CN204758719U - 一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能电网中变压器、高压电抗器设备在线监测系统及数据的研究、应用技术领域，特别涉及一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统，包括若干路并行连接的前置采集单元，所述若干路并行的前置采集单元输出的数据通过双绞线传输至主站平台路由器进行汇集处理，所述主站平台路由器再通过双绞线上传至主站数据库服务器，所述主站数据库服务器还分别与Web应用服务器、操作员站和工程师站进行通信连接，本实用新型实现信号就地数字化，过滤干扰信号，并减轻在线监测前置子系统服务器的负载压力，同时确保不同监测类型与设备间具有互换性，使监测系统结构具备高度分散性及灵活性的优点。

Description

一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统

技术领域

本实用新型涉及一种智能电网中变压器、高压电抗器设备在线监测系统及数据的研究、应用技术领域，特别涉及一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统。

背景技术

随着国内外在线监测技术的进步，越来越多的变电设备在线监测系统投入运行，可对及时掌握变电站关键设备的运行状态，提高设备安全运行水平起到了积极作用。其中，行业内公认比较可靠的监测技术为充油设备(变压器、高压电抗器)油中溶解气体在线监测、GIS局部放电在线监测技术.但局部放电在线监测的抗干扰技术尚未得到解决，且投资成本过高；因此，油中溶解气体在线监测在智能电网领域及可靠感知设备状态中占有重要的地位。

油中溶解气体监测在电网企业中的应用现况是：1)油中溶解气体监测数据是判断设备状态、制定设备预警及运维策略的关键决策依据之一；2)省级电网的监测预警中心需同时并行归集、处理数百套以上油中溶解气体监测装置的数据，并及时提出诊断恩熙结果；3)分布在全省各地的油中溶解气体监测装置通常均是在每日6时进行一次变压器、高压电抗器油中气体的采集、检测；并在8时前将测值通过通信网络发送给监测预警中心分析诊断，因此，各省级电网监测预警中心的一名技术人员需在每日8时迅速处理、准确分析具有井喷式特点的油中溶解气体监测数据，此系确保电网安全稳定的第一道防御体系。但以下问题，影响到此工作的有效开展。

(1)监测装置可检测H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂、CO、CO₂、O₂等多种气体的浓度测值，受限于装置老化、现场运行环境干扰、载气气压等影响因素，测量结果的正确性不能保证。而现在对于这些数据的准确度判断只能依靠熟悉监测原理、产品特点的技术人员对监测装置的工作状态进行单方面确认，或者进行离线测试验证。因此当前还不能利用这些实时数据间存在的内在联系对数据的准确度进行确认；但当各种气体浓度测值发生突变时，监测预警中心须及时过滤其中潜在的干扰数据或误诊断数据，并准确说明气体变化与变压器状态之间的关系。

(2)监测预警中心接入众多厂家、众多型号、超过数百套的溶解气体监测装置，各类监测系统的通讯规约、数据接口、底层构架等标准又各不相同，造成各监测系统信息分散、管理复杂、且未能实现信息的纵向贯通与横向共享的被动局面，增加了运维监测预警中心的难度，影响充分利用监测数据指导运维电网设备。

(3)很多系统的主要功能是监视油中气体成分及超阈值报警，对故障性质、种类、定位及发展趋势的预测等诊断方法尚不完备，以致造成仅能为监测预警中心及设备运维人员提供的简单警示；而真正的故障诊断仍需由离线色谱分析完成。

(4)监测预警中心存在多种类型的海量数据同时产生报警事件，此时需要同时调度大量的数据信息进行分析和计算。在并行调度过程中如何确立数据的优先级以及保证系统资源的充分利用，还需要进一步的探索、研究。

鉴于上述情况已严重阻碍了提升油中溶解气体监测技术在电力企业内的推广应用效果，不利于巩固电力系统的安全运行水平；故迫切需要研制一种经济实用，且适用于实时处理大数据量的油中溶解气体状态预警数据的信息系统，并采用优先级可配置的分析算法，通过建立基于专家诊断的优先级自适应优化机制，实现对海量并发报警的实时、有效处理。

