CN110578678A - 无人值守变电站智能防汛系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无人值守变电站智能防汛系统，包括感知层、网络层、支撑层和应用层；通过感知层将现场的模拟量转换成计算机可以处理的数字量，在网络层传输上通过光纤与无线连接将现场的水量情况上传至支撑层，通过云计算、物联网接入与大数据分析对现场的雨量进行综合分析与处理，并上传至应用层的人机交互界面进行操作。本发明用以解决无人值守变电站汛期积水多，排水慢的问题，同时兼顾了汛期现场情况和控制中心无法实现数据交换；现场值班人员无法获取现场汛情；当排水设备出现故障或出现险情时，无法及时发现和处理的适应性。

Description

无人值守变电站智能防汛系统

技术领域

本发明涉及变电站领域，具体涉及无人值守变电站智能防汛系统。

背景技术

目前，很多220KVA变电站的防汛系统，还是采用传统的浮球式自动手动排水方式，现场情况和控制中心无法实现数据交换。汛期时，无法获取现场汛情，当排水设备出现故障或出现险情时，无法及时发现和处理。由于变电站分布较为分散，部分站点距离远，交通不便。在汛情发生时需要大量的值班人员进行巡查，无法保证所有变电站及时巡查，及时处理，这样就对变电站的安全带来极大隐患。

发明内容

根据现有技术存在的不足，本发明提供一种无人值守变电站智能防汛系统。

本发明按以下技术方案实现：

无人值守变电站智能防汛系统，包括感知层、网络层、支撑层和应用层；通过感知层将现场的模拟量转换成计算机可以处理的数字量，在网络层传输上通过光纤与无线连接将现场的水量情况上传至支撑层，通过云计算、物联网接入与大数据分析对现场的雨量进行综合分析与处理，并上传至应用层的人机交互界面进行操作。

进一步，所述感知层主要实现传感设备、GSM报警模块、电压电流监控模块、水流检测模块、视频设备的接入与数据采集，将各监测区域单位的前端设备接入到系统之中。

进一步，传感器设备包括液位传感器；该液位传感器投入在水池中，液位传感器与信号数据采集设备之间通过线路完成连接，实现对水池水位的监测。

进一步，液位传感器有两种型号，一种为为压力变送传感器，一种为浮球式液位传感器；压力变送传感器是基于所测液体静压与高度成比例的原理，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号方式采集数据；浮球式液位传感器是通过位移中的浮球磁体和磁簧开关的作用，使串入电路的定值电阻数量发生变化，进而使电路系统的电学量发生变化，再将电学量转化成标准电信号。将以上两种传感器转变后的电信号接入系统的数据采集器，通过数据采集模块接入物联网终端服务器并转化为数字信号上传至控制中心。

进一步，中心平台发送控制命令实现对数据采集终端的参数提取、设置、数据采集及远程控制。主要体现为两种模式：

（1）手动控制

控制中心可以通过PC客户端，在界面上触动现场可执行类设备的开关按钮，控制实际水泵的开启与停止；

（2）智能控制

系统可以设定智能控制参数，预设控制预案，根据采集到的水池液位信息自动实现对现场水泵的控制开关。

进一步，电压电流监控模块包括电压传感器和电流传感器，用以实时监测现场的电流、电压信息；所述电压传感器采用电压互感器，将高电压按比例变换成标准低电压的电信号；所述电流传感器采用电流变送器，将大电流按比例变换成标准小电流的电信号；电信号接入系统的数据采集器，通过数据采集模块接入物联网终端服务器并转化为数字信号上传至控制中心。

进一步，水流检测模块为水流传感器，每个排水管道安装一个水流检测器，以准确判断水泵出水状态。

进一步，视频设备为监控摄像机，其安装于集水井及大门口，通过内置的数字化压缩控制器和基于WEB的操作系统，将视频数据压缩加密后，通过电力专网，上传至控制中心服务器，再经图像叠加后在PC客户端显示。

进一步，GSM报警模块是基于第二代移动通信技术搭建的一个超远距离的数据传输平台；当水位发生警情、跳闸、断电等情况发生时，自动将相应的开关量信号传送至报警服务器，系统自动向设定的一台或几台手机发送中报警短信，并同时区别不同的报警内容。

本发明有益效果：

本发明用以解决无人值守变电站汛期积水多，排水慢的问题，同时兼顾了汛期现场情况和控制中心无法实现数据交换；现场值班人员无法获取现场汛情；当排水设备出现故障或出现险情时，无法及时发现和处理的适应性。本发明针对目前变电站的现状，急需将传统的变电站防汛排水控制系转变成物联网信息化系统，以实现控制中心、值班人员和变电站的信息互通，达到远程监测、远程控制的目标，对保障汛期电网的稳定性、坚强性，有良好的工程应用价值。

