CN103018345B - 油色谱在线监测采集系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种变压器检测技术领域的油色谱在线监测采集系统，包括：采集服务器和与之相连的GPRS通信模块和在线监测平台，采用双网口结构的采集服务器的一个网口与GPRS通信模块相连并收集监测信息，另一个网口接入电力专网并传输监测信息到在线监测平台，连接到APN专网的GPRS通信模块将有线通信报文格式转换成APN专网通信报文，采集服务器与油色谱在线监测装置通过基于GPRS通信的APN专网相连并传输监测信息，采集服务器将监测信息通过电力专网实时传输至在线监测平台；本发明通过采用APN专网作为远程控制和数据采集的传输网络，远程控制油色谱在线监测状态，收集分析数据，监测变压器运行状态。

Description

油色谱在线监测采集系统及其方法

技术领域

本发明涉及的是一种变压器检测技术领域的采集系统及方法，具体是一种基于GPRS通信的APN专网进行通信控制、数据采集和变压器故障分析的油色谱在线监测系统及其方法。

背景技术

随着油色谱在线监测在变电站的大范围应用，对位于偏僻和交通不便位置的变电站的油色谱在线监测装置如何进行远程控制和数据采集成为一种现实的需求。现有的无线通信技术一般通过GSM短信方式、基于GPRS互联网的公网通信、基于无线电台的区域通信、无线射频方式，基于GSM短信的通信方式通常由于短信延迟或丢失导致通信延迟和可靠性存在问题，基于互联网的公网通信在安全性上存在极大问题，极易被攻击或截取；基于无线电的通信需要向电信局申请频段，架设天线，手续繁琐，费用高，覆盖距离有限；基于射频通信的通信方式传输距离非常短，且易受周围环境干扰，影响通信距离，变电站通常是高频干扰很强的环境导致无线射频通信的可靠性很低。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101122523，公开日：20080213，记载了一种“电解铝企业的供电系统变压器油气检测系统”，该技术包括在线监测层、数据采集层、数据集中层、数据应用分析层，所述的方法包括以下步骤：数据监测步骤；数据采集步骤；数据集中步骤；数据应用分析步骤。本发明有如下有益效果：本发明数据采集可以实现对变压器运行现场各种数据的自动收集和协议转换，数据存储对采集的数据进行加工、处理、分析、存储、发布。数据应用分析建立与变压器运行状态管理相关的应用系统，为科学的组织、指挥、决策、监督生产过程，提供信息平台。本发明适用于电力供电系统自动化控制系统。但该技术在数据监测步骤采用的光纤通讯总线，使得其应用范围受到限制，只适用于站内通信，如果检测仪与上位机传输距离过远，铺设光纤需要的成本和时间非常高，系统部署效率低。

中国专利文献号CN102435678A，公开日：20120502，记载了一种“在线油色谱故障实时分析方法及装置”，该技术包括：实时采集油色谱数据；若采集的数据中油色谱气体成份超过预定的注意值，则进行预警；对预警的油色谱气体成份数据进行三比值法分析，检测设备故障；对出现故障的设备实时生成油中气体在线监测系统异常情况快报。但该现有技术只是描述了根据实时数据进行故障分析的方法而非油色谱在线监测采集系统及方法，故不存在专利冲突，该现有技术只能根据采集模块采集的数据是否超过预警值来决定是否生成报表，且故障分析只提供了三比值分析。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种油色谱在线监测采集系统及其方法，采用APN专网作为远程控制和数据采集的传输网络，远程控制油色谱在线监测状态，收集分析数据，监测变压器运行状态。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种油色谱在线监测采集系统，包括：采集服务器和与之相连的GPRS通信模块和在线监测平台，其中：采用双网口结构的采集服务器的一个网口与GPRS通信模块相连并收集监测信息，另一个网口接入电力专网并传输监测信息到在线监测平台，连接到APN专网的GPRS通信模块将有线通信报文格式转换成APN专网通信报文，采集服务器与油色谱在线监测装置通过基于GPRS通信的APN专网相连并传输监测信息，采集服务器将监测信息通过电力专网实时传输至在线监测平台。

