CN203850922U

CN203850922U - 运行稳定、便于监控的二次设备系统

Info

Publication number: CN203850922U
Application number: CN201420230906.8U
Authority: CN
Inventors: 陈静; 张卫国; 王淑娴; 殷守斌; 孙素亮
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Heze Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Heze Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2014-05-07
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2024-05-07

Abstract

本实用新型涉及一种运行稳定、便于监控的二次设备系统。包括计算机及变电站层，该变电站层包括保护管理机NSM800、网络交换机NSJ830、光电转换器，该录波器包括信号调理器、MAX125芯片、ARM控制芯片，ARM控制芯片分别连接SRWF-508型无线通信模块、自动拨号报警器，该自动拨号报警器包括STC12C5410和MT8888单片机。计算机通过电力数据网等网络体系与变电站层进行数据传输，实现电气量检测、运行设备的状态参数检测，而保护装置、录波器、温湿度采集器的连接，及JTAG接口电路及自动拨号报警器等的设置，保证了整个二次设备运行的稳定。

Description

运行稳定、便于监控的二次设备系统

（一）技术领域

本实用新型涉及二次设备，特别涉及一种运行稳定、便于监控的二次设备系统。

（二）背景技术

二次设备的正常可靠运行是保障电网稳定和电力设备安全的基础。在电力企业的运营成本中,设备维护费用占有相当大的比重。随着中国电力的飞速发展,如何有效的监测电力设备状态, 及时消除设备缺陷、减少事故、确保安全生产、制定检修计划,实现高质量稳定供电,已成为供电部门关注的重点。而二次设备中录波器多采用微机式录波器，这种故障录波器采用前后台模式，前台采集往往以 DSP 为核心的数据采集模块为主，在数据同步采集、数据通信、灵活性方面都存在不足，由于各个故障录波器系统运行速度、稳定性能、通信能力存在差异，组网困难，随着变电站的数字化、网络化发展，传统的微机式故障录波器已经不能满足要求，温湿度采集器测量温度的准确度低，检测系统的精度差，导致测量结果的偏差，可能带来后续的误操作。无法对需要温度控制的场所进行自动控制和报警，功能单一，使用不便，无法满足温度和湿度现场测量和控制的需求不能保证设备安全可靠的运行，上述问题需要改进。

（三）发明内容

本实用新型为了弥补现有技术的不足，提供了一种运行稳定、便于监控的二次设备系统，该系统运行可靠、发现事故及时，确保运行安全。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种运行稳定、便于监控的二次设备系统，包括计算机及变电站层，计算机与变电站层之间通过电力数据网进行数据传输，其特殊之处在于：该变电站层包括负责数据处理、存储及远传的保护管理机 NSM800、保护接入装置NSI800、用于站内组网通信的网络交换机NSJ830、用于长距离通信、实现光电信号之间的转换的光电转换器、用于子站数据的本地存储的网络存储器，串口服务器将数据传给保护管理机 NSM800，保护管理机 NSM800包括机箱，机箱内安装电源模块机、CPU模块、配集成式交换机模块TP-LINK板，护管理机 NSM800与保护接入装置NSI800通过接口连接，保护接入装置NSI800分别与保护装置、录波器及温湿度采集器相连，该录波器包括信号调理器、MAX125芯片、ARM控制芯片，信号调理器与MAX125芯片连接，该MAX125芯片、光电隔离芯片、ARM控制芯片均与DSP FPGA 高速数据处理核心板相连，ARM控制芯片分别连接6DD1607-0EA0触摸屏模块、JTAG 接口电路、RS232 模块、SRWF-508型无线通信模块、自动拨号报警器，该自动拨号报警器包括STC12C5410和MT8888单片机，温湿度采集器包括湿度敏感元件、温度敏感元件，湿度敏感元件、温度敏感元件与MCU 模块连接，该MCU模块还分别与电源、MAX125芯片、被测装置、数字传感器、自动拨号报警器相连。

