CN101216709A - 客户配网自动化远程实时监控*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及客户配网自动化远程实时监控***。它通过主网或备用网络，对至少一中低压变电站的电力设备进行远程实时监控，该***包括：一集控中心，和通过所述网络与该集控中心进行通信连接的若干子站端。其主要优点是：采用在子站端建立一套自动化管理***并通过网络和集控中心通信连接的管理方式由集控中心统一对客户变电站进行实时监控，保证客户变电站无人值守时安全运行，形成一自动化监控***，解决了目前国内变电站自动化远程监控***因其投资大、通讯要求高只局限于在电网主网架上大型变电站使用，一般中低压用户小型变电站因资金和技术原因还无法实现自动化远程监控的空白，为电力大用户实行社会化专业运行和维护奠定了技术基础。

Description

客户配网自动化远程实时监控***
技术领域
本发明涉及电力设备的监控***，尤其涉及中低压变电站配网自动化实时远程监控***。
背景技术
随着国民经济的高速发展，大容量电力用户的数量也在急剧增加。目前这些大容量用户在本企业内设置的中低压变电站配电***设备的运行和维护水平十分薄弱。大多采用人工值班的形式进行管理，而运行维护人员缺乏实践经验和专业知识略或还有责任心不强等多方面因素，易造成变电站设备故障，事故时有发生，因此很难满足企业安全、可靠、经济的用电需求。
另一方面，人工维护企业变电站***运行的费用较高，为降低成本，企业往往会雇佣一些身兼多职的电工管理企业的变电站。这样实际造成后果往往是，该电工所管理的每一家企业变电站都无法真正管好的问题，给企业和个人带来了很大的安全隐患和损失。
此外，企业配电设备的故障和人员的误操作事故也对电网的安全运行带来了威胁。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术之不足，设计一种能对企业(客户)变电站进行实时监控管理并可靠有效地实现无人值守的一种中低压变电站配网自动化实时远程监控***，它通过以下技术方案来实现：
通过主网络或备用网络及对应网络设备，对至少一中低压变电站的电力设备进行远程实时监控，该***包括：一集控中心，和通过所述网络与该集控中心进行通信连接的若干子站端，
所述子站端包含：
若干采集模块，通过接线端子及数据总线采集所述电力设备的遥信、遥测信息，并通过数据总线将所述信息上传至对应客户站服务器，同时通过接线端子向所述电力设备传输由客户站服务器或集控中心发出的遥控、遥调信息及问询信号；
若干控制模块，通过数据总线接收由所述客户站服务器或集控中心发出的遥控、遥调信息，并根据该遥控、遥调信息对相应电力设备进行控制和调节；
若干视频摄像机，通过接线端子将监控所述电力设备周遭环境的视频信息上传至对应客户站服务器，同时通过接线端子及数据总线向所述视频摄像机传输由客户站服务器或集控中心发出的遥控、遥调信息；
一GPS设备，通过串行口向对应客户站服务器传递GPS数据，再经客户站服务器向电力设备发送同步时间信息；
至少一客户站服务器，向所述采集模块发出遥测、遥信采集命令，向所述视频摄像机发出遥控指令，接收和处理由采集模块和视频摄像机上传的信息，并通过所述网络向集控中心上传该信息，同时转发集控中心向所述控制模块、视频摄像机发出的遥控、遥调信息；
和若干电力设备；
所述集控中心包含：
至少一台主服务器，通过所述网络接收和处理由客户站服务器上传的信息，根据处理结果通过所述网络向对应客户站服务器发出所述遥控、遥调信息、问询信号、同步信息，并通过数据线，向监视机输出监控画面；
一GPS设备，通过串行口向所述主服务器传递GPS数据，再经主服务器向子站端发送同步时间信息；
若干监视机，通过数据线连接所述主服务器，显示该子站端上传的监控数据和视频信息，并通过数据线向所述主服务器发出下发指令；
所述主网络和备用网络分别指VPN专业网络和公共网络。
