CN107069954B - 变电站设备云维护系统和监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变电站设备云维护系统和监控系统，云维护系统包括变电站监控子系统和远程维护子系统，变电站监控子系统包括监控层和评测层，监控层用于监测变电站设备的相关状态信息，并将状态信息输出给评测层中的服务器，以得到变电站设备的健康状况数据；远程维护子系统包括用于与评测服务器通过网络远程通信连接的云端维护工作站，用于接收评测服务器发送来的变电站设备的健康状况数据。该系统没有远端传输变电站全站所有的运行状态信息，远端传输的是得到的变电站设备的健康状况数据，该数据并非分散数据，并且数据量较少，不容易造成数据的丢失，云端维护工作站也不会对变电站运行状态进行误判。

Description

变电站设备云维护系统和监控系统

技术领域

本发明涉及变电站设备云维护系统和监控系统，属于电力系统变电站远程维护技术领域。

背景技术

随着电力系统新技术大量应用，变电设备智能程度越来越高，功能也越来越强大，但设备数量也成几何级数增长。设备检修维护涉及的领域也比较宽，不再是单单像一台断路器、一台变压器纯电气设备部件那么简单，已经完全覆盖网络通信、视频监控、环境监测等；另外，电力系统的可靠、安全、稳定，对设备运维检修要求越来越高。因此，需要一种检修技术系统，能够精准诊断，科学维护，提高检修工作效率。

申请公布号为CN106059091A的专利申请文件中公开了一种变电站远程维护系统，包括监控工作站和远程维护终端工作站，监控工作站通过通信设备与远程维护终端工作站通讯连接，监控工作站监控变电站的运行状态信息，并将其发送给远程维护终端工作站，远程维护终端工作站响应相应地维护操作，并将维护操作发送到监控工作站，监控工作站根据维护操作执行相应的动作。该系统虽然能够在一定程度上实现变电站的远程维护，但是，该系统只是将本地变电站的运行状态信息远程发送给远端，然后由远端对这些运行状态信息进行处理，以生成相应的维护操作，本地的监控工作站根据该维护操作对变电站进行维护。这种系统是将变电站全站所有的运行状态信息远程传输，很容易造成部分数据的丢失，进而造成远端工作站对变电站运行状态的误判；而且，该系统需要通过远端工作站来获取变电站的实际运行状态，因此，故障信号获取较慢，故障定位较慢，不利于后续的故障维护。

发明内容

本发明的目的是提供一种变电站设备云维护系统，用以解决现有的变电站设备维护系统在数据传输时易造成部分数据丢失的问题。本发明同时提供一种变电站设备监控系统。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种变电站设备云维护系统，包括变电站监控子系统和远程维护子系统，所述变电站监控子系统包括监控层和评测层，所述监控层中设有一次设备监控系统和二次设备监控系统，所述评测层中设有评测服务器，所述一次设备监控系统和二次设备监控系统与所述评测服务器通信连接，所述评测服务器对一次设备监控系统和二次设备监控系统检测的变电站设备的相关状态信息进行处理，以得到变电站设备的健康状况数据；

所述远程维护子系统包括用于与所述评测服务器通过网络远程通信连接的云端维护工作站，用于接收所述评测服务器发送来的变电站设备的健康状况数据。

所述监控层中还设有变电站安防系统和环境监测系统，变电站安防系统和环境监测系统与所述评测服务器通信连接，所述变电站设备的健康状况数据还包括评测服务器对安防系统和环境监测系统检测的相关信息进行处理后得到的相关数据。