本实用新型的运行稳定、便于监控的二次设备系统，被测装置为加热装置、制冷装置、加湿装置、除湿装置，数字传感器与显示屏连接，ARM控制芯片还连接外扩 Flash 芯片、外扩 SDRAM 芯片。

本实用新型的有益效果是：计算机通过电力数据网等网络体系与变电站层进行数据传输，实现电气量检测、运行设备的状态参数检测、操作控制执行与驱动，确保运行安全，而该变电站层通过保护管理机 NSM800、保护接入装置NSI800、网络交换机NSJ830、光电转换器、网络存储器，保护装置、录波器、温湿度采集器的连接，及录波器中6DD1607-0EA0触摸屏模块、JTAG 接口电路及自动拨号报警器等、温湿度采集器中MCU模块、MAX125芯片及自动拨号报警器等的设置，保证了整个二次设备运行的稳定，整个系统结构简单、使用方便。

（四）附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

附图1为本实用新型的结构框图；

附图2为本实用新型的变电站层的结构示意图；

附图3为本实用新型的保护管理机 NSM800的结构框图；

附图4为本实用新型的录波器的结构框架；

附图5为本实用新型的温湿度采集器的结构框架；

图中，1保护管理机 NSM800，2保护接入装置NSI800，3网络交换机NSJ830，4光电转换器，5网络存储器，6电源模块机，7 CPU模块，8配集成式交换机模块TP-LINK板，9保护装置，10温湿度采集器，11信号调理器，12MAX125芯片，13 ARM控制芯片，14光电隔离芯片，15DSP FPGA 高速数据处理核心板，166DD1607-0EA0触摸屏模块，17 JTAG 接口电路，18 RS232 模块，19 SRWF-508型无线通信模块，20自动拨号报警器，21外扩 Flash 芯片，22外扩 SDRAM 芯片, 23湿度敏感元件，24温度敏感元件，25MCU 模块，26电源，27被测装置，28数字传感器。

（五）具体实施方式

本实用新型提供了一种二次设备诊断评估装置，包括硬件及网络架构、软件体系、系统接口、数据类型及来源系统。

1硬件及网络架构：

根据硬件及网络架构进行系统规划，整个系统包括变电站层、通信层和主站层。变电站层包括在线数据采集服务器，该在线数据采集服务器与保护装置连接，通信层内设置数据交换框架、系统应用框架，该数据交换框架依次包括数据总线、模型数据管理模块、信息展示与信息发送模块，模型数据管理模块与信息展示与信息发送模块之间设置数据获取模块、数据处理模块、监测预警模块、状态诊断模块、状态评估模块、预测评估模块、风险评估模块及决策建议模块，其数据总线与数据获取模块相连，系统应用框架与数据总线连接，其包括数据获取和数据预处理层、设备状态监测层、设备状态预测层、设备健康评估及风险评价层、设备状态预警层。

变电站层：升级现有保信子站，除了采集现有保护装置9（如物理隔离装置）的信息外，还能够与新增的温湿度采集装置10、变电站远动信息进行接口。

通信层：用现有的电力数据网，进行数据传输。

主战层：对系统的各种信息进行维护、存储、分析和展现。

2软件体系：

二次设备智能状态评估诊断系统采用分布式分层设计的原则：

二次设备智能状态评估诊断系统体系结构中，共包括5个层（layer），自底向上分别是：

1）硬件平台

可以是现今流行的各种硬件平台，如可以是RISC体系结构的计算机，也可以是CISC体系结构的计算机；可以是32位机，也可以是64位机。

2）操作系统平台

操作系统可以选用多种现今流行的操作系统，如几种主流的UNIX，LINUX和Microsoft Windows等。

3）通用中间件层

通用中间件层包括操作系统屏蔽中间件层。正是由于操作系统屏蔽中间件层的存在，才使得二次设备智能状态评估诊断系统能够运行在多种操作系统和硬件平台上，具有很好的可移植性。通用中间件层的存在，使得系统具有应用组件技术所带来的优越性，如可伸缩性、异构系统、可互操作性等。