所述主网络和备用网络所对应的网络设备是指分别与所述子站端客户站服务器和集控中心主服务器连接的多路径路由器及分别与上述多路径路由器连接的VPN光缆交换机、GPRS/CDMA无线通信装置和公共路由器。
所述GPRS/CDMA无线通信装置包括电源、天线、GPRS/CDMA模块、MOS管理芯片、微处理器、存储器、***电源管理模块、串口电平转换芯片、串口信号输入输出芯片，所述GPRS/CDMA模块的输入端与天线连接，其输出端连接微处理器的输出端，串口电平转换芯片的输入端连接微处理器的输出端，其输出端连接串口信号输入输出芯片的输入端，GPRS/CDMA电源通过开关键向MOS管理芯片和GPRS/CDMA模块输出电源，MOS管理芯片和***电源管理模块的输出端连接微处理器的输入端，存储器连接微处理器输入/输出端口。
所述GPS设备包括GPS授时天线、低噪声放大电路、滤波器、射频前端电路、GPS基带数据处理器、处理器时钟发生器、微处理器、电源管理模块、存储单元、经纬度数据差分运算单元、GPS数据实时显示单元，所述低噪声放大电路的输入端连接GPS授时天线，其对应输出端与射频前端电路连接，GPS基带数据处理器的输入端连接低噪声放大电路和射频前端电路的对应输出端，其输出端通过串行口数据接收器连接微处理器对应输入端口，GPS基带数据处理器与微处理器对应输入端连接，存储单元、GPS数据实时显示单元与微处理器输入/输出端口连接，电源管理模块向低噪声放大电路、GPS基带数据处理器、串口数据接收器、微处理器和GPS数据实时显示单元提供对应电源。
所述集控中心的SCADA主服务器采用冗余形式。
本发明的有益效果是：1)目前国内变电站的自动化远程监控***因其投资大、通讯要求高而只局限于在电网主网架上的大型变电站使用，一般的中低压用户小型变电站因资金和技术原因还无法实现自动化远程监控，本发明填补了这一空白，通过这一技术平台可以对各电力用户的配电***实行集中专业化远程监控运行，为电力大用户实行社会化专业运行和维护奠定了技术基础。2)本发明采用二级运行管理方式，即在子站端(客户变电站)独立建立一套主子站自动化管理***通过网络和集控中心通信连接，由集控中心统一对客户变电站进行实时监控，保证客户变电站无人值守地安全运行，并具有遥测、遥信、遥控、遥调、管理等所有功能，成为一个完全独立的自动化监控***，为变电站设备的正常运行和故障的及时处理提供了可靠的保障，为客户避免不必要的损失。3)集控中心配备专业人员24小时配合客户工作，并对客户变电站设备实行24小远程监控，既保证了客户电气设备运行在最佳状态，延长其使用寿命，又大大降低了客户维护成本。4)本发明的主站端和集控中心之间采用光纤通信、VPN专业网络、TCP/IP协议，形成一个内运行对外封闭独立的通讯专网，保障数据通讯和数据安全。5)本发明针对各数据采集和控制采用分布式控制技术，使***运算速度快，可靠性高，同时，避免了***内部和人为操作的不安全因素。6)GPS卫星时钟***；可提供正确有效卫星时间，对被监视终端的设备进行对时使设备运行时钟正确可靠，同时客户变电站出现异样情况或故障抢修时可通过GPS和GIS***在第一时间里到达现场，减少因道路不熟时间延误而带来的损失。7)本发明通过视频监控，有效地防止小动物及无关人员的闯入对变电站造成的威胁，同时还可以对现场设备开关运行状态进行实时观察确保***状态和实际状态的一致性，从而避免不必要的事故发生。
附图说明
图1是本发明***的结构示意图。
图2是GPRS/CDMA无线通信装置的结构示意图。
图3是GPS设备的结构示意图。
图4客户服务器数据处理流程图。
图5主服务器流程图。
具体实施方式
对照图1，本发明***由一集控中心和多个子站端组成，多个子站端与集控中心之间通过各自的路由器、VPN光缆交换机、光缆线及主网络——VPN专业网络进行通信连接，数据在一个对外封闭且独立的网络内传输，数据通信采用TCP/IP协议，保障数据通讯和数据安全。同时为确保网络通信的可靠性，集控中心和各个子站端的通信连接还可通过GPRS/CDMA无线通信装置、公共网络等备用网络进行数据通信。子站端与集控中心的路由器通过数据总线分别与客户站服务器和主服务连接。