所述一次设备监控系统、二次设备监控系统、变电站安防系统和环境监测系统的数据输出端通过加密隔离装置与所述评测服务器通信连接。

所述监控层中还设有电气共用柜，所述电气共用柜与所述评测服务器通信连接，用于将监测得到的变电站设备的物理告警信号传输给所述评测服务器。

所述评测服务器获取变电站设备相应的运行状态信息，并与预先存储的、对应的设备静态数据进行比对，以得到所述变电站设备的健康状况数据。

所述云端维护工作站通过广域网与设备生产商和维护商通信连接，以将变电站设备的健康状况数据推送给设备生产商和维护商。

一种变电站设备监控系统，所述变电站监控子系统包括监控层和评测层，所述监控层中设有一次设备监控系统和二次设备监控系统，所述评测层中设有评测服务器，所述一次设备监控系统和二次设备监控系统与所述评测服务器通信连接，所述评测服务器对一次设备监控系统和二次设备监控系统检测的变电站设备的相关状态信息进行处理，以得到变电站设备的健康状况数据。

所述监控层中还设有变电站安防系统和环境监测系统，变电站安防系统和环境监测系统与所述评测服务器通信连接，所述变电站设备的健康状况数据还包括评测服务器对安防系统和环境监测系统检测的相关信息进行处理后得到的相关数据。

所述监控层中还设有电气共用柜，所述电气共用柜与所述评测服务器通信连接，用于将监测得到的变电站设备的物理告警信号传输给所述评测服务器。

所述评测服务器获取变电站设备相应的运行状态信息，并与预先存储的、对应的设备静态数据进行比对，以得到所述变电站设备的健康状况数据。

本发明提供的变电站设备云维护系统中，监控层中的变电站设备监控系统能够检测变电站设备的相关状态信息，评测层中的评测服务器根据这些相关状态信息进行处理，得到变电站设备的健康状况数据，即变电站设备的健康状况在本地变电站即可经过处理得到，不用云端维护工作站得到，所以，该系统没有远端传输变电站全站所有的运行状态信息，远端传输的是得到的变电站设备的健康状况数据，该数据并非分散数据，并且数据量较少，不容易造成数据的丢失，云端维护工作站也不会对变电站运行状态进行误判。而且，在本地就获取了变电站的实际健康状况，在出现部分设备故障时，本地可以马上获知，并将故障设备定位，故障定位较快，方便后续的故障维护。另外，评测服务器可以根据处理得到的健康状况数据对变电站设备进行周期性巡检，并根据设备健康趋势进行分析，以安排设备定期体检申请。

而且，评测服务器将健康状态数据传输给云端维护工作站，在云端维护工作站的设备管理人员可以实时监测全站设备健康指标及运行状况；同时，当有设备出现故障时，评测服务器形成设备预警报告通知单，并传输给云端维护工作站设备管理人员，设备管理人员可以根据设备预警通知单做出相应的处理，以及时对变电站设备进行维护。

本系统利用大数据云技术，通过电力系统数据采集、综合分析、以及网络信息传递等，做到电力系统领域大数据信息处理与云终端信息共享，真正实现变电站设备远程监视、问题诊断，便于工作人员开展变电站电气设备远程运行维护，提高变电站维护效率，保障供电可靠性。可以说，变电站设备云维护技术是物联网模型的在电力系统一个重要补充。

附图说明

图1是变电站监控子系统通信原理示意图；

图2是变电站监控子系统数据流动示意图；

图3是远程维护子系统通信原理示意图；

图4是变电站设备云维护系统整体原理示意图；

图5是系统通信简易示意图；

图6是监控层设备检测主变各部分的示意图。

具体实施方式

变电站设备云维护系统实施例

本发明提供的变电站设备云维护系统整体上包括两部分，分别是：变电站监控子系统(也称为变电站设备监控系统)和远程维护子系统。

变电站监控子系统包括监控层和评测层，监控层中大致分为四大子系统和一个电气共用系统，四大子系统分别是一次设备监控系统、二次设备监控系统、变电站安防系统和环境监测系统，其中，一次设备监控系统也称为设备状态监测系统，对应图1中的一次设备框图；二次设备监控系统也称为综合自动化系统，对应图1中的二次设备框图；变电站安防系统具体为视频监控、门禁及防雷火灾报警系统；变电站环境监测系统对站内温湿度控制及照明进行监测。这四大子系统自成一体，不与其他系统有关联，各自检测对应的数据信息，除内部的工作电源外，全部通过光纤或屏蔽双绞线连接，并且每个子系统开放统一智能终端接口。监控层中的四个子系统能够对全站设备独立完成监测功能。