实用新型内容

本实用新型的目的为解决现有技术的上述问题，提供了一种基于响应速度快、结构简单的井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统，为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型的目的为突破传统技术的局限,在深入归集、分析油中溶解气体状态监测数据的基础上，提供了一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统，按照省级部署多级应用的分布式监测网络架构，构建面向省级电网的多维度、集约化油中溶解气体状态预警系统。具体采用多类监测前置子系统数据汇集技术，归集广域分布的各类型在线监测数据，并按开放性的数据通信格式规范转发至省级电网监测预警中心，各地用户均可通过Web方式，应用主站平台的监测查询、分析功能，对各设备状态进行远程集中监测预警与诊断分析，此电路结构简单，维护方便，且扩展性好，适用于面向广域分布的在线监测数据分析，为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统，其特征在于：包括若干路并行连接的前置采集单元，所述若干路并行的前置采集单元输出的数据通过双绞线传输至主站平台路由器进行汇集处理，所述主站平台路由器再通过双绞线上传至主站数据库服务器，所述主站数据库服务器还分别与Web应用服务器、操作员站和工程师站进行通信连接。

优选地，所述前置采集单元包括监测装置、综合处理单元、若干路多通道输入口单通道输出口的在线监测前置子系统交换机和在线监测前置子系统服务器，其中，在线监测前置子系统交换机的多通道输入口采集多套综合处理单元的数据并进行汇集后，再通过在线监测前置子系统交换机的单通道口输出至一套在线监测前置子系统服务器，每一套综合处理单元都分别与一套监测装置连接，所述在线监测前置子系统服务器接收的数据通过双绞线传输至主站平台路由器进行汇集处理。

优选地，所述监测装置将采集到设备油中溶解气体监测数据，并通过双绞线或光纤电缆输入综合处理单元，所述综合处理单元通过有线电力综合数据网或无线GPRS网络将监测数据发送至在线监测前置子系统交换机进行汇集处理。

优选地，所述监测装置为MGA、TROM、ZF、SIM3LC-DGA或FMU-G系列的油中溶解气体在线监测装置。

优选地，所述综合处理单元设置在变电站中，为iHVM2000、MDD3000、SIM3-SC或UDM系列的信息处理及转发装置，所述在线监测前置子系统交换机为H3CS3600系列的交换机。

优选地，所述在线监测前置子系统服务器为HPProLiantDL388Gen9。

优选地，所述主站平台路由器为H3CSR8800系列的路由器，所述主站数据库服务器为HP9000系列的服务器，所述Web应用服务器为HPProLiantDL580Gen8系列的4U机架式服务器。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

第一，本实用新型采用模块化设计，可灵活配置，且易于更换，适应大面积推广的低成本要求。

第二，综合处理单元部署于变电站内，实现信号就地数字化，可避免信号的衰减，并减轻在线监测前置子系统服务器的负载压力；变电站在线监测综合处理单元与主站平台通信技术，依据监测技术现况及发展趋势的要求，结合国际标准的通信规范设计，所研发的数据交互集型，规范了各功能块与具体结构，可归集融合各监测装置厂商产品的数据，同时确保不同监测类型与设备间具有互换性，使监测系统结构具备高度分散性及灵活性的优点。

第三，采用智能色谱峰识别技术，确保可靠定量氢气、乙炔等关键特征气体组份的浓度，通过于在线监测前置子系统中匹配、查找标准波形(主要为高斯波)与油中气体色谱数据段来各类油中溶解气体峰位偏差，求解它们相似性，过滤干扰数据，该方法抗干扰性能良好。

第四，监测装置与主站平台的数据通信格式规范，依国际标准制定，兼具开放性。同时，在工程实践基础上仔细分析、合理选取，并解决了监测通信的发展没有经过统一标准的制约，造成了目前各地区、各单位通信格式规范种类繁多的被动局面。

第五，维护方便：采用星型拓扑结构的布置方式，确保在对其单套监测装置维护时不影响到其它监测回路的正常运行，并通过监测传感器、综合处理单元及数据交换机实现从油中气体检测、分析诊断、预警及历史数据存储的全过程控制。

第六，智能诊断：于在线监测系统数据库服务器中诊断油中溶解气体数据，确认故障程度、性质，并向监测预警中心的技术人员及电网企业其他技术人员提供全面客观的设备监测状态信息。

第七，远程诊断：采用分布式的互操作的网络通信应用程序(WebService)实现不同用户可在不同的计算机上监视设备的油中气体浓度变化数据，适应电网企业内不同单位(部门)所要求的异构信息集成系统，并高度吻合远程值班、运维的管理模式。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统的原理示意图。

图2是本实用新型一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统的最佳实施例的原理示意图。

附图中，1-监测装置，2-综合处理单元，3-在线监测前置子系统交换机，4-在线监测前置子系统服务器，5-主站平台路由器，6-主站数据库服务器，7-Web应用服务器，8-操作员站，9-工程师站。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统，包括若干路并行连接的前置采集单元，所述若干路并行的前置采集单元输出的数据通过双绞线传输至主站平台路由器5进行汇集处理，所述主站平台路由器5再通过双绞线上传至主站数据库服务器6，所述主站数据库服务器6还分别与Web应用服务器7、操作员站8和工程师站9进行通信连接。