所述的在线监测平台根据监测信息对变压器的运行状态进行故障分析，并根据故障分析结果做出工作正常判断、预警或故障判断，当在线监测平台判断变压器产生故障时在线监测平台通过采集服务器向油色谱在线监测装置发出控制请求使油色谱在线监测装置启动采样，以对变压器的运行状态进行跟踪，持续进行故障分析，跟踪变压器运行状态并向用户展示检测信息和故障分析结果。

所述的油色谱在线监测装置用于对油中气体含量进行分析，该监测装置通过RS232、RS485或RJ45等形式的通信接口输出监测信息，其所用协议可以为MODBUS、103、IEC61850等电力规约以及自定义通信协议。

所述的GPRS通信模块与所述监测装置具有相匹配的通信接口，并且一个GPRS通信模块与多个所述监测装置相连，该GPRS通信模块将RS485、RS-232或RJ45有线通信转换成APN专网无线网络通信。

所述的GPRS通信模块优选为具有支持RS485、RS232或RJ45通信接口，支持GPRS网络传输并支持TCP以及UDP通信功能。

所述的监测信息是指监测装置对油中溶解气体含量的分析结果和监测装置的状态信息，以及在线监测平台通过采集服务器对与监测装置进行的控制请求和响应信息。

所述的故障分析是指：根据系统预设或用户设定的预警值、报警值、油中溶解气体产生原理、三比值、立体图示法、大卫三角法进行判定以实现变压器故障，当判定结果为变压器存在故障时则会由在线监测平台通过采集服务器控制监测装置启动采样分析，对变压器状态持续进行跟踪。

所述的采集服务器包括：通信控制应用单元、数据传输单元和WEB服务单元，其中：通信控制单元通过APN专网与监测装置相连并传输监测信息，以实现对监测装置的控制请求、数据采集功能；数据传输单元与通信控制单元相连，接收通信控制单元输出的监测信息并保存到本地数据库中，数据传输单元通过电力专网与采集服务器相连，将监测信息传输到在线监测平台；WEB服务单元与数据传输单元和用户电脑相连，接收数据传输单元的监测信息后向用户发布采集服务器所采集的监测装置的监测信息。

所述的在线监测平台包括：信息采集单元、信息管理单元、故障诊断单元和WEB应用单元，其中：信息采集单元通过电力专网与数据传输单元相连，接收监测信息并将监测信息保存到本地数据库；信息管理单元与信息采集单元相连，接收监测信息并通过电力专网与用户电脑相连，将监测信息展示给用户；故障诊断单元与信息采集单元和信息管理单元相连，根据信息采集单元传输的监测数据并结合故障分析判断逻辑对变压器的运行状态进行故障分析并将分析结论传输给信息管理单元和信息采集单元；WEB应用单元与信息管理单元相连，并通过电力专网与用户电脑相连，将监测信息、故障诊断结论向用户展示。

所述的故障分析判断逻辑包括：系统缺省规则以及用户设置规则，其中：

系统缺省规则包括：油气含量超过预警值或报警值，或者是产气率超过预警值或报警值后，根据油中溶解气体产生原理判断气体变化情况是否与油中溶解产生原理相一致，当一致则表明变压器可能存在故障，则再进行三比值分析、大卫三角、立体图示分析，当分析结论也为故障，则启动监测装置对变压器持续进行故障分析，并向用户告警；当不一致则仅启动监测装置对变压器持续进行故障分析，提示用户系统异常，避免误告警和误判无故障。

本发明涉及上述系统的在线监测方法，包括以下步骤：

第一步、在变压器运行状态正常情况下，通信控制单元按采样周期定期向监测装置发送启动请求，启动请求经过连接采集服务器的GPRS模块、APN专网、连接监测装置的GPRS模块，从网络通信被转换为无线网络通信再被转换成本地有线通信，被监测装置接收，监测装置接收到启动请求后进行采样分析。

第二步、通信控制单元在每个检测周期内查询一次监测装置是否完成分析，当监测装置完成分析后，通信控制单元接收监测装置的监测信息，并将监测信息据传输给数据传输单元。数据传输单元将监测信息保存在本地数据库的同时，通过连接电力专网将监测信息传输给在线监测平台的信息采集单元。