由于这四个子系统属于常规技术，变电站中通常会涉及这四种系统，所以，以下给出这四个子系统的一种具体实施方式，当然，本发明并不局限于此。

一次设备监控系统：主要负责一次高压设备的监测，主要设备有变压器、断路器、刀闸、避雷器、电容器、电抗器、电流互感器和电压互感器等。例如：变压器油样气谱参数、油样分析、调压机构档位、油温和瓦斯气体分析等；断路器和刀闸带电检测仪，断路器动作次数等；避雷器阻抗参数、雷击次数及动作次数等；电容器和电抗器带电检测仪、工作温度及投切组数等；电流互感器和电压互感器工作测试仪、工作温度、一次熔丝保险熔断次数等。通过“神经元组件”充分的感知高压设备的各种性状。

二次设备监控系统：主要由综合自动化系统和其它辅助监测系统如全站设备交直流电源系统、GPS对时系统等组成。具体包括微机保护装置、微机测控装置、自动控制装置、GPS对时服务器，站内当地监控服务器、远动通信数据网关机和图形网关机等。例如：微机保护装置、测控装置通过电流互感器及电压互感器感知功率点相关设备的负载状况。独立控制自动装置如电压无功自动调节装置等同时也能从别的角度反映设备工作性状。GPS对时服务器反映了全站的时钟系统，同时也是全站设备健康状况渐变的重要时间轴参数。另外，由该系统的服务器负责数据通信、监控以及传输。

变电站安防系统：作为上述一次设备监控系统和二次设备监控系统的重要补充；例如：视频监控系统和火灾报警系统，当设备外部性状发生变化时储备实时影像数据。防雷接地系统和门禁作为变电站一个重要部分也是不可或缺的。

变电站环境监测系统：时下变电设备尤其二次设备越来越精密，对环境的要求也越来越高；该系统主要为设备运行环境保驾护航。例如：温度过低或湿度过大，启动加热器或凝露器；温度过高，启动通风或者空调等。

另外，电气共用系统对应图1中的电气共用柜，图1中以两个电气共同柜为例。电气共用柜为进一步地技术特征，监控层中之所以设置该电气共用柜，主要对设备电气部分，尤其新一代智能变电设备的全站设备物理电气回路及状态进行统一管理。用二次电缆(即图1中的较粗的黑色线条)和全站设备相连，主要补充通讯软报文不能完成的功能，如设备失电告警信号及设备物理模块故障告警信号等。本实施例中，监控层中设置有两个电气共用柜，如图1所示，1号电气共用柜用于监测二次设备监控系统和变电站安防系统的物理告警信号，2号电气共用柜用于监测一次设备监控系统和环境监测系统的物理告警信号。

本实施例中，四大子系统中，每个系统均对应有用于与外界设备通信的接口，称为站控层智能接口。进一步地，每个站控层智能接口均与对应的加密隔离装置相连接。考虑设备的安全运行，加密隔离装置默认上行单向传输，即数据只能从站控层智能接口向加密隔离装置传输，不能反向传输；如果欲执行后述的系统智能维护方案，需进行安全认证或授权下行操作。

评测层中设置有评测服务器，监控层中的四大子系统和电气共用系统均与评测服务器通信连接，本实施例给出监控层和评测层之间的通信具体方式，如下所述：

为了降低评测服务器的数据处理负担，评测层中设置有两个评测服务器，对应地，评测层中设置有两个交换机，分别为1号评测层交换机和2号评测层交换机。一次设备监控系统依次通过对应的加密隔离装置与2号评测层交换机与这两个评测服务器通信连接；二次设备监控系统依次通过对应的加密隔离装置与1号评测层交换机与这两个评测服务器通信连接；变电站安防系统依次通过对应的加密隔离装置与1号评测层交换机与这两个评测服务器通信连接；变电站环境监测系统依次通过对应的加密隔离装置与2号评测层交换机与这两个评测服务器通信连接。