4）支撑层

统一支撑平台层构筑在通用中间件层之上，为各类电力系统应用软件的开发和运行提供统一的支撑平台。统一支撑平台层主要包括数据库管理、网络管理、系统管理、报警、人机界面等多个子系统。

5）应用层

应用层构筑在支撑层之上，实现各类二次设备智能状态评估诊断系统应用，如二次设备信息采集、二次设备状态评价、二次设备检修方案制定、二次设备状态趋势预测等。

2.1 数据交换框架：

2.2 系统应用框架：

本次系统的建设采用三层架构(B/A/S模式)，系统采用分布式部署方式，应用系统的技术架构逻辑上分为五层，分别为数据获取和数据预处理层、设备状态监测层、设备状态预测层、设备健康评估及风险评价层、设备状态预警层，各层次之间相对独立，数据又相互交互；数据来源于PMS、保信子站系统，决策建议返回给PMS。

3系统接口：

系统接口的设计原则：

（1）、资源统一、完整原则

系统接口的最基本目标就是为充分共享各类信息，保证信息的统一性、完整性。

（2）、系统接口的安全、可靠性原则

从整个系统的角度上看，要防止病毒的侵扰、黑客的袭击。

从内部使用上看，要体现责权的分配，要合理划分信息的责任区和个人密码制度等。保证各系统运行的可靠性、独立性。

（3）、接口的灵活、开放、易维护性原则

企业永远处在不断运动、变化发展之中，其资源的类型、数量、质量，工作活动类型、内容，制度、流程及组织机构等都处在不断进行调整之中，企业对PMS系统的资源信息需求也处于不断变化之中，同时各种新建的系统也同样对现成的系统有接口需求。所以PMS系统接口设计也要具备灵活、开放、和易维护的特点，才能够适应企业活动规律的变化，灵活、开放、和易维护的系统接口是建立一个灵活、开放的PMS系统的基本体现之一。

（4）、投资合理、性价比高

充分、合理利用现有资源，减少用户投资，降低系统开发、运行维护的费用。

3.1 PMS与CoBase接口

二次设备智能状态评估诊断系统与PMS系统数据接口基于国网统一的标准企业服务总线，所有的接口都以Web Service的方式提供，可以注册到企业服务总线中，通过SOAP消息机制传递缺陷、试验、检修等二次设备基础数据到智能评估诊断系统。同时设备评价状态、检修策略、年度检修计划及三年滚动计划等评价结果数据也可通过企业服务总线PMS系统利用，实现数据共享。

设备模型

二次设备模型数据首先从CoBase通过接口的方式同步到PMS系统，并且在PMS系统的间隔实现二次设备与一次设备的对于关系。

设备的属性参数主要包括设备的功能位置、厂家型号、投运日期等相关信息

设备运行记录

运行工况（保护及插件更换记录、保护定值更改记录、保护检修记录、保护动作记录、电缆更换记录）、历年缺陷及异常记录、保护定值单、巡视记录等。

设备的修试记录

巡检记录、例行试验报告、诊断性试验报告、消缺记录、有关反措执行情况等。

其它资料

家族缺陷、历次状态评价报告、保护逻辑、保护软件版本、年度设备分析报告和年度运行分析报告（包括保护动作次数、保护同型号无故障时间、保护同批次无故障时间、保护动作正确率）等。

3.2 保信子站与保护设备、录波器及温湿度采集器接口

本系统根据目前二次设备智能状态评估诊断系统的技术要求和变电站的实际运行情况，提出的基于保护信息管理系统基础上，获取保护的实时信息和通过监控系统获取测控装置的实时信息的方案，解决了如何在主站端能够及时获取保护二次回路的实时信息和测控二次回路的实时信息的问题。本系统设计依照简单实用、充分利用现有资源的原则，方案考虑到目前变电站的实际情况，针对不同网络环境和硬件设备状况提出不同的解决方案。

