摘要：隨著電力系統體制改革的深入，變電站應實現無人值守。這樣變電站在運行過程中，必須建立一個安全的運行環境，對變電站各種設備的運行狀態及影響變電站安全運行的因素實現在線監測，使變電站實現"可控"、"在控"。該文詳細的介紹變電站安全預警系統的原理，并給出了為滿足各種用戶要求的系統結構。

　　關鍵詞：變電站 安全預警

　　1 概述

　　1.1 意義

　　隨著電力系統體制改革的深入，電力系統普遍開展了"減人增效"、"提高供電水平和供電質量"、"創一流企業"的工作。無論是減人增效還是創一流企業，變電站都涉及了一個核心任務：變電站應實現無人值守。

　　這樣，變電站必須解決以下幾個問題：

　　•如何保證設備運行的可靠性問題；

　　•如何解決變電站無人值守后的安全管理問題；

　　•如何實現無人值守變電站的遠程監視問題。

　　各種電壓等級的變電站在運行過程中，現場安全成了十分突出的問題，特別是火災、煙霧、非正常進入、電纜溝進水、小動物侵入電纜溝等關系到變電站安全運行的監控問題，靠操作隊人員的正常巡視難以實現，必須建立一個安全穩定的運行環境，對變電站各種設備的運行狀態及影響變電站安全運行的因素如：設備異常、火災、水災、過熱、絕緣狀況、局部放電等實現在線檢測，使故障信息能夠早期發現并得到及時處理，使成立后的操作隊運行人員實時掌握設備運行工況、解決操作隊巡視周期內的監控空白，加強對變電設備的監控。

　　無人值守變電站安全預警系統就是針對當前情況而開發的一整套使變電站安全運行的綜合系統。該系統把監控對象落實到每一監護設備，由微機綜合自動化系統負責電網的安全運行。變電站安全預警系統負責監視變電站的安全運行及環境狀況，實時監測變電站的運行環境，對變電站各種設備的運行狀態及影響變電站安全運行的因素如：環境溫度、濕度、設備異常、火災、水災、過熱、絕緣狀況、局部放電等實現在線監測。當有異常情況發生時，終端裝置采集到該實時信息后，立即記下此信息，進行校對、分析、處理，當確認為報警信號時，以聲和光的方式發出預警信息和報警信號，使故障信息能夠早期發現并得到及時處理，能夠給變電站的運行提供真正的安全保障。變電站安裝?quot;變電站安全預警系統"后，有效的實現了：

　　•將事故后報警改為事故前預警；

　　•將正常的3~4天一次的巡視變為24小時實時監控；

　　•將運行人員的現場目測巡視檢查變為自動化監視；

　　•將分散的巡視檢查變為集中監控；

　　•減輕了操作隊人員、車輛來回奔波的辛苦，解決了變電站，尤其是無人值守變電站變電設備安全運行如何實現可控、在控的問題，從而使變電站完全具備了無人值守的要求，操作隊成為了真正意義上的監控中心。

　　1.2 系統組成

　　"變電站安全預警系統" 由變電站安全預警終端、變電站安全預警主站（包括服務器、安全預警系統顯示屏）組成。安全預警終端主要完成實時數據的采集、判斷和處理，將處理結果由通信網絡發送至變電站運行監控中心（或變電站操作隊），安全預警終端應安裝在變電站中。安全預警服務器對安全預警終端上傳的數據進行處理。如果出現報警故障，則要求安全預警終端和安全預警服務器都要進行報警，安全預警服務器還要能記錄報警類型和時間，以便查詢、分析，能與運行工作站、調度、自動裝置等進行通信。安全預警服務器可安裝在調度所、操作隊等處，其數據應在整個電力部門通信網絡內共享。安全預警系統顯示屏主要完成故障顯示，可聲光報警，使運行監控人員能夠非常明顯的看到事故發生地點及類型。

　　"變電站安全預警系統"結構非常靈活，安全預警系統可以獨立組成系統，也可以和電網調度自動化（SCADA）系統集成，或者和遠程監控系統集成。其系統結構圖如圖1所示[4]。

　　（1）調度中心到操作隊數據傳輸方式可以為以太網TCP/IP協議或RS232轉發。

　　（2）從終端到調度中心的傳輸通道可以是：光纖、載波通道、專線。

　　（3）變電站安全預警終端，可以通過RS232接口單獨使用；可以與變電站的RTU配合使用，與RTU集中組屏，將報警信號通過RTU轉發給調度主站，實施報警，這樣可不占用信號傳輸通道。

  

　　2 無人值守變電站安全預警主站YJ2000

　　2.1 體系結構[4]

　　無人值守變電站安全預警主站系統YJ2000，是基于客戶機/服務器體系結構的開放式系統。服務器系統的基本任務是數據維護和數據處理，并響應客戶機的請求向客戶機傳送格式化的數據信息。客戶機系統則負責提供用戶界面，如圖形、聲音、動畫等。YJ2000的服務器是功能服務器，不同于傳統的文件服務器，在功能服務器上可同時運行各種功能軟件。服務器系統和客戶機系統可以運行在各自的硬件平臺上，也可以運行在同一臺機器上，服務器和客戶機通過網絡進行數據交換。

　　2.2 硬件平臺

　　無人值守變電站安全預警系統主站系統在硬件上應由服務器、前置機、客戶機、通道柜、大屏幕顯示屏組成。

　　服務器是YJ2000安全預警主站系統的核心。前置機完成系統和現場數據的接口任務。系統其他各種工作站均是客戶機，根據需要可以配備多臺。

　　系統服務器可選用一般微機或專用服務器，CPU 為Pentium III 450 MHz以上，內存不少于64 M(最好128M)，硬盤4.3 GB以上。系統客戶機，可選用能運行Windows NT或Win95/98的微機或者RISC工程工作站，推薦選配100 MHz以上CPU，內存不少于32 M，硬盤1.2 GB以上。