四大子系统和电气共用系统分别对变电站对应的状态数据进行监测，并传输给评测层双服务器，评测层双服务器在监控层和评测层构成的局域网内获得全站设备运行数据。并且，评测层双服务器中预先存储有变电站设备的相关静态数据，静态数据可以是设备正常运行时对应的状态参数，比如设备的额定参数、最佳运行方式和出力等。评测层双服务器对实际的状态参数与存储的静态数据进行比对，经过系统大数据处理程序整理后，得到全站设备健康状况数据，比如设备的健康晴雨表及周期性评测报告，进一步地，还可以智能绘出全站设备健康状况的拓扑图形，同时组建设备健康体检报告数据库，并进行数据存档。

评测服务器还能够根据得到的健康状况数据对变电站设备进行周期性巡检，并根据设备健康趋势分析和安排设备定期体检申请。而且，当一台设备的健康状态降低时，比如出现了故障，评测服务器根据现场大数据会立即感知，马上定位到该故障设备，同时形成设备预警报告通知单。

另外，下面介绍评测服务器组建的数据库模型，图2能够表示该数据库模型中数据的流动。数据库中以设备为基本节点，以间隔系统为单元，创建关系型数据库，数据库软件可以采用Orcal或者SQL server，采用C/S模式组网，独立的设备智能单元为服务器，评测服务器为客户端；设备数据结合静态参数数据形成设备健康体检报入数据库中。

远程维护子系统属于云端部分，设置有云端维护工作站，云端维护工作站可以理解为集控站或者调度中心，通过物联网云技术手段，能够对变电站设备进行远程监视维护，提高维护效率，保障供电可靠性。

本实施例中，评测服务器通过电力系统综合数据网与云端维护工作站实现远端通信。通常情况下，网络中均设置有云际层交换机，那么，与评测服务器相连的是云际层交换机，传输媒介是电力系统综合数据网，在数据网上挂载着设备管理部门的云端维护工作站。

另外，云端维护工作站通过VPN服务器(保障网际安全及权限分级)接入广域网，保持实时链接联系——设备维护商和设备生产商，如图3所示。

承接上述，评测服务器组建设备健康体检报告数据库的同时，启动连接云端维护工作站，把健康体检报告推送给该工作站，设备管理人员实时监测全站设备健康指标及运行状况。而且，当评测服务器将设备预警报告通知单推送给云端维护工作站时，设备管理人员需要对该通知单进行分析，由于设备预警报告通知单中有对故障设备的处理方案，那么，当设备管理人员肯定确认设备预警报告通知单中处理方案时，向当地评测服务器发送一定的信号，授权当地评测服务器智能处理；如果给予否定确认，该云端维护工作站将通过设备维护云(广域网)，把该设备预警报告通知单以及评测服务器中存储的故障前后实时数据和静态参数推送至系统末端——设备生产商和设备维护商。当设备生产商和设备维护商收到数据资料后，根据通知单上的联系方式，多重沟通，制定设备缺陷的最佳处理方案，然后反馈至云端维护工作站中，最终由设备管理人员裁决，或者由评测服务器智能处理，或者维护工程师设备现场处理。图4为该云维护系统的通信原理示意图。

本实施例中，云维护系统的通信实现方式如下所述，当然，本发明并不局限于该实现方式。如图5所示的通信简易示意图，传输介质采用光纤或超五类屏蔽双绞线，应用层协议采用IEC61850，做到接口统一开放；鉴于传输数据量大，尤其周期性上传，建议采用稳定可靠UDP协议升级版——RUDP协议作为主要数据传输协议。但是，当需要智能执行缺陷处理方案时，获得安全授权认证后，另外开辟一定的带宽采用TCP传输协议，当方案执行完毕后，服务器与工作站立即关闭其连接、把释放的内存和带宽还给RUDP协议。

