CN103595131A - 一种变电站变电设备在线监测系统 - Google Patents

Abstract

一种变电站变电设备在线监测系统，包括有设置于监测主站的应用数据库服务器、WEB服务器、人机工作站，以及各被监控的站端系统，所述的应用数据库服务器与各变电站站端系统进行通讯连接，应用数据库服务器与WEB服务器进行连接，人机工作站与应用数据库服务器相连。本发明的变电站变电设备在线监测系统，采用了有别于以往变电设备在线监测系统的整体架构。在变电站端采用嵌入式主机来完成对全站现场监测单元的同步测量控制、通信管理及数据收集，取代了以往变电站监控系统使用的成本更高的工控机，有效地降了系统的整体成本。

Description

一种变电站变电设备在线监测系统

技术领域

               本发明涉及一种在线监测系统，特别是一种变电站变电设备在线监测系统。

 

背景技术

在线监测是状态检修的核心技术，能够节省大量人力、能够实时提供设备状态的监测数据，及时发现设备异常征兆，避免发生设备事故，并为设备状态检修提供技术依据。现有也开发出了许多的在线监测系统，但是现有的在线监测系统，往往需要在变电站端安装对应的工控机，与主站之间进行交流互动，这种监测方式，成本高，维修维护不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，而提供一种结构简单，使用方便，使用成本低的一种变电站变电设备在线监测系统。 

一种变电站变电设备在线监测系统，包括有设置于监测主站的应用数据库服务器、WEB服务器、人机工作站，以及各被监控的站端系统，所述的应用数据库服务器与各变电站站端系统进行通讯连接，应用数据库服务器与WEB服务器进行连接，人机工作站与应用数据库服务器相连，所述的应用服务器是系统的历史数据库、描述数据库以及实时数据库的管理中心，各种数据的处理模块均在其上运行，所述的WEB服务器通过交换机与管理信息系统通信，WEB服务器提供与内部服务器完全一致的数据库备份，实时数据库映射在其文件中，提供作为WEB服务器的实时数据发布机制和数据库访问的标准接口，并提供浏览器访问各种信息，在应用数据库服务器内设置有数据接入层及数据处分析服务层，在WEB服务器上设置有在线监测系统服务平台，所述的WEM服务器内安装有在线监测软件平台，所述的软件在线监测软件平台包括有表示层、持久层、业务层或服务层及域模块层，各个层之间通过通信接口通信连接。

所述的表示层使用Struts框架来实现，表示层的作用用于管理用户的请求，做出相应的响应，用于提供一个流程控制器，委派调用业务逻辑和其他上层处理，用于处理页面异常 ，用于为显示提供一个数据模型；用户界面的验证。

所述的持久层使用Hibernate来管理，其主要用于提供如何查询对象的相关信息。用于提供如何存储、更新、删除数据库记录。

· 所述的业务层或服务层由Spring来负责调度管理。它把程序中所涉及到的包含业务逻辑和数据存取对象（DataAccess Object）的Objects（例如：transaction management handler（事务管理控制）、Object Factoris（对象工厂）、service objects（服务组件））都通过XML来配置联系起来，所述的业务层或服务支主要用于处理应用程序的业务逻辑和业务校验，用于管理事务，用于提供与其他层相互作用的接口，用于管理业务层级别的对象的依赖，用于在表示层和持久层之间增加了一个灵活的机制，使得他们不直接联系在一起。通过揭示从表示层到业务层之间的上下文（Context）来得到业务逻辑（business services），管理程序的执行（从业务层到持久层）。

所述的域模块层可以在不同层之间移动或传递数据，其由实际需求中的业务对象组成，如：设备的实时/历史数据、设备的台帐信息等等。在这层不用管那些数据传输对象DTO（Data Transfer Object ），仅关注域对象DO（Domain Object）即可。例如：Hibernate允许将数据库中的信息存入域对象（domain objects），这样系统可以在连接断开的情况下把这些数据显示到用户界面层，而那些对象也可以返回给持久层，从而在数据库里更新。而且，不必把对象转化成DTO（这可能导致它在不同层之间的传输过程中丢失）。