附图说明

图1为本发明的无人值守变电站智能防汛系统结构图；

图2为本发明的无人值守变电站智能防汛系统网络拓扑图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

本发明为无人值守变电站智能防汛系统，包括以下内容：

1、无人值守变电站智能防汛系统结构共包括四层，通过感知层，将现场的模拟量转换成计算机可以处理的数字量，在网络传输上通过光纤与无线连接技术，将现场的水量情况上传至支撑层，通过云计算、物联网接入与大数据分析对现场的雨量进行综合分析与处理，并上传至应用层的人机交互界面进行操作。

其具体防汛结构图，如图1所示：

（1）感知层

感知层主要实现传感设备、GSM报警模块、电压电流监控模块、水流检测模块、视频设备的接入与数据采集，将各监测区域单位的前端设备接入到系统之中。收集的数据涉及各类传感器输出的数据、视频数据流。传感器数据利用RS485、开关量等方式与终端设备进行连接，通过MODBUS等标准协议完成数据传输；视频数据流通过Onvif等标准协议流进行数据的接入。

（2）网络层

采集到的数据信息通过电力专网有线的方式完成传输。本系统亦可提供多元化的无线解决方案。

（3）支撑层

系统依赖计算技术、物联技术、大数据技术等先进的技术手段，提供系统应用所需的基础平台服务，共同搭载起系统各类应用。

（4）应用层

应用层位于平台系统的最顶层，其功能为“处理”，即通过计算平台进行信息处理。应用层与最低端的感知层一起，是系统的显著特征和核心所在，应用层可以对感知层采集数据进行计算、处理和知识挖掘，从而实现对水池水位及排水情况的有效监测监管。

2、无人值守变电站智能防汛系统网络拓扑图如图2所示：

系统前端布设各类传感器设备（液位传感器、水流监测等）实现对水池现场的信息采集，而后通过有线方式将数据传输到信息采集设备，信息采集设备可同时接入现场视频监控数据，实现视频与传感器数据的叠加显示。汇总的前端数据信息通过电力专网最终接入中心系统，提供给用户业务应用。

通过对现场数字监控的接入，视频的信号内容传输到管理调度中心和各个操作队。实现对每个监控点的实时视频浏览、云台控制、录像回放、电视墙画面切换，用户可以通过PC端观看实时视频和信息数据。

在变电站集水井附近安装防汛系统设备，在水池中投入液位传感器，传感器与信号数据采集设备之间通过线路完成连接，可以实现对水池水位的监测。物联网终端实时采集集水井水位信息，通过电力专网传输到系统平台。实现对水池液位的实时监测，如果水池液位上升到设置的水位，相应的水泵自动开启排水，降到下线水位后水泵停止运行。当水位超过指定警戒水位，平台系统会将报警信息发送给相关负责人员。

通过增设电压电流采集模块、水流监测器，与防汛设备进行连接，系统可以实时监测现场的电流、电压、出水状态等信息。系统除了直接进行各类数据的采集功能以外，还要具备数据补采功能。即在实际的运行过程中如果由于某些原因造成数据采集终端未能将实时数据上报上来，操作人员能够通过软件将未上报的数据补采上来。

中心平台发送控制命令实现对数据采集终端的参数提取、设置、数据采集及远程控制。主要体现为两种模式：

（1）手动控制

控制中心可以通过PC客户端，在界面上触动现场可执行类设备的开关按钮，控制实际水泵的开启与停止。

（2）智能控制

系统可以设定智能控制参数，预设控制预案，根据采集到的水池液位信息自动实现对现场水泵的控制开关。

3、 预案设置

系统可以设定智能控制参数，设置控制预案，根据采集到的防洪蓄水池液位信息自动实现对现场水泵的控制开关。

（1）水位线设置：可根据需要通过控制中心手动设置水位：停止水位、下限水位、上限水位、极限水位、警戒水位。

（2）水泵运行设置：水位上升至下限水位时启动第一台水泵，水位回到停止水位时关闭水泵，若水位继续上升至上限水位时启动第二台水泵，水位回到停止水位时关闭已启动的水泵，若水位继续上升至极限水位时启动第三台水泵，水位回到停止水位时关闭已启动的水泵，当水位到达警戒水位时，中心和手机告警，启动第四台水泵，水位回到停止水位时，关闭已启动的水泵。