如图1所示，在本实用新型中，所述前置采集单元包括监测装置1、综合处理单元2、若干路多通道输入口单通道输出口的在线监测前置子系统交换机3和在线监测前置子系统服务器4，其中，在线监测前置子系统交换机3的多通道输入口采集多套综合处理单元2的数据并进行汇集后，再通过在线监测前置子系统交换机3的单通道口输出至一套在线监测前置子系统服务器4，每一套综合处理单元都分别与一套监测装置1连接，所述在线监测前置子系统服务器4接收的数据通过双绞线传输至主站平台路由器5进行汇集处理，所述监测装置1将采集到设备油中溶解气体监测数据，并通过双绞线或光纤电缆输入综合处理单元2，所述综合处理单元2通过有线电力综合数据网或无线GPRS网络将监测数据发送至在线监测前置子系统交换机3进行汇集处理，在本实用新型中，所述监测装置1设置在变压器附近，采用的型号为MGA、TROM、ZF、SIM3LC-DGA或FMU-G等系列的油中溶解气体在线监测装置，用以检测变压器或高压电抗器的油中H₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆等气体浓度和微水含量。

所述综合处理单元2设置在变电站内，其中综合处理单元2采用的型号为iHVM2000、MDD3000、SIM3-SC或UDM系列的信息处理及转发装置，所述综合处理单元2可以接入、归集一座变电站一套或几套油中溶解气体监测装置采集的数据，所述在线监测前置子系统交换机3设置在监测预警中心的通信机房中，采用的型号为H3CS3600系列的交换机；所述在线监测前置子系统服务器4也设置在监测预警中心的通信机房中，其型号为HPProLiantDL388Gen9系列的2U机架式服务器；所述在线监测前置子系统交换机3、在线监测前置子系统服务器4以接入、归集一个厂家的若干套监测数据。

所述主站平台路由器5设置在监测预警中心的中心机房中，所采用的型号为H3CSR8800系列的路由器；所述主站数据库服务器6设置在监测预警中心的中心机房中，所采用的型号为HP9000系列的服务器；所述Web应用服务器7设置在监测预警中心的中心机房中，所采用的型号为HPProLiantDL580Gen8系列的4U机架式服务器；

在本实用新型中，将所述的监测装置1、综合处理单元2部署于变电站附近；其中，监测装置1安装于变压器、高压电抗器本体处，综合处理单元2安装于变电站内的继电保护室的监测系统控制屏柜内或中央控制室的值班台附近(未图示)；在线监测前置子系统交换机3、在线监测前置子系统服务器4、主站平台路由器主站平台路由器5、主站数据库服务器6、Web应用服务器7、操作员站8、工程师站9将部署于监测预警中心内；本实用新型可检测、扫描、区分设备本体内的油中溶解气体浓度信号与干扰信号，再将已检测、过滤、分析后的各气体组分浓度信号提供给监测预警中心，并供电网气体相关设备运维技术人员进行诊断分析。

在本实施例中，从监测装置1到综合处理单元2的回路中仅传输监测数据和控制命令。此外，监测装置1的具体数量根据变电站内的设备数量和设备本体的结构特征确定；而所述综合处理单元2的数量为每站部署一套。

如图2所示，作为本实用新型的最佳实施例，至少由两路组成的监测数据通过主站平台路由器5汇集后，再通过主站数据库服务器6将监测数据发送至监测预警中心，本实用新型中，由至少为三套的监测装置1组成一路数据监测采集端口，其中，由三套相互并行的监测装置111、监测装置112和监测装置113组成第一路监测数据采集通道，三套监测装置分别并行输入至对应的综合处理单元211、综合处理单元212和综合处理单元213进行处理，第一路的监测数据依次通过线监测前置子系统交换机31、在线监测前置子系统服务器41在主站平台路由器5进汇集，再通过主站数据库服务器6将监测数据发送至监测预警中心，然后，再由三套并行的监测装置121、监测装置122和监测装置123组成第二路监测数据采集通道，此三套监测装置分别并行输入至对应的综合处理单元221、综合处理单元222和综合处理单元223进行处理，然后将处理的监测数依次通过线监测前置子系统交换机32在线监测前置子系统服务器42在主站平台路由器5进汇集，再通过主站数据库服务器6将监测数据发送至监测预警中心。

