可视化技术在变电站设备集中监控中的应用研究

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[摘 要]本文简述了开展变电站集中监视可视化研究的背景。根据集中监控业务的特点，提出了集中监控可视化系统的设计目标。在此基础上，对集中监控可视化需要实现的各个功能模块进行了详细的分析。最后结合实际的使用情况，证明了集中监控可视化系统的可行性。

[关键词]集中监控 可视化 潮流监控 整体监视

中图分类号：TM63；TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0164-02

0 引言

随着国家电网公司“三集五大”体系建设的全面开展，变电站设备的集中监控职责由原来运检部门转移到了各级调控中心。随着监控站的增多，监控员需要处理的信息量呈爆发式增长。以省级调控中心为例，每天要处理的信息动辄上万条，如何以更好的方式呈现和处理这些信息，帮助监控人员更直观快捷地了解到变电站内一、二次设备的连接关系和运行状态，减轻监控人员的工作强度，提高监控人员对受控站整体运行情况的掌控能力，对提升监控效率、保证电网的安全稳定运行具有重要意义。

1 可视化技术

可视化技术的前身是计算机图形学，它是20世纪90年代伴随计算机技术发展而出现的一门新兴技术。在信息化时代，人们常常在茫茫的数据海洋面前显得不知所措，一时难以抓住隐藏在数据中的本质、结构和规律。已有的研究表明，人眼对图形的敏感程度要大大高于对数据的敏感程度。可视化技术通过将各种错综繁杂凌乱的数据转换成清晰直观的图形或图像方式表达出来，从而达到帮助人们正确、直观的理解数据或过程的含义的目的。今天可视化技术己经发展成为研究用户界面、数据表示、处理算法、显示方式等一系列问题的一个综合性学科，是人们认识客观事物和变化规律的得力助手。

在国内外电力系统，电力系统可视化的研究目前是一个热点。美国的美国Power World公司是世界电网可视化领域的权威公司。国内的中国电力科学研究院、四川大学、清华大学已开发出了相关的可视化产品。其图形展示方式包括等高线、动态潮流、区域着色、动态表计、三维柱状图、三维曲面图、三维管道等，且在某些工程中进行了应用。

目前电力系统的可视化研究主要集中在调度业务的可视化方面，以实现整个区域电网的功角稳定、电压稳定、断面潮流越限等监视功能， 针对变电站集中监控可视化的研究较少。而从业务性质和业务内容来说，监控员的主要关注点在于变电站设备的运行状态是否正常，而调度员的关注点在于整个电网的潮流是否合理、是否安全稳定、电压有无越限，关注点的不同决定了集中监控的可视化必须与集中监控业务的特点结合起来考虑，而无法照搬调度可视化的内容。

2 现有监控系统的不足

从本质上说，现有的调度监控技术支持系统D5000、OPEN3000等也是一种可视化系统。它通过将各种设备用符号表示，并通过主接线图连接起来，同时将遥测、遥信等信息同设备关联，利用光字、闪烁、符号位置、字体颜色的变化实现设备变位、参数越限、异常等显示功能。

这种方式在变电站实行分站监控时期就已广泛采用，它大大减轻了监控人员的工作强度，在实践中得到了不断地完善，使用已经比较成熟。然而，随着集中监控的推广，这一方式暴露出了以下问题，影响着集中监控的效率：

1）只能分站监视，缺少整体监视的可视化界面。监控员在监控过程中没有整体观察分析的手段，必须逐个站去切换，不利于从整体掌控受控站情况。

2）注重原始数据的呈现，而缺少对数据的整合、归类和提炼，展示方式比较单一。

3）通过光字和报文方式，对异常和事故的展示方式不够直观。

4）监控员的工作要对监控系统、视频监控系统、输变电在线监测系统同时关注，各个系统没有进行有机的融合，功能分散，无法发挥协同作用，监控效率有待提高。

3 集中监控可视化系统的功能

集中监控的可视化系统的设计需要首先研究集中监控业务的特点。实际中，集中监控业务的内容包括如下方面：

1、遥信信息：变电站一、二次设备的异常、事故、变位和越限信息。如：断路器的SF6压力异常及闭锁、保护装置的异常、通信中断信息等异常信息，保护动作及跳闸信息等事故信息，断路器、隔离开关等的变位信息，主变过负荷、母线电压越限、线路潮流过载、电抗、电容过电压、过电流等的越限信息。