  所述的在线监测软件平台对变压器、避雷器和各种容性设备的监测采用基准值判比算法的方式进行，基准值判比算法具体为：根据油中气体组分含量绝对值和动态变化趋势，设定主变的油色谱在线监测数据注意值和报警值，其中初始阈值表示油中气体组分浓度X低于该值，系统将不启动产气速率计算，不作注意和报警识别。

X为前30天的拟合数据，如果中间存在数据断点，取前30天之前的最近一次的拟合数据，中断的时间间隔不管多少天，均按1个月参加注意值时间分母计算。

Y为装置当天检测的气体组分含量。

相对产气速率=（Y-X）/X

各种容性设备的注意值和报警值设定如下表：

油色谱在线监测数据注意值和报警值设定（220kV及以下）：

油色谱在线监测数据注意值和报警值设定（500kV）：

1. 

2. 容性设备

容性设备在线监测数据状态值范围设定如下：

3. 避雷器

避雷器阈值判断说明如下：

· 全电流注意值按初值的1.2倍设定，告警值按初值的1.3倍设定；

· 阻性电流阈值仍按绝对值设定：220kV及以下注意值取200μA,警示值取240μA。500kV注意值取500μA，告警值取540μA。与初值的0.3倍进行偏差校验；

避雷器设备在线监测数据状态值范围设定如下：

综上所述的，本发明相比现有技术如下优点：

本发明的变电站变电设备在线监测系统，采用了有别于以往变电设备在线监测系统的整体架构。在变电站端采用嵌入式主机来完成对全站现场监测单元的同步测量控制、通信管理及数据收集，取代了以往变电站监控系统使用的成本更高的工控机，有效地降了系统的整体成本。WEB服务器上设置有在线监测系统服务平台，具有如下优点：（1）能有效降低建设和维护成本，简化管理

　　多层应用结构在各层次上的组件能单独更新、替换或增加、拆除。因此，系统维护更方便，代价相对低得多。而且，因各组件互相独立，更换组件就好比更换组合音响的一个部件，对系统其它部分并无影响，所以更新维护更加安全可靠。

　　客户端采用瘦客户机。因为，客户机不必进行大量的计算或数据处理，它的硬件配置就不需要太高。

　　通过将业务逻辑集中到中间层，系统获得了对业务逻辑的独立性，即当用户的需求改变时，开发人员可以迅速地在中间层(应用服务器)上更新业务逻辑，而无需将更新后的应用提交到众多的PC终端系统上去，即客户端无需任何改动。

　　（2）适应大规模和复杂的应用需求

　　如果说结构化方法使软件开发从一门手工艺术走向科学的工程方法，组件技术则使软件工程从个体作坊走向大规模工业。虽然，结构化方法对中小型系统开发能够行之有效，但对大型系统，结构化分析的结果往往是错综复杂的网状结构，而不是结构清晰的层次结构。这也正是面向对象方法学诞生的原因。组件技术能使复杂系统的设计变得简单可行，具有良好的伸缩性。

　　三层或多层结构，可以将数据处理从客户端转移到应用服务器和数据库服务器上。这样，尽管客户端与应用服务器之间可能存在着多个甚至数百个的连接，但是应用服务器与数据库服务器之间的连接却只有少数几个，从而达到减少通信线路上传递的数据量的目标。这样的功能分配提供了很强的系统可伸缩性，使得在用户数量急剧增加时还能保持系统性能的稳定。使用传统的客户机/服务器模式根本无法胜任上千个客户机同时运行同时需要访问数据库的工作。即使在用户数量很大的情况下，数据库仍能保持良好的工作负载，保持系统的快速的响应速度。

　　（3）可适应不断的变化和新的业务需求

　　任何应用系统实施的重点不在于需求确定以后能否实现这些需求，而是在系统实施后如何适应变化的需求。J2EE系统结构和组件式系统的开发和维护过程中，技术人员可以按照新的需求，通过在不同系统层次上调度更新的组件或新加入的组件来调整旧的系统，以适应新的与不断变化的要求。以往的系统只能靠专业维护人员或系统开发商的再次开发或修改原有系统，才能满足新的需求，代价往往很大，无法保证时间上的要求。