本实施例的子站端与集控中心都采用VIGOPRO5500型多路径路由器。其中子站端多路径路由器与主网络设备(VPN光缆交换机)、备用网络设备(GPRS/CDMA无线通信装置和公共路由器)连接，可以通过多种通信方式将客户服务器采集的监控数据和视频信息转发至集控中心对应的网络接收设备。同时接收和转发集控中心通过网络下发的遥控、遥调信息、问询信息和同步信息。而集控中心多路径路由器与主网络、备用网络设备连接，可以通过多种通信方式将主服务器接收到监控机下发的遥控、遥调信息、问询信息和同步信息转发至子站端对应的网络接收设备，同时接收和转发子站通过网络上传的监控数据和视频信息。
GPRS/CDMA无线通信装置的结构示意图见图2。它主要由GPRS/CDMA电源、天线、GPRS/CDMA模块、MOS管理芯片、ATMEGA128L处理器、E2PROM存储器、***电源管理模块、串口电平转换芯片、串口信号输入输出芯片组成。GPRS/CDMA模块的输入端与天线连接，其输出端连接ATMEGA128L处理器的输出端，串口电平转换芯片的输入端连接ATMEGA128L处理器的输出端，其输出端连接串口信号输入输出芯片的输入端，GPRS/CDMA电源通过开关键向MOS管理芯片和GPRS/CDMA模块输出电源，MOS管理芯片和***电源管理模块的输出端连接ATMEGA128L处理器的输入端，E2PROM存储器连接ATMEGA128L处理器输入/输出端口。
该无线通信装置工作时，其下行的工作流程是：无线信号通过接收天线传递给GPRS/CDMA通信模块，GPRS/CDMA通信模块对无线信号进行调制解调输出数字信号，数字信号经串行口传递至微处理器，微处理器将处理信息经串口电平转换芯片向串口信号输入芯片输出数据，同时向存储器存储数据。其上行工作流程是：微处理器接收和处理串行口接收的数据，保存至存储器，经过数据线传递至GPRS/CDMA通信模块，通信模块对数据调制解调，向天线发送无线信号完成数据无线通信。
在上述的GPRS/CDMA无线通信装置中，采用：RT9287-4.0VGPRS/CDMA电源，SF-800授时天线；SIM300-GPRS/CDMA模块；IRF9953-MOS管理芯片；ATMEGA128L微处理器、AT24WC64-E2PROM存储器、LM2596***电源管理模块、MAX3232串口电平转换芯片、DB9接口串口信号输入输出芯片。
每一子站端即客户变电站主要由若干采集模块、控制模块和视频摄像机、客户服务器和电力设备组成。
各种采集模块用于采集电力设备上的各种物理量。在本实施例中，采用了PMAC600B/H、PMAC720、PMAC9900E遥测综合模块，它们集成了电流采集模块、电压采集模块、有功功率采集模块、无功功率采集模块、频率采集模块，此外PMAC720/PMAC9900E还集成了超温报警、故障信号、过流、过压报警信息采集功能。PMAC303模块主要用于开关、断路器的状态量的采集即遥信采集，PMAC303同时具备故障信号、过流、过压报警、保护信号等相关遥信采集功能。这些采集模块通过接线端子连接对应电力设备，以此采集对应电力设备的遥信、遥测信息，并通过数据总线将该信息上传至对应客户站数据服务器，同时通过接线端子向所述电力设备传输由客户站数据服务器或集控中心发出的遥控信息、遥调信息、问询信号。
各种控制模块用于对相应电力设备进行控制。本实施例中，采用了PMAC302控制模块，控制各类开关、断路器的闭合、断开操作。这些控制模块通过接线端子及数据总线连接客户站数据服务器，用以接收客户站数据服务器或集控中心主服务器发出的遥控、遥调信息，并根据该遥控、遥调信息对对应电力设备进行相应的控制和调节。
电力设备包括变压器、电容器、电容补偿柜、计量柜、断路器、开关、母线、进/出线等。
