状态及影响变电站安全运行的因素如：设备异常、火灾、水灾、过热、绝缘状况、局部放电等实现在线检测，使故障信息能够早期发现并得到及时处理，使成立后的操作队运行人员实时掌握设备运行工况、解决操作队巡视周期内的监控空白，加强对变电设备的监控。
无人值守变电站安全预警系统就是针对当前情况而开发的一整套使变电站安全运行的综合系统。该系统把监控对象落实到每一监护设备，由微机综合自动化系统负责电网的安全运行。变电站安全预警系统负责监视变电站的安全运行及环境状况，实时监测变电站的运行环境，对变电站各种设备的运行状态及影响变电站安全运行的因素如：环境温度、湿度、设备异常、火灾、水灾、过热、绝缘状况、局部放电等实现在线监测。当有异常情况发生时，终端装置采集到该实时信息后，立即记下此信息，进行校对、分析、处理，当确认为报警信号时，以声和光的方式发出预警信息和报警信号，使故障信息能够早期发现并得到及时处理，能够给变电站的运行提供真正的安全保障。变电站安装?quot;变电站安全预警系统"后，有效的实现了：
·将事故后报警改为事故前预警；
·将正常的3~4天一次的巡视变为24小时实时监控；
·将运行人员的现场目测巡视检查变为自动化监视；
·将分散的巡视检查变为集中监控；
·减轻了操作队人员、车辆来回奔波的辛苦，解决了变电站，尤其是无人值守变电站变电设备安全运行如何实现可控、在控的问题，从而使变电站完全具备了无人值守的要求，操作队成为了真正意义上的监控中心。
1.2 系统组成
"变电站安全预警系统" 由变电站安全预警终端、变电站安全预警主站（包括服务器、安全预警系统显示屏）组成。安全预警终端主要完成实时数据的采集、判断和处理，将处理结果由通信网络发送至变电站运行监控中心（或变电站操作队），安全预警终端应安装在变电站中。安全预警服务器对安全预警终端上传的数据进行处理。如果出现报警故障，则要求安全预警终端和安全预警服务器都要进行报警，安全预警服务器还要能记录报警类型和时间，以便查询、分析，能与运行工作站、调度、自动装置等进行通信。安全预警服务器可安装在调度所、操作队等处，其数据应在整个电力部门通信网络内共享。安全预警系统显示屏主要完成故障显示，可声光报警，使运行监控人员能够非常明显的看到事故发生地点及类型。
"变电站安全预警系统"结构非常灵活，安全预警系统可以独立组成系统，也可以和电网调度自动化（SCADA）系统集成，或者和远程监控系统集成。其系统结构图如图1所示[4]。
（1）调度中心到操作队数据传输方式可以为以太网TCP/IP协议或RS232转发。
（2）从终端到调度中心的传输通道可以是：光纤、载波通道、专线。
（3）变电站安全预警终端，可以通过RS232接口单独使用；可以与变电站的RTU配合使用，与RTU集中组屏，将报警信号通过RTU转发给调度主站，实施报警，这样可不占用信号传输通道。
2 无人值守变电站安全预警主站YJ2000
2.1 体系结构[4]
无人值守变电站安全预警主站系统YJ2000，是基于客户机/服务器体系结构的开放式系统。服务器系统的基本任务是数据维护和数据处理，并响应客户机的请求向客户机传送格式化的数据信息。客户机系统则负责提供用户界面，如图形、声音、动画等。YJ2000的服务器是功能服务器，不同于传统的文件服务器，在功能服务器上可同时运行各种功能软件。服务器系统和客户机系统可以运行在各自的硬件平台上，也可以运行在同一台机器上，服务器和客户机通过网络进行数据交换。
2.2 硬件平台
无人值守变电站安全预警系统主站系统在硬件上应由服务器、前置机、客户机、通道柜、大屏幕显示屏组成。
服务器是YJ2000安全预警主站系统的核心。前置机完成系统和现场数据的接口任务。系统其他各种工作站均是客户机，根据需要可以配备多台。
系统服务器可选用一般微机或专用服务器，CPU 为Pentium III 450 MHz以上，内存不少于64 M(最好128M)，硬盘4.3 GB以上。系统客户机，可选用能运行Windows NT或Win95/98的微机或者RISC工程工作站，推荐选配100 MHz以上CPU，内存不少于32 M，硬盘1.2 GB以上。
2.3 软件平台
YJ2000安全预警主站系统以Windows NT操作系统作为网络运行平台，以商用数据库系统作为系统的数据库平台。理论上，用户可以选择使用MS SQL Server、Sybase、Oracle、Foxpro等任何一种数据库系统，但是从性能价格比和易维护性等多种因素综合考虑，推荐使用MS SQL Server Version 7.0以上版本。系统服务器应安装MS SQL Server 数据库管理系统。