在变电站中建立二次设备智能状态评估诊断信息子站系统，该子站系统的任务是收集二次设备的实时信息。

考虑到目前的保护信息子站系统的CPU、内存、存储等设备不能满足现有系统的技术要求，因此需要对保护信息子站系统的主机设备进行升级。提高CPU的频率，增加内存和存储容量。

保护和录波器信息由子站系统利用现有的保护信息管理系统的网络直接获取，子站与设备直接的通讯采用设备提供的规约。测控装置的信息由监控系统进行信息转发，子站与监控系统的通讯规约采用监控系统提供的规约接口。

3.3 在线数据采集服务器与EMS接口

在线数据采集服务器通过物理隔离装置与EMS系统接口，EMS进行数据转发，在线数据采集服务器进行接收，通过PMS接口将数据送给PMS系统。

3.4 在线数据采集服务器与PMS接口

在线数据采集服务器通过物理隔离装置与PMS系统接口，将采集的数据送给PMS系统。

3.5 保护定值校核方式

4数据类型及来源系统

表1：数据类型及来源系统

本实用新型提供一种二次设备智能诊断评价的方法：

（1）系统建立评价模型和评价规则。依据规范性引用文件《山东电网继电保护状态检修导则(试行)》，建立二次设备的设备模型，状态量以及二次设备的评价规则。

（2）数据采集：数据收集分为两个部分，离线数据和在线数据。离线数据设备模型通过CoBase与PMS系统Web Service接口，注册到企业服务总线中通过SOAP消息机制传递缺陷、试验、检修等二次设备基础数据到智能评估诊断系统。离线数据的的设备运行记录、设备修试记录、其他资料都是通过与PMS系统信息共享获得。在线数据环境数据、运动数据、录波数据通过在变电站建立二次设备智能状态评估诊断信息子站系统，获取二次回路的实时信息和监控二次回路的实时信息。保护和录波器信息由子站系统利用现有的保护信息管理系统的网络直接获取，测控装置的信息由监控系统进行信息转发。

（3）评价计算：二次设备状态评价计算的内容包含在线综合评价和异常信息统计内容。

在线综合评价通过环境评价、在线电气量监测评价、二次回路评价和可靠度评价进行综合得分评价。

环境评价是指通过仪器检测环境温度、湿度、水位和视频是否存在缺陷或异常的方面，出现缺陷或异常时，其评价指数低，指示检修人员需要适时进行有针对性的维修。

装置评价是指通过综合自动化系统监测模拟量、开关量、定值、动作信息、报警信息是否存在异常，出现缺陷或异常时，指示检修人员需要适时进行有针对性的维修。

二次回路评价用于评价二次回路的温度、绝缘和接地状态是否存在缺陷或异常的方面，出现缺陷或异常时，其评价指数低，指示检修人员需要适时进行有针对性的维修。

可靠度评价用于指示保护间隔可能存在故障的概率。保护间隔长时间运行而没有进行有效的检查或试验时认为保护间隔的故障概率在随时间增加，时间越长其评价指数越低。该评价指数低指示需要对保护间隔的某一环节或保护间隔整体进行例行试验。

统计型信息用于统计保护装置或二次回路发生异常的时间、异常次数和异常的位置，辅助工作人员进行变电站间隔状态评估。

评价计算完成可生成二次设备评价报告，供管理者查看审阅。

（4）评价结果查询与统计：二次设备评价完成以后，可以根据二次设备的设备模型、变电站、评价时间、设备名称以及设备的信息去查询二次设备的评价结果和评价报告。

（5）风险评估：通过识别设备潜在的内部缺陷和外部威胁，分析设备遭到失效威胁后的资产损失程度和威胁发生的概率，通过风险评价模型得出设备在电网中的风险等级。二次设备风险评估的方法功能：一、模块输入：a从数据处理层获得的设备状态量的数据；b从风险评价层（嵌套）产生的风险指标及评价数据，二、模块功能：a确定资产类别：考虑设备自身的的价值、设备供电用户的重要等级和设备在电网中所处位置的重要等级三个方面确定电力设备的资产类别等级；b识别缺陷和威胁：分析设备功能，识别设备潜在的内部缺陷和外部威胁对设备功能的影响，并统计分析发生各类缺陷和威胁发生的概率；c计算损失程度：通过关联设备与缺陷（或威胁）因素，从安全性，可靠性、成本和社会影响等方面的计算威胁造成的损失程度；d计算风险值：综合考虑资产类别、资产损失程度和发生概率得到该设备的风险等级或分值；e评价信息查询：可查询设备风险评价结果，并可详细了解评价过程及各风险指标评价信息，三、模块输出：风险评价结论，包括设备风险值、依据和解释。