第三步、信息采集单元将监测信息传输给故障诊断单元和信息管理单元，故障诊断单元通过对监测信息进行故障分析，将故障分析结论传输给信息管理单元；Web应用单元从信息管理单元获取监测信息和故障分析结论，将监测信息和故障分析结论展示给用户；

当故障诊断单元的分析结论是变压器故障或系统异常则故障诊断单元会通过信息采集单元向采集服务器的数据传输单元发送启动监测装置的请求，该请求被数据传输单元传输给通信控制单元，通信控制单元将请求再次通过连接通信控制单元的GPRS模块、APN专网、连接监测装置的GPRS模块传输给监测装置以启动采样；

当用户设定取消持续跟踪或故障诊断单元的持续跟踪结果是变压器正常时，故障诊断单元会取消对变压器运行状态的持续跟踪。

技术效果

本发明采用APN专网只需要很小的成本投入和很短的时间即可迅速完成大规模的系统部署；采集服务器上部署有模块化的数据传输应用单元，可通过模块化开发进行功能扩展以支持将监测信息以各种通信规约通过（网络RJ-45、RS-485/RS232以101、102、103、104、IEC761850等)将数据传输到在线监测平台，本发明的故障诊断功能具备根据分析结论自动控制油色谱在线监测装置启动分析，及时自动跟踪故障变压器运的行状态，大大减少了人工干预，提高了油色谱在线监测系统的自动化程度和智能程度，具有很高的实际应用价值，功能相比现有技术更加先进。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图2为实施例布局示意图。

图3为实施例监测流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例包括：油色谱在线监测装置1、GPRS通信模块2、APN专网3、GPRS通信模块4、采集服务器5和在线监测平台6，其中：采用双网口结构的采集服务器5的一个网口与GPRS通信模块2相连并收集监测信息，另一个网口接入电力专网3并传输监测信息到在线监测平台6，连接到APN专网3的GPRS通信模块2将有线通信报文格式转换成APN专网3通信报文，采集服务器5与油色谱在线监测装置1通过基于GPRS通信的APN专网3相连并传输监测信息，采集服务器5将监测信息通过电力专网3实时传输至在线监测平台6。

所述的在线监测平台6根据监测信息对变压器的运行状态进行故障分析，并根据故障分析结果做出工作正常判断、预警或故障判断，当在线监测平台6判断变压器产生故障时在线监测平台6通过采集服务器5向油色谱在线监测装置1发出控制请求使油色谱在线监测装置1启动采样，以对变压器的运行状态进行跟踪，持续进行故障分析，跟踪变压器运行状态并向用户展示检测信息和故障分析结果。

所述的油色谱在线监测装置1是一种变压器油中溶解气体分析设备，是负责完成分析，生成分析数据的部分，接收采集服务器的命令，通过RS485、RS-232或RJ45接口将回复报文传递给GPRS通信模块经APN专网发送给采集服务器。

所述的采集服务器使用基于B/S和C/S的混合架构，包括：通信控制应用单元、数据传输单元和WEB服务单元，其中：通信控制单元通过APN专网与监测装置相连并传输监测信息，以实现对监测装置的控制请求、数据采集功能；数据传输单元与通信控制单元相连，接收通信控制单元输出的监测信息并保存到本地数据库中，数据传输单元通过电力专网与采集服务器相连，将监测信息传输到在线监测平台；WEB服务单元与数据传输单元和用户电脑相连，接收数据传输单元的监测信息后向用户发布采集服务器所采集的监测装置的监测信息。

所述的在线监测平台包括：信息采集单元、信息管理单元、故障诊断单元和WEB应用单元，其中：信息采集单元通过电力专网与数据传输单元相连，接收监测信息并将监测信息保存到本地数据库；信息管理单元与信息采集单元相连，接收监测信息并通过电力专网与用户电脑相连，将监测信息展示给用户；故障诊断单元与信息采集单元和信息管理单元相连，根据信息采集单元传输的监测数据并结合故障分析判断逻辑对变压器的运行状态进行故障分析并将分析结论传输给信息管理单元和信息采集单元；WEB应用单元与信息管理单元相连，并通过电力专网与用户电脑相连，将监测信息、故障诊断结论向用户展示。