　　（4）访问异构数据库

　　多层结构的中间层即应用服务器能够提供广泛的异构数据库访问和复制能力。传统的客户机/服务器结构则需要在客户端安装许多访问异构数据库的驱动程序，而三层/多层结构只要在中间层有相应的驱动程序就可以访问异构数据源。

　　（5）能有效提高系统并发处理能力

传统的一体化集中式系统或客户服务器架构，在处理大信息量业务时，都可能形成瓶颈。而多层体系架构的组件式系统将界面、界面发布、业务应用逻辑及数据存储分为多个层次分散管理，逻辑或物理地将它们分开，可减轻系统压力，提高整体性能。并且中间层可以采取多机并行的方式，相互备份的方式，保证系统的高可用性。

　（6）能有效提高系统安全性

　　多层体系结构将数据与程序、数据控制与应用逻辑分层独立管理，能更严格地控制信息访问;信息传递中采用数据加密技术，可进一步减低信息失密的风险。应用服务器内建安全控制数据库，实现应用服务器与数据服务器的双重权限控制，对权限的划分更准确、灵活、严格。新系统在信息访问、传递和存储三个环节上均有严格的安全措施。

　　一般情况下进行数据分析时，每次查询可能涉及到大量的数据，往往需要较长的响应时间，特别在分布式数据环境下，响应时间有时长得令人难以忍受。三层(多)层结构提供了客户端与服务器之间的异步通信，使得客户不必等待提交的分析处理结果而可以继续执行其他处理任务。

附图说明

   图1为本发明变电站变电设备在线监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。

实施例1 

一种变电站变电设备在线监测系统，包括有设置于监测主站的应用数据库服务器、WEB服务器、人机工作站，以及各被监控的站端系统，所述的应用数据库服务器与各变电站站端系统进行通讯连接，应用数据库服务器与WEB服务器进行连接，人机工作站与应用数据库服务器相连，所述的应用服务器是系统的历史数据库、描述数据库以及实时数据库的管理中心，各种数据的处理模块均在其上运行，所述的WEB服务器通过交换机与管理信息系统通信，WEB服务器提供与内部服务器完全一致的数据库备份，实时数据库映射在其文件中，提供作为WEB服务器的实时数据发布机制和数据库访问的标准接口，并提供浏览器访问各种信息，在应用数据库服务器内设置有数据接入层及数据处分析服务层，在WEB服务器上设置有在线监测系统服务平台，所述的WEM服务器内安装有在线监测软件平台，所述的软件在线监测软件平台包括有表示层、持久层、业务层或服务层及域模块层，各个层之间通过通信接口通信连接。所述的数据接入层是数据上传下行的通道，主要包括监测诊断中心与各个变电站之间的数据通信，监测诊断中心与一级网管中心、各地区二级网管之间的接口通信、远动通道数据采集等。

该功能包含在前置通信及监控软件模块中，能以全双工方式同变电站状态检修系统和变电站的下位机进行通信。该模块还包括对接收数据的预处理，合理性校核等功能。通信模块为数据处理模块提供数据源，并提供多文档监视界面，实现对变电站各参量及变量的监视和测试，并可监视各网络通道运行状况。

实现多规程数据收发功能，可以单通道或双通道方式接收和发送同一变电站数据。双通道同时接收数据，判优自动切换。

实现数据多规程转发功能，转发内容和数量由用户自由定义。

将收到的各种变电站数据进行预处理。主要包括：CT的ABC相的IX，CX，TG，DTG；环境的温度，湿度;；MOA的ABC相的IX，IR，IC；PT的ABC相的U；主变铁心的电流；油色谱的H2,CO,CO2,CH4,C2H4,C2H2,C2H6,TCG的气体浓度；主变油温。

统计与各个变电站的通信情况，包括通信次数，通信误码次数，通信无回答次数，不工作时间，通信无回答时间，无接收数据时间。通道间可判优自动切换。

双机冗余热备用设计，主备机之间实现无扰动自动切换。

实现GPS时钟对时功能。可定时统一全网时钟，并向各远方变电站发送对时命令。

提供多文档监视界面：

监视各变电站监视点参数。

监视各个变电站监视点的各种测量值。

对任意变电站收发数据进行大缓冲区测试，并能以文件方式保存。

对任意变电站的收发数据及遥测数据进行封锁或解锁。

对运行情况进行记录，并记录出错信息。

采用多线程编程技术，当通信数据量增大时仍可以保证处理性能。

所述的数据分析服务层的数据分析服务层的功能是接收由数据接入层所获得的实时数据和其他数据并进行处理，完成各种分析功能、并向上层应用提供实时数据信息服务。具体功能包括数据的合法性及有效性分析、关联性分析及处理、历史数据存盘处理、专家系统分析和告警处理等。数据分板层的数据处理功能包含在数据处理模块中，系统中对所有数据的处理都是该模块完成的。