二次设备风险评估的步骤为：风险矩阵定义、分析项目权值维护、风险矩阵分析和风险矩阵设备分析查询。

该系统的特点为：

（1）统一电网模型：

二次设备和一次设备，基于PMS系统的统一电网模型建模，二次设备与其对应的一次设备或间隔建立对应关系，基于统一电网模型，进行后续设备的状态分析、评价，实现结果的系统间交互。

（2）实时数据采集：

二次设备智能状态评估诊断系统的技术要求和变电站的实际运行情况，提出的基于保护信息管理系统基础上，获取保护的实时信息和通过监控系统获取测控装置的实时信息的方案，解决了如何在主站端能够及时获取保护二次回路的实时信息和测控二次回路的实时信息的问题。

（3）智能在线评价技术：

本系统从保信子站获取二次设备的实时信息，并基于实时运行信息及离线检修信息、故障、缺陷等信息，实现二次设备在线评价、按需评价、预警后自动评价等多种评价方式，丰富了评价功能。

（4）企业服务总线（ESB）：

基于国网统一的标准企业服务总线，所有的接口都以Web Service的方式提供，可以注册到企业服务总线中，通过SOAP消息机制传递缺陷、试验、检修等二次设备基础数据到智能评估诊断系统。同时设备评价状态、检修策略、年度检修计划及三年滚动计划等评价结果数据也可通过企业服务总线PMS系统利用，实现数据共享。

（5）状态量推理机制：

本系统内建的专家系统，采用Modus ponens逻辑规则。也是在知识系统中用的最广泛的推理策略。若有规则“如果A，则B”，且已知A为真，则可以很简单的得出结论B为真。更一般的描述是：如果一个规则的前提为真，则这个规则的结论为真。

基于Modus ponens通用规则，系统构建了设备状态评价及诊断专家系统，实现了辅助分析功能。

上述的PMS、CoBase、电力数据网均通过计算机进行数据传输，计算机与变电站层相连，该变电站层包括保护管理机 NSM800 1、保护接入装置NSI800 2、网络交换机NSJ830 3、光电转换器4、网络存储器5，保护管理机NSM800 1负责数据处理、存储及远传，串口服务器将数据传给保护管理机 NSM800 1，网络交换机NSJ830 3用于站内组网通信，光电转换器4用于长距离通信，实现光电信号之间的转换，网络存储器5用于子站数据的本地存储，保护管理机 NSM800 1包括机箱，机箱内安装电源模块机6、CPU模块7、配集成式交换机模块TP-LINK板8，护管理机 NSM800 1与保护接入装置NSI800 2通过接口连接，保护接入装置NSI800 2分别与保护装置9、录波器及温湿度采集器10相连，该录波器包括信号调理器11、MAX125芯片12、ARM控制芯片13，信号调理器11与MAX125芯片12连接，该MAX125芯片12、光电隔离芯片14、ARM控制芯片13均与DSP FPGA 高速数据处理核心板15相连，ARM控制芯片13分别连接6DD1607-0EA0触摸屏模块16、JTAG 接口电路17、RS232 模块18、SRWF-508型无线通信模块19、自动拨号报警器20，该自动拨号报警器20包括STC12C5410和MT8888单片机，温湿度采集器10包括湿度敏感元件23、温度敏感元件24，湿度敏感元件23、温度敏感元件24与MCU 模块25连接，该MCU模块25还分别与电源26、MAX125芯片12、被测装置27、数字传感器28、自动拨号报警器20相连。被测装置27为加热装置、制冷装置、加湿装置、除湿装置，数字传感器28与显示屏连接。ARM控制芯片13还连接外扩 Flash 芯片21、外扩 SDRAM 芯片22。自动拨号报警器20内存有相关工作人员的电话，录波器出现故障时，打报警电话，若是现场工作人员没有及时处理，可以有他人提醒或代为处理。用户可以通过键盘预存相关技术人员的报警电话号码在单片机存储器中,当有报警信号传送给单片机后,单片机将根据警情的优先权,拨打相应的电话号码并给出语音提示,通过STC12C5410和MT8888构成的远程智能电话自动报警系统的电话网发送给用户。自动拨号报警器20也可以包括单片机、分别与单片机连接的接收模块、报警中心、GSM 模块，其中GSM 模块与固定电话、手机无线连接，接收模块与ARM控制芯片连接并把接收到的警报信号传递至单片机进行处理。利用GSM 技术对警报信号进行网络数据传输，具有远程报警的供能。通过该自动拨号报警器系统实现将报警及时传达给相关技术人员，结合蜂鸣器形成完备的报警安全系统，保证施工现场的安全。