本实施例中，采用多个视频摄像机对客户变电站周遭环境进行监测，防止小动物及无关人员的闯入对变电站造成的威胁，同时还可以对现场设备开关运行状态进行实时观察确保***状态和实际状态的一致性。这些视频摄像机通过接线端子将客户变电站周遭环境的视频信息上传至对应客户站数据服务器，同时通过接线端子向所述视频摄像机传输由客户站数据服务器或集控中心发出的遥控信息、遥调信息，以控制调整视频摄像机摄像角度和范围。
客户服务器采用IBM xSeries345/335双核至强专业服务器。该客户服务器向所述采集模块和/或监控设备发出遥测、遥信采集命令，接收和处理由采集模块和监控设备上传的信息，并通过所述网络向集控中心上传该信息，同时转发SCADA主服务器向所述采集模块和/或监控设备发出的遥控、遥调信息；
一GPS设备通过串行口与对应客户站服务器连接，用以传递GPS数据，再经客户站服务器向电力设备发送同步时间信息。
图3是GPS设备的结构简图。它主要由GPS授时天线、低噪声放大电路、滤波器、射频前端电路、GPS基带数据处理器、处理器时钟发生器、微处理器、电源管理模块、存储单元、GPS数据实时显示单元组成。GPS授时天线连接在低噪声放大电路的输入端，射频前端电路连接在低噪声放大电路的对应输出端，GPS基带数据处理器的输入端连接低噪声放大电路和射频前端电路的对应输出端，其输出端通过串行口数据接收器连接微处理器对应输入端口，GPS基带数据处理器与微处理器对应输入端连接，存储单元、GPS数据实时显示单元与微处理器输入/输出端口连接，电源管理模块向低噪声放大电路、GPS基带数据处理器、串口数据接收器、GPS数据实时显示单元提供对应电源。
无线信号通过GPS授时天线经过低噪声放大电路进行信号放大处理，信号通过滤波器完成信号的滤波，传递至射频前端电路完成信号的调制解调，再将数字信号传递GPS基带数据处理器进行GPS数据解析，通过串口数据处理器向微处理器传递数据，微处理器进行经纬度数据差分运算，调用GPS数据显示单元完成GPS数据显示，同时将数据保存至存储单元。处理器时钟发生器完成微处理器的时钟同步。
在上述的GPS设备中，采用：SF-800GPS授时天线、RT8015/LM1117电源管理模块、32位的S3C2410微处理器、ARM7DTMGPS基带数据处理器、32.768KHz处理器时钟发生器、K9F1208V存储单元、3.5英寸LTV350QV-F0ETFT LCD GPS数据实时显示单元。而滤波器则是普通滤波电路、低噪声放大电路则是普通信号放大电路，射频前端电路则是普通的调制解调电路。
本实施例集控中心主要由主服务器、一GPS设备、大屏幕监视器和若干监视机组成，主服务器的输出端通过数据总线连接GPS设备、监视机和大屏幕监视器。其中的GPS设备与上述子站端所用的相同。
本实施例的主服务器采用SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition数据采集与监控***)主服务器，并采用双SCADA主服务器的冗余形式，以确保其可靠性。它通过网络接收和处理由客户站服务器上传的信息，根据处理结果通过所述网络向对应客户站服务器发出所述遥控信息、遥调信息、问询信号、同步信息，并通过数据线，向监视机输出监控画面。
本实施例的监视机是包含一主机、显示器、键盘的一台电脑。它通过数据线与SCADA主服务器的连接。一方面显示子站端发出的视频信息，一方面通过监视机的输入设备——键盘及数据线向SCADA主服务器发出指令。
本发明***工作时，其子站端和集控中心的GPS设备分别向客户站服务器和主服务器提供GPS数据，GPS数据包含时间、经纬度、高度等相关数据信息。客户站服务器和主服务器接收和处理GPS数据，提取时间相关信息，分别向对应串口服务器发送时间同步命令，使整个***保持较高精度的时间同步。