数据分析层提供面向监视设备应用的计算处理，提供的预定义公式和自定义公式计算功能，能够满足用户的各种需求。系统提供的预定义公式计算主要有：加减乘除算术运算，逻辑与运算，逻辑或运算，逻辑非运算，逻辑异或运算，逻辑运算等。

用户也可以自定义公式进行各种计算处理。通过系统提供的任意表达式计算功能，除可实现高级计算机语言支持的所有运算符和数学函数外，还可实现遥信量的与或逻辑运算。

参加运算的量个数没有限制，既可以是从分站/基站采集来的实时数据，也可以是置入数据、计划数据、替代数据和计算量。计算周期可由用户自定义。

数据可靠性检查： 

系统可根据用户对每个数据设置的合法范围，将因设备瞬时故障或通道干扰而造成的突变数据进行滤除。

超变化率限值处理：

对每一数据均可设置一变化率限值，系统据此可避免数据在某一数值附近频繁微小变化时造成的不必要的频繁报警，此限值可由用户自行定义。

数据分析层的统计功能：

系统可对测量量、状态量以及各种监视设备进行多种统计处理。主要有合格率统计；平均值统计；设备的投运率统计；设备检修统计；对模拟量的各种越限时间统计；可对模拟量统计其全天、全月及全年的最大值、最小值及发生时间；可统计某一个设备的的负荷率。

所有统计结果均存入标准商用数据库，以备随时查阅和方便其他系统使用。

数据分析层具有分时段考核功能：

系统提供多达六个时段，每个时段可由四个时间段构成，对每个时段可根据情况定义不同的考核范围。此处定义由用户根据需要自由定义。

数据分析层具有事项报警处理功能：

系统对模拟量可分别设置报警上、下限，有效上、下限，各时段的考核上、下限，当数据越限值时可生成报警记录，并在人机工作站的报警窗口显示事项，在画面上以特殊颜色显示该数据，用户亦可定义其给出语音报警提示。

当有遥信变位时系统生成变位报警事项，相应设备在画面上闪烁显示，报警窗口显示该事项，同时可给出语音报警。

数据分析层具有专家诊断系统：

根据上传的数据和实现设定的逻辑判断关系，分析出设备的运行状况，进行必要的处理，处理的结果写入实时数据库，同时通知客户端界面查看分析结果。

用户可以自定义逻辑判断关系，定义的逻辑判断关系自动入库，由分析模块读取，进行后续判断。

专家系统除了可以根据设定的设备运行基准参数的上下限值来判断监测数据是否越限外，还可以进行一些高级的判断，包括变压器油色谱的相对与绝对产气速率判断、三比值法判断、立方体图形法、大卫三角形法，并增加了一些智能算法，包括经验模态算法、人工神经网络技术、援例推理法、粗糙集理论，以及容性设备的介损类比分析法等，可以从多个方面、多个角度对变电设备状态进行分析诊断。

数据分析层的历史数据处理功能：

系统可以对各种告警数据、测量数据以及日志进行存储，供查询显示、报表统计分析、故障分析、追溯等使用。对于曲线数据，存储密度包括2分钟、5分钟、15分钟、1小时等等。数据存储时间根据存储空间的大小而定。并提供最大值、最小值等统计功能。

数据分析层的数据库管理功能：

系统的数据库管理功能包含在数据库管理模块中，该模块是系统的核心模块，负责生成、维护系统的描述数据库、实时数据库和历史数据库。

监测诊断中心系统数据库分为：描述数据库、实时数据库、历史数据库、故障案例数据库。

1.       系统数据库采用面向监视设备的描述方式，以监视设备为对象，如：开关、变压器、PT、CT、MOA等，对应具体远动设备。表征某种属性的数据也作为设备对象中统一处理，如单精度虚拟量、虚拟状态量等。