（3）4种水泵启动预案：

A预案：水泵启动顺序1→2→3→4；

B预案：水泵启动顺序2→3→4→1；

C预案：水泵启动顺序3→4→1→2；

D预案：水泵启动顺序4→1→2→3；

汛期时可手动或自动更换启动预案。

（4）水泵故障时，顺序启动下一台水泵。

4、报警功能

（1）控制中心报警

当总断路器跳闸、水位超限、水泵断路器跳闸、设备离线时，控制中心操作界面将自动跳出告警站点话框，提示告警，并可以同时用声音提示进行内容提示。

（2）手机报警

当总断路器跳闸、水位超限、水泵断路器跳闸时，通过GSM报警模块将告警短信信息传送至设定的一台或几台管理人员的手机。

5、数据分析统计

实现对不同的维度、不同条件、统计时间段、统计频率等状态属性的综合统计及查询功能，对自定义条件进行查询和汇总分析，掌握水池水位与水泵工作的现状及分析改进点，便于管理人员进行工作的安排和系统优化，以图形及列表的形式将数据统计进行展现。

系统可以就水泵作业时间进行统计，可以按照每日/每月/每年统计水泵的工作时间；系统中产生的报警次数可以按照报警点、报警类型进行各类统计，并可以生成统计分析报告。系统支持统计分析报告的导出功能，并能够依据数据分析模型进行趋势分析。

6、角色管理

提供创建，删除，修改用户功能，可建立用户与用户组的映射关系，以确立用户的角色；

可进一步限制用户的登陆、管理权限，指定用户可操作的防汛设备。

针对管理的实际情况，建立员工通讯录，并将人员关联到响应的组织机构及部门中；

通讯录中记录人员的姓名、所属部门、通讯方式等基本信息。

7、系统组成

本系统集设备状态信息采集、数据智能分析于一体，能够实现环境及设备参数的实时在线监测、数据分析与处理。前端设备搭载监测平台系统，依赖行业成熟的计算技术、物联网技术、传感器技术、互联网技术，能够实现对水池水位的智能分析，液位预警，并通过网络通知到相关责任人，使得出现问题时能够及时感知、及时处理，避免影响范围与损失的扩大。系统主要涉及到以下前端设备的接入，如下表所示：

序号	设备名称
		1	物联网终端
2	数据接入单元
		3	液位传感器
4	电流传感器
		5	电压传感器
6	水流监测器
		7	浮球开关
8	高清数字摄像机
		9	GSM报警模块

上表给出了系统主要涉及到以下前端设备的接入明细表。

8、系统工作原理

8.1、水位、电压、电流、出水检测数据上传

系统前端布设两种液位传感器，一种为压力变送传感器，一种为浮球式液位传感器。压力变送传感器工作原理是基于所测液体静压与高度成比例的原理，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号方式采集数据；浮球式液位传感器的工作原理是通过位移中的浮球磁体和磁簧开关的作用，使串入电路的定值电阻数量发生变化，进而使电路系统的电学量发生变化，再将电学量转化成标准电信号。将以上两种传感器转变后的电信号接入系统的数据采集器，通过数据采集模块接入物联网终端服务器并转化为数字信号上传至控制中心。

水流检测器工作原理：出水管中的水流动推动叶片动作，根据设定的流速，拔动微动开关动作，给出开关量信号，将开关量信号传输至数据采集器，通过数据采集模块接入物联网终端服务器并上传至控制中心。

电压互感器电流变送器根据电磁感应原理，将高电压或大电流按比例变换成标准低电压（0-5V）或标准小电流(0-20mA)的电信号，电信号接入系统的数据采集器，通过数据采集模块接入物联网终端服务器并转化为数字信号上传至控制中心。

8.2、 视频数据上传

站端布设的监控摄像机，通过内置的数字化压缩控制器和基于WEB的操作系统，将视频数据压缩加密后，通过电力专网，上传至控制中心服务器，再经图像叠加后在PC客户端显示；网络摄像机可以直接接入到TCP/IP的数字化网络中，因此这种系统主要的功能就是在联网上面，通过互联网或者内部局域网进行视频和音频的传输。

8.3、水泵电机控制

控制中心服务器根据站端传感设备上传的动态数据发送相应的指令，将控制信号发送至物联网终端，物联网终端根据指令控制相应的继电器、交流接触器等设备启动或停止站端水泵。同时也会对供电线路进行必要的保护。

8.4报警系统

GSM报警系统是基于第二代移动通信技术搭建的一个超远距离的数据传输平台。当水位发生警情、跳闸、断电等情况发生时，自动将相应的开关量信号传送至报警服务器，系统自动向设定的一台或几台手机发送中报警短信，并同时区别不同的报警内容。

9、产品部署

9.1、控制中心

中心架设应用服务器，为业务应用提供硬件支撑，为数据统计、历史查询、录像回放提供依据。

9.2、变电站端

控制箱：放置在集水井附近，立于地面，方便人员安装操作；内置物联网终端、数据接入模块、网络传输设备、电气控制设备等。

液位传感器：放置在集水井及排水管道中，每个水池安装2个液位传感器，为数据采集提供一定的冗余度。当两套传感器的数据出现误差时，系统采用“稳健原则”采信数据。例如水泵启动水位设定为2米，当两个测数据一个为2.2米，而另一个为1.9米时判定为2.2米；反之亦然。