2、遥测信息：线路、开关等的电流、电压、功率等电量信息以及主变温度、分接头位置、通道状态等非电量信息。

3、输变电在线监测系统的信息：如变压器的油色谱数据，断路器的微水含量数据，杆塔倾斜、覆冰等数据。

4、变电站实时视频监控信息。通过它可以了解变电站的天气情况，人员入侵、火情、设备形变等异常事件，及早处理，减少损失。

因此，本文设计了如图1所示集中监控可视化系统。

4 集中监控可视化系统的实现

4.1 展示平台

根据以往经验，集中监控可视化可以选择主接线图和地理接线图两种方式作为展示平台。其中，主接线图的优点是能完整显示各个变电站的设备元件及电压、电流、功率信息，缺点是元件过多，造成可视化界面太大，不利于整体监控；地理接线图采用单线图，各个变电站作为可视化图中的一个节点，通过线路连接起来，优点是元件少，容易实现整体的可视化展示，因此，本文选择了地理接线图作为可视化展示的平台。如图2所示。

4.2 线路潮流越限的可视化

如图3所示，可视化系统采用在输电线路上叠加箭头的方式显示潮流，其中箭头流动的方向对应潮流走向，箭头流动的速度反映潮流的数量。线路中流动的潮流为复功率，因此用不同颜色的箭头分别显示有功功率和无功功率。红色箭头代表有功功率，蓝色箭头代表无功功率。同时为了避免某一区域线路密集时，难以区分的问题，提供选择功能。可以选择同时显示有功功率和无功功率，也可以选择只显示有功功率或无功功率，或者选择不显示功率流动，如图4-1所示。每条线路上采用饼图表示线路的负载率，如图3所示。

4.3 变压器过载的可视化

“变压器负载率”功能，如图4所示。有功备用采用两段棒图来表示：棕黄色表示变压器有功负荷，绿色表示备用。当变压器过载时用红色表示。当把鼠标移到某一柱子上时，系统会以数字形式显示所有指标。

4.4 变电站设备异常事故信号的整体监视可视化界面

目前的监控系统，各站只能分别浏览和监控，对工作造成很多不便。本文设计了图5所示的异常告警、事故信号整体监控界面。通过事故总信号和间隔信号的合并，实现了受控变电站异常信号的一屏显示、整体监控，在使用中大大提高了监控效率。具体为：将信号按设备和电压等级划分，分为500kV开关、线路、母线信号，220kV开关、母线、线路信号，35kV开关、母线、电容电抗信号，主变及公用/直流/交流信号，并将各电压等级各间隔的间隔事故总信号合并，实际使用中减少了信号量，便于提升监控效率。

5 结论

实行变电站设备集中监控后，受控站的数量大幅提升，在实现减员增效的同时，监控人员的工作强度也大幅增加，通过合理的监控系统设计提升监控效率显得尤为重要。

本文根据集中监控业务的特点，提出了集中监控可视化系统的设计目标。在此基础上，对集中监控可视化需要实现的各个功能模块进行了详细的分析。最后结合实际的使用情况，证明了集中监控可视化系统的可行性和有效性。

参考文献

[1] 李萍，龚小鹏，徐鹂.电力系统可视化技术及其在北京电网的应用[J]. 电力安全技术，2012，（12）.

[2] 王瑾基于地理信息系统的电力可视化管理系统设计与实现，电子科技大学，2011

[3] 吕阳.电力系统运行状态的双屏显示可视化研究.大连理工大学，2004

作者简介

阮军鹏，男，1983.08--，华北电力大学硕士研究生，中级工程师，现就职于国网山西省电力公司调控中心。