2.       记录设备的监造、出厂试验、交接试验、检修缺陷的记录、运行记录、事故处理记录。

3.       实时数据库保存在服务器文件中，以满足系统实时性的要求。服务器中的实时信息是经过处理的面向监视设备的数据库，更方便应用。实时数据的访问采用Client/Middleware/Server技术，客户机通过网络获取其所需要的实时信息，而不需要接收广播信息并各自维持完整的实时库，这保证了实时数据的一致性，提高了数据响应的效率，降低了网络负载。同时为建立Intranet网的Web服务器提供了技术基础，为其它系统使用通用浏览器直接访问提供了技术支持。

4.       描述数据库负责对电网特性的描述，包括电网设备参数和系统运行参数等，与实时数据库有完备的映射关系。

5.       历史数据库可以保留一年或多年（与计算机存储资源有关），可保存全部遥测量；以2分钟、 5 分钟、15分钟、30分钟、60分钟间隔采样的曲线数据；遥信量状态和动作次数；事项和操作记录；通道状态及通道运行统计数据。历史数据库可下载到磁带、可读写光盘上进行备份，备份的历年数据可回装系统使用。

6.       系统描述数据库和历史数据库均采用SqlServer 或Oracle 10g大型商用数据库管理系统，使用 VC++/java 和 SQL/HQL 语言编程，实现了数据库管理的各种功能。

7.       系统提供完善的数据库复制功能，能保证系统中各SQL服务器之间数据库的一致性。系统具有数据库备份、恢复功能。数据库可备份到磁带、可读写光盘上。

8.      所述的在线监测软件平台对变压器、避雷器和各种容性设备的监测采用基准值判比算法的方式进行，基准值判比算法具体为：根据油中气体组分含量绝对值和动态变化趋势，设定主变的油色谱在线监测数据注意值和报警值，其中初始阈值表示油中气体组分浓度X低于该值，系统将不启动产气速率计算，不作注意和报警识别。

X为前30天的拟合数据，如果中间存在数据断点，取前30天之前的最近一次的拟合数据，中断的时间间隔不管多少天，均按1个月参加注意值时间分母计算。

Y为装置当天检测的气体组分含量，

相对产气速率=（Y-X）/X。

本实施例未述部分与现有技术相同。

Claims (2)

1.一种变电站变电设备在线监测系统，其特征在于：包括有设置于监测主站的应用数据库服务器、WEB服务器、人机工作站，以及各被监控的站端系统，所述的应用数据库服务器与各变电站站端系统进行通讯连接，应用数据库服务器与WEB服务器进行连接，人机工作站与应用数据库服务器相连，所述的应用服务器是系统的历史数据库、描述数据库以及实时数据库的管理中心，各种数据的处理模块均在其上运行，所述的WEB服务器通过交换机与管理信息系统通信，WEB服务器提供与内部服务器完全一致的数据库备份，实时数据库映射在其文件中，提供作为WEB服务器的实时数据发布机制和数据库访问的标准接口，并提供浏览器访问各种信息，在应用数据库服务器内设置有数据接入层及数据处分析服务层，在WEB服务器上设置有在线监测系统服务平台，所述的WEM服务器内安装有在线监测软件平台，所述的软件在线监测软件平台包括有表示层、持久层、业务层或服务层及域模块层，各个层之间通过通信接口通信连接。

2.根据权利要求1所述的变电站变电设备在线监测系统，其特征在于：  所述的在线监测软件平台对变压器、避雷器和各种容性设备的监测采用基准值判比算法的方式进行，基准值判比算法具体为：根据油中气体组分含量绝对值和动态变化趋势，设定主变的油色谱在线监测数据注意值和报警值，其中初始阈值表示油中气体组分浓度X低于该值，系统将不启动产气速率计算，不作注意和报警识别，

X为前30天的拟合数据，如果中间存在数据断点，取前30天之前的最近一次的拟合数据，中断的时间间隔不管多少天，均按1个月参加注意值时间分母计算，

Y为装置当天检测的气体组分含量，

相对产气速率=（Y-X）/X。

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