如图1所示，本发明所述的系统，通过以下步骤实现在线监测：

将油色谱在线监测装置与初始化设置后的GPRS通信模块通过RS-485接口相连接，GPRS通信模块通过GSM网络连接到APN专网，保持实时在线。

将油色谱在线监测采集服务器通过RJ-45接口与初始化设置后的GPRS通信模块相连接，GPRS通信模块通过GSM网络连接到与GPRS通信模块所处的同一APN专网，保持实时在线。

运行于油色谱在线监测采集服务器的通信控制应用通过SOCKET通信与油色谱在线监测装置通信，通信请求经GPRS通信模块和GPRS通信模块后转换为485通信被油色谱在线监测装置接收，油色谱在线监测装置的响应经GPRS通信模块和GPRS通信模块后被转换为SOCKET通信发送给通信控制应用。通信请求报文使用了自有的通信协议。

当到了需要启动设备时间，通信控制应用会向油色谱在线监测装置发送控制命令，当检测到油色谱在线监测装置分析结束会收集油色谱在线监测装置的分析数据，并保存到数据库中。数据传输单元还会将分析数据通过电力专网再传输到在线监测平台。

当用户需要在电力专网中任意位置查看监测数据时，可通过电力专网中任意电脑，使用浏览器访问油色谱在线监测采集服务器的WEB服务，实现随时查看这台油色谱在线监测采集服务器所管辖的油色谱在线监测装置的数据。

在线监测平台的信息采集单元可以接收油色谱在线监测采集服务器的数据，用户可通过运行于在线监测平台的故障诊断控制程序控制油色谱在线监测装置启动，查询状态，设定采样周期等功能，该功能的实现通过与运行于油色谱在线监测采集服务器的通信控制应用交互实现，诊断控制程序除提供这些控制功能外，还可根据监测数据自动进行大卫三角、立体图示、三比值等变压器故障诊断功能，并根据诊断结论自动控制油色谱在线监测装置进行启动检测用来跟踪变压器运行状态，将跟踪运行信息自动反馈给登陆到系统中的用户，另外还可根据用户手工输入数据进行大卫三角、立体图示、三比值等变压器故障诊断。

与现有同类型技术相比，本系统的应用不受地理位置限制，部署速度快，成本低，可靠性和安全性非常高，在线监测平台可以自动根据故障诊断结论控制油色谱在线监测装置进行检测，自动密切跟踪故障变压器的运行状态并将跟踪结果反馈给用户，大大降低了运行人员的工作强度，具很高的实用价值。

Claims (1)

1.一种油色谱在线监测方法，其特征在于，所述方法通过采集系统实现，该采集系统包括：采集服务器和与之相连的GPRS通信模块和在线监测平台，其中：采用双网口结构的采集服务器的一个网口与GPRS通信模块相连并收集监测信息，另一个网口接入电力专网并传输监测信息到在线监测平台，连接到APN专网的GPRS通信模块将有线通信报文格式转换成APN专网通信报文，采集服务器与油色谱在线监测装置通过基于GPRS通信的APN专网相连并传输监测信息，采集服务器将监测信息通过电力专网实时传输至在线监测平台；

所述的在线监测平台根据监测信息对变压器的运行状态进行故障分析，并根据故障分析结果做出工作正常判断、预警或故障判断，当在线监测平台判断变压器产生故障时在线监测平台通过采集服务器向油色谱在线监测装置发出控制请求使油色谱在线监测装置启动采样，以对变压器的运行状态进行跟踪，持续进行故障分析，跟踪变压器运行状态并向用户展示检测信息和故障分析结果；

所述的监测信息是指油色谱在线监测装置对油中溶解气体含量的分析结果和油色谱在线监测装置的状态信息，以及在线监测平台通过采集服务器对与油色谱在线监测装置进行的控制请求和响应信息；

所述的故障分析是指：根据系统预设或用户设定的预警值、报警值、油中溶解气体产生原理、三比值、立体图示法、大卫三角法实现变压器故障的判定，当判定结果为变压器存在故障时则会由在线监测平台通过采集服务器控制油色谱在线监测装置启动采样分析，对变压器状态持续进行跟踪；