2.4 系统软件主要功能
数据采集与处理、语音报警、推画面报警、报警信息记录、实时画面显示、历史记录查询、数据库分权限管理，与SCADA/EMS等接口功能。
3 安全预警终端
3.1 原理框图[2]
见图2。
3.2 功能与指标
数据采集和处理功能：遥测量采集（YC）（室内温、湿度，电缆温度等）；遥信量采集（YX）（非法入院、非法入室、门禁、电缆沟小动物入侵、电缆沟进水；烟雾、明火、空调异常报警等）。
检测功能：空调运行状态、设备绝缘在线监测，设备运行状态监测等。
报警功能：超限报警；异常报警；报警方式：声、光、语音、历史记录存储。
预警功能：模糊智能判断，多重报警，消除误报。
故障定位功能：可对各种故障进行定位。
控制输出：可控制报警音箱和警示灯电源；探测器直流电源；交流接触器电源。
开关量输入：2路；模拟量输入：4路；开关量输出：3路。
通信：3个RS232口，1个RS485口；波特率600~4800 bit/s可选；通信规约：部颁CDT。
通道：电力载波、光纤、电缆等。
温度测量范围：-25～+80 ℃；湿度测量范围：10%～99%。
非法入院探测器最大探测距离：30、60、90m（三种选择）；非法入室探测器最大探测距离：10 m，视角：110啊 26埃幻骰鹛讲馄魈讲饩嗬耄 10 m（火焰高度≥7 cm），探测角度120埃谎涛硖讲馄鞅ň?ǘ龋 3%～4%（减光度）；水位探测器报警高度：≥50 mm。
测量精度：温度：±1 ℃；湿度：±10%；事件分辩率：≤30 ms；遥测刷新率：≤3 s。
3.3 模拟量采集(YC)
将传感器输出的信号经过滤波、采样保持、多路开关选择通道、信号放大后采集，再进行数字滤波，通过查表后，算出测量值，进行上传或显示。测量电路如图3所示。
3.4 遥信测量(YX)
YX输入采用光电耦合芯片进行隔离，以免外部干扰的串入，原理如图4所示。
外部YX输入需要一对常开或常闭的开关辅助空接点，无人值守变电站安全预警终端装置提供12 V隔离供电电源，CPU对YX的扫描时间为150 ms，并加有软件去抖动算法。
3.5 遥控或空接点输出(YK)
有两种功能：一是遥控或控制警示灯、排气扇等，二是提供空接点输出。逻辑框图如图5所示。
3.6 串口通讯[1][3]
波特率：（600，1200，2400，4800）可选择。
数据格式：数据位8位，起始位1位，停止位1位，无校验，二进制码。
串行口按部颁CDT规约发送遥信、遥测数据（16进制），每秒钟发送一次报文，定义如下。
3.6.1 遥信
遥信内容包括非法入院、非法入室、烟雾、火灾、水灾、空调等，若有其他内容，另行说明。其中EB90EB90EB90为同步头，71F4……为控制字。详细说明如下。
0EBH、90H、0EBH、90H、0EBH、90H、71H、0F4H、01H、00H、01H、BCH码、0F0H、DATA1、DATA2、DATA3、DATA4、BCH码。
DATA的Bit7~Bit0为报警位，0表示正常，1表示报警。
3.6.2 遥测
遥测内容包括温度测量和湿度测量，若有其他测量，另行说明。EB90EB90EB90为同步头，7161 ……为控制字。现举一帧报文详细说明如下。
0EBH、90H、0EBH、90H、0EBH、90H、71H、61H、02H、00H、01H、BCH码、00H、DL1、DH1、DL2、DH2、BCH码、01H、DL3、DH3、DL4、DH4、BCH码
其中，00，01为发送序号。DN为数据，它由DL和DH两部分组成。
DL1 ：室外温度低8位 DH1 ：室外温度高8位
DL2 ：室内温度低8位 DH2 ：室内温度高8位
DL3 ：室外湿度低8位 DH3 ：室外湿度高8位
DL4 ：室内湿度低8位 DH4 ：室内湿度高8位
4 结束语
目前，我国的变电站安全预警系统仍处于起始阶段，但各电力企业都认识到了该系统的重要性，正在加大使用力度。但对于变电站设备来说，其可靠性设计技术和相关的应用技术仍需作大量工作，尤其应将安全预警系统和图像监控系统集成，形成变电站安全预警监视系统，使该系统进入一个全新的新技术阶段。另外，为了适应电力系统体制改革的需要，在安全预警的基础上，要增加变电站设备巡检系统、电缆温度监测系统、高压电器温升监测系统、微机五防系统等，在供电公司中建立新的中心--变电站安全运行集中监控中心。