本发明***在工作中，客户站服务器的对数据处理的程序如图4，而集控中心的主服务器的工作流程如图5。它以轮询的方式向串口服务器下发采集命令，以对电力设备进行遥信、遥测。该采集命令包含了采集模块的地址和具体命令。串口服务器将以广播的方式通过总线向采集模块转发。采集模块接收到采集命令后将与自身的地址作比较，属于自身的命令则解析采集命令，从采集命令特指的寄存器读取寄存器数据并按照协议返回寄存器数据。串口服务器接收到采集模块的数据后传递给客户站服务器，客户站服务器完成数据的解析工作，将解析结果更新实时数据库，并保存至历史数据库。同时根据解析结果，向控制模块发出遥控、遥调信息和询问信号，使控制模块根据该遥控信息、遥调信息对相应电力设备进行控制和调节，使电力设备保持正常状态。客户站服务器还将上述解析结果转发至集控中心服务器。
视频摄像机主动把图像数据是通过视频服务器上传至客户站服务器，视频服务器接收和处理视频数据，并处理报警信息。客户站服务器同时要完成数据的限制报警处理，若解析的数据超出其特定的范围值，将进行报警处理操作，如：推动报警画面、播放报警声音文件、记录报警状态等，并把视频和报警信息上传至集控中心。
与此同时，客户站服务器还要转发集控中心下发的命令。若接收到集控中心下发命令，则进行命令解析工作并通过串口服务器由控制模块执行该命令，并将转发结果和执行情况反馈至集控中心。若是问询命令，客户站服务器则把自身的运行状态信息上传至集控中心。
客户站服务器接收、转发数据是通过多路经路由器来控制的，若主网络VPN通信正常则以主网络为主进行数据传输，若主网络通信不正常，则启动备用网络进行数据通信。
而集控中心的主服务器则负责命令的下发和对客户站数据的接收和处理。图5是该主服务器的流程图。集控中心的多个监控机是按照不同的操作等级向主服务器下发指令，主要对指令和操作等级进行严格控制，满足要求的操作则发送指令至对应的客户站，并记录指令的产生者和指令内容，同时等待处理客户站对下发指令的执行情况，并保存执行情况。客户站则不间断的向集控中心转发数据，集控将进行数据解析和处理，若产生报警则进行报警处理，如推动报警画面、播放报警声音。与此同时，主服务器按照监控机的操作等级和权限向其分发数据。
下面以电力设备变压器为例说明***工作过程：
随着负荷的增加，变压器的温度和电流也将增加，若变压器温度和电流超出安全运行设定值，变压器本身将自动产生温度和电流报警信息，该信息经接线端子传递至采集模块，采集模块接收温度报警信号，采集模块的状态位将发生变位，即采集模块的相应的寄存器地址值会修改为1，(正常为0)发生变位报警。客户站以轮询的方式查询和读取采集模块的寄存器状态和寄存器值，若采集到报警信息，则从数据库读取报警寄存器对应的报警名称信息(包括产生报警的子站名称、线路名称、回路名称等)，更新客户站数据服务器的实时数据库，若该报警变量需要显示报警画面，则根据报警名称信息定位至报警变量所在的画面，并以红颜色闪烁表示报警。若该变量需要播放报警声音，则根据配置播放报警声音文件。客户站数据服务器处理完报警数据之后，需保存至历史数据库，同时向集控中心转发该报警信息。集控中心接收到客户站的报警数据后，主服务器将对报警信息处理，即更新实时数据库的变量报警状态，显示报警画面，播放报警声音，保存至历史数据库，向监控机转发报警信息。监控机可以监视报警信息的发生时间、报警信息发生地方，报警信息类型，并根据报警等级，实施不同的操作。监控人员根据报警类型可以下发不同的报警处理命令，如解除报警、确认报警、断开超负荷开关等。主服务器接收监控机下发的遥控命令后，首先检测下发命令的合法性，满足操作权限范围的将解析遥控遥控命令，并下发对应的子站端客户站服务器，该服务器将解析命令的目的地址通过串口服务器转发到控制模块，控制模块改变状态寄存器值，产生控制信号，完成控制操作，并把执行结果返回。
这样，集控中心统一对客户变电站进行实时监控，并具有遥测、遥信、遥控、遥调、管理等所有功能，保证客户变电站无人值守地安全运行，成为一个完全独立的自动化监控***，为变电站设备的正常运行和故障的及时处理提供了可靠的保障。同时GPS卫星时钟***；可提供正确有效卫星时间，对被监视终端的设备进行对时使设备运行时钟正确可靠，同时客户变电站出现异样情况或故障抢修时可通过GPS和GIS***在第一时间里到达现场，减少因道路不熟延误时间而带来的损失，以使客户的损失降到最低。

Claims (6)