经过上述的逐一说明，已把本云维护系统介绍完毕；接下来，以变压器本体轻瓦斯信号动作为例，大致介绍该设备云维护系统运行流程。

当设备云维护系统采集到变压器本体轻瓦斯动作信号时，评测服务器立即做出反应，点亮主变设备评估告警级别，第一时间把设备告警信息推送到云端维护工作站，同时形成设备预警报告通知单。下面以主变为节点，针对各个方面，如图6所述，具体介绍设备云维护系统的工作原理：

变压器保护：变压器微机保护装置采集“主变压器本体轻瓦斯保护动作”信号处于动作状态，其它电流、电压保护尤其重瓦斯、压力释放等保护信号处于复位状态，(系统默认轻瓦斯保护开入电气回路正常，可以通过设备调试得以保障)。

主变压器负载状况：变压器微机测控装置采集到主变压器两侧三相电流，三相电压，三相功率以及功率因数，这些数据传输给评测服务器，以用于与数据库中主变资料额定参数作对比，查看主变是否过载；若过载，过载容量是否在允许范围之内；考查主变是否在最佳的经济负载能力，主变损耗是不是很大，是否过载太多或损耗过大出现少量瓦斯气体。

主变运行方式：评测服务器采集主变压器相关断路器、隔离刀闸及中性点地刀当前状态，结合主变中性点电流、主变档位和主变油温以及上述的主变的负荷情况，综合评价主变压器运行方式的优劣。

主变高压部分监测：全站一次设备系统会实时送上主变压器当时油温、档位、本体油样频谱分析数据，主变本体内瓦斯气体的成分和比例以及最后本体压力的大小等等。

全站环境监测系统会实时传送主变设备周围的气温和湿度，考查是否是周围环境温度过高或者主变制冷系统工作不力等因素，把当前数据上送评测服务器，供评测服务器参考。

安防系统：上述出现的情况，告警有用的数据就是主变视频资料，安防系统实时清晰监测主变压器报本体轻瓦斯动作时主变的外观形状，以及在该时间段，主变是否遭受过雷击或者火灾等。

评测服务器综合上述各个方面分析出变压器各性状良好，本体轻瓦斯动作信号属于误报信号。因云维护系统不考虑电气回路错线的问题，由此，最后推演出结论：本体轻瓦斯继电器误报！评测服务器生成如表1所示的设备预警通知单，并将其传输给云端维护工作站。并且，设备管理人员把设备预警通知单传送给变压器生产商和维护商，要求在预定时间内到设备现场处理。由此，生产商和维护商经过相互沟通，执定最佳处理方案，反馈到云端维护工作站上，等待设备管理人员的最终确认，按计划去设备现场处理。并把处理过程和结果反馈到评测服务器。另外，评测服务器也能实时感知到缺陷是否处理，设备健康状况是否恢复。这样下来，就完成了一次闭环的设备云维护流程。

表1

当一次缺陷正在进行处理时，从感知缺陷出来，到预警，再到设备管理人员审核处理方案，最后到现场处理结束，评测服务器会把处理流程全部记录下来整理备案后存入数据库中；如果再有类似的问题或现象，设备云维护系统在预警通知单传送后，会给设备管理人员一个提示，推送出先前处理方案供参考，甚至包括处理人员姓名、性别、联系方式和工作单位等。

变电站设备监控系统实施例

该变电站设备监控系统为变电站设备云维护系统的其中一部分，除了该监控系统之外，云维护系统还包括远程维护子系统。由于变电站设备监控系统在上述云维护系统实施例中已给出了详细地说明，本实施例就不再具体说明。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种变电站设备云维护系统，包括变电站监控子系统和远程维护子系统，其特征在于，