在本实用新型中，所述监测装置1输出端与综合处理单元2输入端通过光纤电缆相互连接，其信号回路可传输检测值、控制命令，所述综合处理单元2的主要作用包括：

(一)向监测装置1下发启停等控制命令；

(二)实现油中溶解气体检测信号就地数字化，并存储；

(三)上传采集到的监测数据，所述的综合处理单元5为4U式的IPC-610系列的工控机，采用IntelCOREⅡE73002GHz处理器，并承载视窗操作系统，此外，还可供变电站内的设备运维人员查询数据；

所述综合处理单元2输出端与在线监测前置子系统交换机3输入端通过有线电力综合数据网或APN无线GPRS专用网络相互连接，其信号回路可传输监测值、谱图、时间戳(采集、上传)及控制命令等，通信协议均在遵循和扩展IEC61850通信标准的基础定制；所述在线监测前置子系统交换机3在第一时间将各套监测装置的监测数据发送至远程监测预警中心的在线监测前置子系统服务器4，所述在线监测前置子系统交换机3为H3CS3600系列的交换机，支持基于VLAN的IPv4和IPv6标准访问控制列表(ACL)，支持报文DSCP/IP/TOS/COS优先级功能，支持多种模式的队列调度机制，支持多业务运行的QoS服务机制。

所述在线监测前置子系统交换机3输出端与在线监测前置子系统服务器4输入端通过双绞线相互连接，其信号回路可传输检测值、控制命令，所述在线监测前置子系统服务器4的主要作用包括：

(一)向综合处理单元2下发调取等控制命令；

(二)按多参数权重因子分析油中溶解气体波形的色谱峰位、峰形，计算峰移时间、峰宽，并比对指纹相似度，以最终过滤干扰数据、求解真实的油中溶解气体监测数据。

(三)存储、上传采集到的监测数据，所述在线监测前置子系统服务器4为HPProLiantDL388Gen9系列的2U机架式服务器，采用IntelE5系列处理器，并承载视窗操作系统，此外，还可供各监测子系统供应商的运维人员查询、调试。

所述主站平台路由器5输出端与主站数据库服务器6输入端通过双绞线电缆相互连接，其信号回路可传输各类监测数据，并可向在线监测前置子系统服务器4、综合处理单元2下发控制命令等，所述主站交换机7为H3CSR8800系列的路由器，支持基于VLAN的IPv4和IPv6标准访问控制列表(ACL)，并可通过分布式跨设备链路聚合技术，实现多条上行链路的负载分担和互为备份，在提高成套网络构架可靠性的基础上增加链路资源的利用率，适用于广域分布的监测数据通信。

所述主站数据库服务器6在第一时间存储各变电站上传的各种类型监测数据，并通过双绞线电缆分别连接监测预警中心的Web应用服务器7、操作员10、工程师站9，并可调取、查询、备份业务，所述主站数据库服务器6的主要作用包括：

(一)向在线监测前置子系统服务器4下发调取等控制命令；

(二)按照统一的CIM/GIS信息规范和编码方法为其他高级应用软件提供标准、统一、规范的各类数据交互服务接口。其编码方法与生产MIS一致，包括设备台帐参数编码、设备状态量编码、设备状态量值编码。

(三)诊断确认故障程度、性质等情况，求解高温过热、低温过热、高能放电、低能放电等故障类别；

(四)存储、分发采集到的监测数据，所述主站数据库服务器6为HP9000系列的服务器，采用的处理器缓存为一级1.5MB、二级64MB，硬盘为1TSCSI硬盘，四个内核处理器，并承载Linux服务器操作系统。

所述Web应用服务器7可按既定的访问权限为省级电网内的各级技术人员提供全网监测数据的相关查询业务，具体为各级技术人员在电力综合数据网内，通过HTTP协议连接Web应用服务器7而取得允许浏览权限内的数据，在送交数据到网页伺服器并且获取具体监测数据内容，主要内容包括：监测时间、设备名称、检测值(转换数据格式后的H₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆浓度以及微水含量)等，且相关数据定时刷新；所述Web应用服务器7为HPProLiantDL580系列的机架式服务器，采用的处理器缓存为一级1.5MB、二级64MB，硬盘为1TSATA硬盘，内核处理器为XeonE7-4820v2，并承载Linux服务器操作系统。

所述操作员站8可为监测预警中心工作人员提供全网监测数据的查询、诊断业务，主要展示内容包括：监测时间、设备名称、装置厂商、监测报告、数据对比、数据分析、数据列表、综合信息、当前状态、变化曲线图等。