1.客户配网自动化远程实时监控***，其特征在于通过主网或备用网络及对应网络设备，对至少一中低压变电站的电力设备进行远程实时监控，该***包括：一集控中心，和通过所述网络与该集控中心进行通信连接的若干子站端，
所述子站端包含：
若干采集模块，通过接线端子及数据总线采集所述电力设备的遥信、遥测信息，并通过数据总线将所述信息上传至对应客户站服务器，同时通过接线端子向所述电力设备传输由客户站服务器或集控中心发出的遥控、遥调信息及问询信号；
若干控制模块，通过数据总线接收由所述客户站服务器或集控中心发出的遥控、遥调信息，并根据该遥控、遥调信息对相应电力设备进行控制和调节；
若干视频摄像机，通过接线端子将监控所述电力设备周遭环境的视频信息上传至对应客户站服务器，同时通过接线端子及数据总线向所述视频摄像机传输由客户站服务器或集控中心发出的遥控、遥调信息；
一GPS设备，通过串行口向对应客户站服务器传递GPS数据，再经客户站服务器向电力设备发送同步时间信息；
至少一客户站服务器，向所述采集模块发出遥测、遥信采集命令，向所述视频摄像机发出遥控指令，接收和处理由采集模块和视频摄像机上传的信息，并通过所述网络向集控中心上传该信息，同时转发集控中心向所述控制模块、视频摄像机发出的遥控、遥调信息；
和若干电力设备；
所述集控中心包含：
至少一台主服务器，通过所述网络接收和处理由客户站服务器上传的信息，根据处理结果通过所述网络向对应客户站服务器发出所述遥控、遥调信息、问询信号、同步信息，并通过数据线，向监视机输出监控画面；
一GPS设备，通过串行口向所述主服务器传递GPS数据，再经主服务器向子站端发送同步时间信息；
若干监视机，通过数据线连接所述主服务器，显示该子站端上传的监控数据和视频信息，并通过数据线向所述主服务器下发指令。
2.根据权利要求1所述的客户配网自动化远程实时监控***，其特征在于所述主网络和备用网络分别指VPN专业网络和公共网络。
3.根据权利要求1所述的客户配网自动化远程实时监控***，其特征在于所述主网络和备用网络所对应的网络设备是分别与所述子站端客户站服务器和集控中心主服务器连接的多路径路由器及分别上述多路径路由器连接的VPN光缆交换机、GPRS/CDMA无线通信装置和公共路由器。
4.根据权利要求3所述的客户配网自动化远程实时监控***，其特征在于所述GPRS/CDMA无线通信装置包括电源、天线、GPRS/CDMA模块、MOS管理芯片、微处理器、存储器、***电源管理模块、串口电平转换芯片、串口信号输入输出芯片，所述GPRS/CDMA模块的输入端与天线连接，其输出端连接微处理器的输出端，串口电平转换芯片的输入端连接微处理器的输出端，其输出端连接串口信号输入输出芯片的输入端，GPRS/CDMA电源通过开关键向MOS管理芯片和GPRS/CDMA模块输出电源，MOS管理芯片和***电源管理模块的输出端连接微处理器的输入端，存储器连接微处理器输入/输出端口。
5.根据权利要求1所述的客户配网自动化远程实时监控***，其特征在于所述GPS设备包括GPS授时天线、低噪声放大电路、滤波器、射频前端电路、GPS基带数据处理器、处理器时钟发生器、微处理器、电源管理模块、存储单元、经纬度数据差分运算单元、GPS数据实时显示单元，所述低噪声放大电路的输入端连接GPS授时天线，其对应输出端与射频前端电路连接，GPS基带数据处理器的输入端连接低噪声放大电路和射频前端电路的对应输出端，其输出端通过串行口数据接收器连接微处理器对应输入端口，GPS基带数据处理器与微处理器对应输入端连接，存储单元、GPS数据实时显示单元与微处理器输入/输出端口连接，电源管理模块向低噪声放大电路、GPS基带数据处理器、串口数据接收器、微处理器和GPS数据实时显示单元提供对应电源。
6.根据权利要求1所述的客户配网自动化远程实时监控***，其特征在于所述集控中心的SCADA主服务器采用冗余形式。
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