所述变电站监控子系统包括监控层和评测层，所述监控层中设有一次设备监控系统和二次设备监控系统，所述评测层中设有评测服务器，所述一次设备监控系统和二次设备监控系统与所述评测服务器通信连接，所述评测服务器对一次设备监控系统和二次设备监控系统检测的变电站设备的相关状态信息进行处理，以得到变电站设备的健康状况数据，当设备出现故障时，评测服务器形成具有对故障设备的处理方案的设备预警报告通知单；

所述远程维护子系统包括用于与所述评测服务器通过网络远程通信连接的云端维护工作站，用于接收所述评测服务器发送来的变电站设备的健康状况数据，也即设备预警报告通知单，云端维护工作站在接收到该设备预警报告通知单后分析该设备预警报告通知单中所给出的对故障设备的处理方案是否可用，若可用则授权所述评测服务器智能处理，若不可用则该云端维护工作站通过广域网将该设备预警报告通知单以及评测服务器中存储的故障前后实时数据和静态参数推送给设备生产商和设备维护商，由设备生产商和设备维护商进行现场处理；

所述监控层中还设有电气共用柜，所述电气共用柜与所述评测服务器通信连接，用于将监测得到的变电站设备的物理告警信号传输给所述评测服务器。

2.根据权利要求1所述的变电站设备云维护系统，其特征在于，所述监控层中还设有变电站安防系统和环境监测系统，变电站安防系统和环境监测系统与所述评测服务器通信连接，所述变电站设备的健康状况数据还包括评测服务器对安防系统和环境监测系统检测的相关信息进行处理后得到的相关数据。

3.根据权利要求2所述的变电站设备云维护系统，其特征在于，所述一次设备监控系统、二次设备监控系统、变电站安防系统和环境监测系统的数据输出端通过加密隔离装置与所述评测服务器通信连接。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的变电站设备云维护系统，其特征在于，所述评测服务器获取变电站设备相应的运行状态信息，并与预先存储的、对应的设备静态数据进行比对，以得到所述变电站设备的健康状况数据。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的变电站设备云维护系统，其特征在于，所述云端维护工作站通过广域网与设备生产商和维护商通信连接，以将变电站设备的健康状况数据推送给设备生产商和维护商。

6.一种变电站设备监控系统，其特征在于，所述变电站监控子系统包括监控层和评测层，所述监控层中设有一次设备监控系统和二次设备监控系统，所述评测层中设有评测服务器，所述一次设备监控系统和二次设备监控系统与所述评测服务器通信连接，所述评测服务器对一次设备监控系统和二次设备监控系统检测的变电站设备的相关状态信息进行处理，以得到变电站设备的健康状况数据，当设备出现故障时，评测服务器形成具有对故障设备的处理方案的设备预警报告通知单；

还包括远程维护子系统，该远程维护子系统包括用于与所述评测服务器通过网络远程通信连接的云端维护工作站，所述云端维护工作站用于接收所述评测服务器生成的具有对故障设备的处理方案的设备预警报告通知单，并分析该设备预警报告通知单中所给出的对故障设备的处理方案是否可用，若可用则授权所述评测服务器智能处理，若不可用则该云端维护工作站通过广域网将该设备预警报告通知单以及评测服务器中存储的故障前后实时数据和静态参数推送给设备生产商和设备维护商，由设备生产商和设备维护商进行现场处理；

所述监控层中还设有电气共用柜，所述电气共用柜与所述评测服务器通信连接，用于将监测得到的变电站设备的物理告警信号传输给所述评测服务器。

7.根据权利要求6所述的变电站设备监控系统，其特征在于，所述监控层中还设有变电站安防系统和环境监测系统，变电站安防系统和环境监测系统与所述评测服务器通信连接，所述变电站设备的健康状况数据还包括评测服务器对安防系统和环境监测系统检测的相关信息进行处理后得到的相关数据。

8.根据权利要求6或7所述的变电站设备监控系统，其特征在于，所述评测服务器获取变电站设备相应的运行状态信息，并与预先存储的、对应的设备静态数据进行比对，以得到所述变电站设备的健康状况数据。

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