所述操工程师站9可为监测预警中心的工程师、系统维护人员提供全网监测数据的查询、诊断业务,主要展示内容包括：监测时间、设备名称、设备过热或放电类型的援例推理识别结果、趋势图、三比值诊断结果、相对产气速率、报告、数据对比与分析结果、数据列表、当前状态、历史记录等。同时，监测预警中心的工程师、系统维护人员可通过工程师站9向电力综合数据网内的各监测子系统下发控制指令，升级在线监测前置子系统服务器4中的神经网络数据库。

结合图1和图2，本实用新型具体操作过程如下，

1)将本实用新型的一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统的3套监测装置1、综合处理单元部署于某500kV变电站中，并接入电源；其中3套监测装置1分别紧密安装于变电站中某主变A相、B相、C相本体的排油阀、回油阀处，油路密封循环；

2)安装于变压器本体的监测装置1检测设备内部的气体浓度信号，并经在线监测前置子系统交换机3归集后上传至在线监测前置子系统服务器4；

3)在线监测前置子系统服务器4对监测装置1上传的检测值进行分析、比对、过滤及存储；具体过滤是指在比对真实信号与干扰信号后，滤除与背景噪声相同或接近指纹的波形等。进而再通过对过滤后的真实检测信号初步诊断，得出是否存在绝缘缺陷的结果；具体缺陷类型有放电、过热等；

此外，油中溶解气体测值的对比分析包括基于时域变化的测值纵向对比和横向对比等，具体如下：

纵向对比：纵向比较同一监测传感器在不同时间段的测值变化情况，如氢气，测值在不同时期内平均值对比功能，在判别该设备放电缺陷程度中提供判断经验值；

横向对比：横向比较不同监测传感器在同一时间段的测值偏差功能，如一台变压器A、B、C三相的监测传感器在同一时期内平均值对比功能，在判别三相设备缺陷程度中提供判断经验值。

4).主站数据库服务器6向Web应用服务器7、操作员站8和工程师站9提供进行展示、存储、对比及分析处理的基础数据，处理后显示表征设备绝缘缺陷程度的监测值、谱图等，并提供给监测预警中心的工作人员、供电局设备运维人员及外部专家诊断该500kV三相分体式变压器的绝缘状况。此外,在监测预警中心的技术人员发现变压器设备存在产气速率突增等疑似设备故障的确凿表象时,将立即向设备供电局发布预警通知单；并要求及时排查设备异常。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本使用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统，其特征在于：包括若干路并行连接的前置采集单元，所述若干路并行的前置采集单元输出的数据通过双绞线传输至主站平台路由器(5)进行汇集处理，所述主站平台路由器(5)再通过双绞线上传至主站数据库服务器(6)，所述主站数据库服务器(6)还分别与Web应用服务器(7)、操作员站(8)和工程师站(9)进行通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统，其特征在于：所述前置采集单元包括监测装置(1)、综合处理单元(2)、若干路多通道输入口单通道输出口的在线监测前置子系统交换机(3)和在线监测前置子系统服务器(4)，其中，在线监测前置子系统交换机(3)的多通道输入口采集多套综合处理单元(2)的数据并进行汇集后，再通过在线监测前置子系统交换机(3)的单通道口输出至一套在线监测前置子系统服务器(4)，每一套综合处理单元都分别与一套监测装置(l)连接，所述在线监测前置子系统服务器(4)接收的数据通过双绞线传输至主站平台路由器(5)进行汇集处理。

3.根据权利要求2所述的一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统，其特征在于：所述监测装置(1)将采集到设备油中溶解气体监测数据，并通过双绞线或光纤电缆输入综合处理单元(2)，所述综合处理单元(2)通过有线电力综合数据网或无线GPRS网络将监测数据发送至在线监测前置子系统交换机(3)进行汇集处理。

4.根据权利要求2所述的一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统，其特征在于：所述监测装置(1)为MGA、TROM、ZF、SIM3LC-DGA或FMU-G系列的油中溶解气体在线监测装置。

5.根据权利要求2所述的一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统，其特征在于：所述综合处理单元(2)设置在变电站中，为iHVM2000、MDD3000、SIM3-SC或UDM系列的信息处理及转发装置，所述在线监测前置子系统交换机(3)为H3CS3600系列的交换机。

6.根据权利要求2所述的一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统，其特征在于：所述在线监测前置子系统服务器(4)为HPProLiantDL388Gen9。

7.根据权利要求1所述的一种井喷式油中溶解气体状态预警数据处理系统，其特征在于：所述主站平台路由器(5)为H3CSR8800系列的路由器，所述主站数据库服务器(6)为HP9000系列的服务器，所述Web应用服务器(7)为HPProLiantDL580Gen8系列的4U机架式服务器。