所述的在线监测平台包括：信息采集单元、信息管理单元、故障诊断单元和WEB应用单元，其中：信息采集单元通过电力专网与数据传输单元相连，接收监测信息并将监测信息保存到本地数据库；信息管理单元与信息采集单元相连，接收监测信息并通过电力专网与用户电脑相连，将监测信息展示给用户；故障诊断单元与信息采集单元和信息管理单元相连，根据信息采集单元传输的监测数据并结合故障分析判断逻辑对变压器的运行状态进行故障分析并将分析结论传输给信息管理单元和信息采集单元；WEB应用单元与信息管理单元相连，并通过电力专网与用户电脑相连，将监测信息、故障诊断结论向用户展示；

所述的油色谱在线监测装置用于对油中气体含量进行分析，该监测装置通过RS232、RS485或RJ45形式的通信接口输出监测信息，其所用协议包括：MODBUS、103、IEC61850电力规约协议；

所述的GPRS通信模块与所述监测装置具有相匹配的通信接口，并且一个GPRS通信模块与多个所述监测装置相连，该GPRS通信模块将RS485、RS-232或RJ45有线通信转换成APN专网无线网络通信；

所述的GPRS通信模块为具有支持RS485、RS232或RJ45通信接口，支持GPRS网络传输并支持TCP以及UDP通信功能；

所述的采集服务器包括：通信控制单元、数据传输单元和WEB服务单元，其中：通信控制单元通过APN专网与监测装置相连并传输监测信息，以实现对监测装置的控制请求、数据采集功能；数据传输单元与通信控制单元相连，接收通信控制单元输出的监测信息并保存到本地数据库中，数据传输单元通过电力专网与采集服务器相连，将监测信息传输到在线监测平台； WEB服务单元与数据传输单元和用户电脑相连，接收数据传输单元的监测信息后向用户发布采集服务器所采集的监测装置的监测信息；

所述的故障分析判断逻辑包括：系统缺省规则以及用户设置规则，其中：

系统缺省规则包括：油气含量超过预警值或报警值，或者是产气率超过预警值或报警值后，根据油中溶解气体产生原理判断气体变化情况是否与油中溶解产生原理相一致，当一致则表明变压器可能存在故障，则再进行三比值分析、大卫三角、立体图示分析，当分析结论也为故障，则启动监测装置对变压器持续进行故障分析，并向用户告警；当不一致则仅启动监测装置对变压器持续进行故障分析，提示用户系统异常，避免误告警和误判无故障；

所述的在线监测方法，包括以下步骤：

第一步、在变压器运行状态正常情况下，通信控制单元按采样周期定期向监测装置发送启动请求，启动请求经过连接采集服务器的GPRS模块、APN专网、连接监测装置的GPRS模块，从网络通信被转换为无线网络通信再被转换成本地有线通信，被监测装置接收，监测装置接收到启动请求后进行采样分析；

第二步、通信控制单元在每个检测周期内查询一次监测装置是否完成分析，当监测装置完成分析后，通信控制单元接收监测装置的监测信息，并将监测信息传输给数据传输单元，数据传输单元将监测信息保存在本地数据库的同时，通过连接电力专网将监测信息传输给在线监测平台的信息采集单元；

第三步、信息采集单元将监测信息传输给故障诊断单元和信息管理单元，故障诊断单元通过对监测信息进行故障分析，将故障分析结论传输给信息管理单元；WEB应用单元从信息管理单元获取监测信息和故障分析结论，将监测信息和故障分析结论展示给用户；

当故障诊断单元的分析结论是变压器故障或系统异常则故障诊断单元会通过信息采集单元向采集服务器的数据传输单元发送启动监测装置的请求，该请求被数据传输单元传输给通信控制单元，通信控制单元将请求再次通过连接通信控制单元的GPRS模块、APN专网、连接监测装置的GPRS模块传输给监测装置以启动采样；

当用户设定取消持续跟踪或故障诊断单元的持续跟踪结果是变压器正常时，故障诊断单元会取消对变压器运行状态的持续跟踪。