　　2.3 軟件平臺

　　YJ2000安全預警主站系統以Windows NT操作系統作為網絡運行平臺，以商用數據庫系統作為系統的數據庫平臺。理論上，用戶可以選擇使用MS SQL Server、Sybase、Oracle、Foxpro等任何一種數據庫系統，但是從性能價格比和易維護性等多種因素綜合考慮，推薦使用MS SQL Server Version 7.0以上版本。系統服務器應安裝MS SQL Server 數據庫管理系統。

　　2.4 系統軟件主要功能

　　數據采集與處理、語音報警、推畫面報警、報警信息記錄、實時畫面顯示、歷史記錄查詢、數據庫分權限管理，與SCADA/EMS等接口功能。

　　3 安全預警終端

　　3.1 原理框圖[2]

　　見圖2。

  

　　3.2 功能與指標

　　數據采集和處理功能：遙測量采集（YC）（室內溫、濕度，電纜溫度等）；遙信量采集（YX）（非法入院、非法入室、門禁、電纜溝小動物入侵、電纜溝進水；煙霧、明火、空調異常報警等）。

　　檢測功能：空調運行狀態、設備絕緣在線監測，設備運行狀態監測等。

　　報警功能：超限報警；異常報警；報警方式：聲、光、語音、歷史記錄存儲。

　　預警功能：模糊智能判斷，多重報警，消除誤報。

　　故障定位功能：可對各種故障進行定位。

　　控制輸出：可控制報警音箱和警示燈電源；探測器直流電源；交流接觸器電源。

　　開關量輸入：2路；模擬量輸入：4路；開關量輸出：3路。

　　通信：3個RS232口，1個RS485口；波特率600~4800 bit/s可選；通信規約：部頒CDT。

　　通道：電力載波、光纖、電纜等。

　　溫度測量范圍：-25～80 ℃；濕度測量范圍：10%～99%。

　　非法入院探測器最大探測距離：30、60、90m（三種選擇）；非法入室探測器最大探測距離：10 m，視角：110啊 26埃幻骰鹛講餛魈講餼嗬耄 10 m（火焰高度≥7 cm），探測角度120埃謊濤硤講餛鞅ň?ǘ齲 3%～4%（減光度）；水位探測器報警高度：≥50 mm。

　　測量精度：溫度：±1 ℃；濕度：±10%；事件分辯率：≤30 ms；遙測刷新率：≤3 s。

　　3.3 模擬量采集(YC)

　　將傳感器輸出的信號經過濾波、采樣保持、多路開關選擇通道、信號放大后采集，再進行數字濾波，通過查表后，算出測量值，進行上傳或顯示。測量電路如圖3所示。

  

　　3.4 遙信測量(YX)

　　YX輸入采用光電耦合芯片進行隔離，以免外部干擾的串入，原理如圖4所示。

  

　　外部YX輸入需要一對常開或常閉的開關輔助空接點，無人值守變電站安全預警終端裝置提供12 V隔離供電電源，CPU對YX的掃描時間為150 ms，并加有軟件去抖動算法。

　　3.5 遙控或空接點輸出(YK)

　　有兩種功能：一是遙控或控制警示燈、排氣扇等，二是提供空接點輸出。邏輯框圖如圖5所示。

  

　　3.6 串口通訊[1][3]

　　波特率：（600，1200，2400，4800）可選擇。

　　數據格式：數據位8位，起始位1位，停止位1位，無校驗，二進制碼。

　　串行口按部頒CDT規約發送遙信、遙測數據（16進制），每秒鐘發送一次報文，定義如下。

　　3.6.1 遙信

　　遙信內容包括非法入院、非法入室、煙霧、火災、水災、空調等，若有其他內容，另行說明。其中EB90EB90EB90為同步頭，71F4……為控制字。詳細說明如下。

　　0EBH、90H、0EBH、90H、0EBH、90H、71H、0F4H、01H、00H、01H、BCH碼、0F0H、DATA1、DATA2、DATA3、DATA4、BCH碼。

　　DATA的Bit7~Bit0為報警位，0表示正常，1表示報警。

　　3.6.2 遙測

　　遙測內容包括溫度測量和濕度測量，若有其他測量，另行說明。EB90EB90EB90為同步頭，7161 ……為控制字。現舉一幀報文詳細說明如下。

　　0EBH、90H、0EBH、90H、0EBH、90H、71H、61H、02H、00H、01H、BCH碼、00H、DL1、DH1、DL2、DH2、BCH碼、01H、DL3、DH3、DL4、DH4、BCH碼

　　其中，00，01為發送序號。DN為數據，它由DL和DH兩部分組成。

　　DL1 ：室外溫度低8位 DH1 ：室外溫度高8位

　　DL2 ：室內溫度低8位 DH2 ：室內溫度高8位

　　DL3 ：室外濕度低8位 DH3 ：室外濕度高8位

　　DL4 ：室內濕度低8位 DH4 ：室內濕度高8位

　　4 結束語

　　目前，我國的變電站安全預警系統仍處于起始階段，但各電力企業都認識到了該系統的重要性，正在加大使用力度。但對于變電站設備來說，其可靠性設計技術和相關的應用技術仍需作大量工作，尤其應將安全預警系統和圖像監控系統集成，形成變電站安全預警監視系統，使該系統進入一個全新的新技術階段。另外，為了適應電力系統體制改革的需要，在安全預警的基礎上，要增加變電站設備巡檢系統、電纜溫度監測系統、高壓電器溫升監測系統、微機五防系統等，在供電公司中建立新的中心--變電站安全運行集中監控中心。