计算机通过电力数据网等网络体系与变电站层进行数据传输，实现电气量检测、运行设备的状态参数检测、操作控制执行与驱动，确保运行安全，而该变电站层通过保护管理机 NSM800 1、保护接入装置NSI800 2、网络交换机NSJ830 3、光电转换器4、网络存储器5，保护装置9、录波器、温湿度采集器10的连接，及录波器中6DD1607-0EA0触摸屏模块16、JTAG 接口电路17及自动拨号报警器20等、温湿度采集器10中MCU模块25、MAX125芯片13及自动拨号报警器20等的设置，保证了整个二次设备运行的稳定，整个系统结构简单、使用方便。

Claims

1.一种运行稳定、便于监控的二次设备系统，包括计算机及变电站层，计算机与变电站层之间通过电力数据网进行数据传输，其特征在于：该变电站层包括负责数据处理、存储及远传的保护管理机 NSM800（1）、保护接入装置NSI800（2）、用于站内组网通信的网络交换机NSJ830（3）、用于长距离通信、实现光电信号之间的转换的光电转换器（4）、用于子站数据的本地存储的网络存储器（5），串口服务器将数据传给保护管理机 NSM800（1），保护管理机 NSM800（1）包括机箱，机箱内安装电源模块机（6）、CPU模块（7）、配集成式交换机模块TP-LINK板（8），护管理机 NSM800（1）与保护接入装置NSI800（2）通过接口连接，保护接入装置NSI800（2）分别与保护装置（9）、录波器及温湿度采集器（10）相连，该录波器包括信号调理器（11）、MAX125芯片（12）、ARM控制芯片（13），信号调理器（11）与MAX125芯片（12）连接，该MAX125芯片（12）、光电隔离芯片（14）、ARM控制芯片（13）均与DSP FPGA 高速数据处理核心板（15）相连，ARM控制芯片（13）分别连接6DD1607-0EA0触摸屏模块（16）、JTAG 接口电路（17）、RS232 模块（18）、SRWF-508型无线通信模块（19）、自动拨号报警器（20），该自动拨号报警器（20）包括STC12C5410和MT8888单片机，温湿度采集器（10）包括湿度敏感元件（23）、温度敏感元件（24），湿度敏感元件（23）、温度敏感元件（24）与MCU 模块（25）连接，该MCU模块（25）还分别与电源（26）、MAX125芯片（12）、被测装置（27）、数字传感器（28）、自动拨号报警器（20）相连。

2.根据权利要求1 所述的运行稳定、便于监控的二次设备系统，其特征在于：被测装置（27）为加热装置、制冷装置、加湿装置、除湿装置，数字传感器（28）与显示屏连接，ARM控制芯片（13）还连接外扩 Flash 芯片（21）、外扩 SDRAM 芯片（22）。