浮球开关：每个水池安装1个浮球开关，当所有数据采集设备损坏时，由浮球开关判断警戒水位并及时启动水泵排水。

水流检测器：每个排水管道安装1个水流检测器，以准确判断水泵出水状态。

监控摄像机：安装于集水井及大门口附近；采集现场视频数据上传至控制中心。

GSM报警器：安装于控制箱内，当发生水位超过警戒线、水泵跳闸、断电等故障时向指定手机发送告警信息。

10、系统界面

根据变电站智能防汛控制系统实际应用需要，定制开发了相应的系统界面。

综上，本发明用以解决无人值守变电站汛期积水多，排水慢的问题，同时兼顾了汛期现场情况和控制中心无法实现数据交换；现场值班人员无法获取现场汛情；当排水设备出现故障或出现险情时，无法及时发现和处理的适应性。本发明针对目前变电站的现状，急需将传统的变电站防汛排水控制系转变成物联网信息化系统，以实现控制中心、值班人员和变电站的信息互通，达到远程监测、远程控制的目标，对保障汛期电网的稳定性、坚强性，有良好的工程应用价值。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思及原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.无人值守变电站智能防汛系统，其特征在于：包括感知层、网络层、支撑层和应用层；

通过感知层将现场的模拟量转换成计算机可以处理的数字量，在网络层传输上通过光纤与无线连接将现场的水量情况上传至支撑层，通过云计算、物联网接入与大数据分析对现场的雨量进行综合分析与处理，并上传至应用层的人机交互界面进行操作。

2.根据权利要求1所述的无人值守变电站智能防汛系统，其特征在于：所述感知层主要实现传感设备、GSM报警模块、电压电流监控模块、水流检测模块、视频设备的接入与数据采集，将各监测区域单位的前端设备接入到系统之中。

3.根据权利要求2所述的无人值守变电站智能防汛系统，其特征在于：传感器设备包括液位传感器；该液位传感器投入在水池中，液位传感器与信号数据采集设备之间通过线路完成连接，实现对水池水位的监测。

4.根据权利要求3所述的无人值守变电站智能防汛系统，其特征在于：液位传感器有两种型号，一种为为压力变送传感器，一种为浮球式液位传感器；

压力变送传感器是基于所测液体静压与高度成比例的原理，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号方式采集数据；浮球式液位传感器是通过位移中的浮球磁体和磁簧开关的作用，使串入电路的定值电阻数量发生变化，进而使电路系统的电学量发生变化，再将电学量转化成标准电信号。将以上两种传感器转变后的电信号接入系统的数据采集器，通过数据采集模块接入物联网终端服务器并转化为数字信号上传至控制中心。

5. 根据权利要求2所述的无人值守变电站智能防汛系统，其特征在于：中心平台发送控制命令实现对数据采集终端的参数提取、设置、数据采集及远程控制。主要体现为两种模式：

（1）手动控制

控制中心可以通过PC客户端，在界面上触动现场可执行类设备的开关按钮，控制实际水泵的开启与停止；

（2）智能控制

系统可以设定智能控制参数，预设控制预案，根据采集到的水池液位信息自动实现对现场水泵的控制开关。

6.根据权利要求2所述的无人值守变电站智能防汛系统，其特征在于：电压电流监控模块包括电压传感器和电流传感器，用以实时监测现场的电流、电压信息；

所述电压传感器采用电压互感器，将高电压按比例变换成标准低电压的电信号；

所述电流传感器采用电流变送器，将大电流按比例变换成标准小电流的电信号；

电信号接入系统的数据采集器，通过数据采集模块接入物联网终端服务器并转化为数字信号上传至控制中心。

7.根据权利要求2所述的无人值守变电站智能防汛系统，其特征在于：水流检测模块为水流传感器，每个排水管道安装一个水流检测器，以准确判断水泵出水状态。

8.根据权利要求2所述的无人值守变电站智能防汛系统，其特征在于：视频设备为监控摄像机，其安装于集水井及大门口，通过内置的数字化压缩控制器和基于WEB的操作系统，将视频数据压缩加密后，通过电力专网，上传至控制中心服务器，再经图像叠加后在PC客户端显示。

9.根据权利要求2所述的无人值守变电站智能防汛系统，其特征在于：GSM报警模块是基于第二代移动通信技术搭建的一个超远距离的数据传输平台；当水位发生警情、跳闸、断电等情况发生时，自动将相应的开关量信号传送至报警服务器，系统自动向设定的一台或几台手机发送中报警短信，并同时区别不同的报警内容。