CN214674537U - 一种智能化控制的变电站监控平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能化控制的变电站监控平台，包括平台单元、网络单元和感知单元，所述平台单元包括应用模块和管理模块，且应用模块通过数据信号与管理模块电性连接，所述感知单元包括数据汇聚模块和传感器模块，且数据汇聚模块与传感器模块电性连接。本实用新型将物联网技术和变电站设备管控工作相结合，实现设备状态量、电气量、环境量的实时监测，能够有效的保障电力设备的安全可靠，采用集电气及机械“五防”于一体的自适应一键顺控操作的方式，有效解决现场误操作的可能性。

Description

一种智能化控制的变电站监控平台

技术领域

本实用新型涉及变电站监控技术领域，具体涉及一种智能化控制的变电站监控平台。

背景技术

电力物联网通讯网络传输手段分为有线通信和无线通信两大类其中，有线通讯是以光纤为主要通信方式，其应用多以远距离层级为主，并不适合在变电站内大规模应用。无线网络随着集成电路与传感器等关键技术的突破而飞速发展，越来越显示出成本低、能耗低、自组织等优点，在军事、智能家居、生态环境、工农业监测以及医疗等领域得到了充分的引用，并发展迅猛，因此成为了电力物联网通讯网络的新型研究方向。

但是，基于物联网的无线通信模式在变电站内复杂的电磁辐射环境下，易受到千扰，其安全性可能降低，数据传输的可靠性不能保证；同时变电站中生产信息数量庞大，以及管控平台对数据进行处理并不及时，缺乏一体化管控的网络平台结构，很可能造成网络拥堵甚至酿成重大事故。

实用新型内容

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种智能化控制的变电站监控平台，以解决基于物联网的无线通信模式在变电站内复杂的电磁辐射环境下，易受到千扰，其安全性可能降低，数据传输的可靠性不能保证；同时变电站中生产信息数量庞大，以及管控平台对数据进行处理并不及时，缺乏一体化管控的网络平台结构，很可能造成网络拥堵甚至酿成重大事故的问题。

为实现上述目的，提供一种智能化控制的变电站监控平台，包括平台单元、网络单元和感知单元，所述平台单元包括应用模块和管理模块，且应用模块通过数据信号与管理模块电性连接，管理模块与网络单元内部设置的接入网关连接，网络单元包括接入网关、接入控制器和网络服务器，且接入网关通过电性连接有接入控制器，且接入控制器通过网络服务器传输的信号与数据汇聚模块连通；

所述感知单元包括数据汇聚模块和传感器模块，且数据汇聚模块与传感器模块电性连接。

优选的，所述应用模块包括多组平台单元应用模块和物联网服务终端，且多组用户终端和物联网服务终端并联后与管理模块连接，管理模块为物联网管理服务器。

优选的，所述网络服务器传输的信号为电力光纤网信号、电力专网信号以及电力APN信号，且网络服务器与数据汇聚模块内部设置的多组接入节点终端连通。

优选的，所述数据汇聚模块包括接入节点终端和汇聚节点终端，且接入节点终端与汇聚节点终端电性连接，并且汇聚节点终端与传感器模块内部设置的不同传感器电性连接。

优选的，所述传感器模块包括微功率传感器、低功耗传感器和有线传感器，且微功率传感器、低功耗传感器和有线传感器与汇聚节点终端链状分布电性连接，同时微功率传感器、低功耗传感器和有线传感器直接单点接入方式接入节点终端。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型将物联网技术和变电站设备管控工作相结合，实现设备状态量、电气量、环境量的实时监测，能够有效的保障电力设备的安全可靠，将繁琐、重复、易失误的传统操作流程转变为操作项目软件预制、操作任务模块化、设备状态自动识别、防误连锁智能校核、操作步骤一键启动、操作过程自动顺序执行的自动控制模式。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电力物联网三层结构示意图；

图2为本实用新型实施例的通讯组网方式示意图；

图3为本实用新型实施例的管控***平台架构示意图；

图4为本实用新型实施例的数据融合服务功能架构示意图。

图中：1、平台单元；11、应用模块；111、用户终端；112、物联网服务终端；12、管理模块；2、网络单元；21、接入网关；22、接入控制器；23、网络服务器；3、感知单元；31、数据汇聚模块；311、接入节点终端；312、汇聚节点终端；32、传感器模块；321、微功率传感器；322、低功耗传感器；323、有线传感器。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

图1为本实用新型实施例的电力物联网三层结构示意图、图2为本实用新型实施例的通讯组网方式示意图、图3为本实用新型实施例的管控***平台架构示意图和图4为本实用新型实施例的数据融合服务功能架构示意图。

参照图1至图4所示，本实用新型提供了一种智能化控制的变电站监控平台，包括平台单元1、网络单元2和感知单元3，其特征在于：所述平台单元1包括应用模块11和管理模块12，且应用模块11通过数据信号与管理模块12电性连接，管理模块12与网络单元2内部设置的接入网关21连接，网络单元2包括接入网关21、接入控制器22和网络服务器23，且接入网关21通过电性连接有接入控制器22，且接入控制器22通过网络服务器23传输的信号与数据汇聚模块31连通；

所述感知单元3包括数据汇聚模块31和传感器模块32，且数据汇聚模块31与传感器模块32电性连接。

所述应用模块11包括多组平台单元1应用模块11和物联网服务终端112，且多组用户终端111和物联网服务终端112并联后与管理模块12连接，管理模块12为物联网管理服务器。

所述网络服务器23传输的信号为电力光纤网信号、电力专网信号以及电力APN信号，且网络服务器23与数据汇聚模块31内部设置的多组接入节点终端311连通。

所述数据汇聚模块31包括接入节点终端311和汇聚节点终端312，且接入节点终端311与汇聚节点终端312电性连接，并且汇聚节点终端312与传感器模块32内部设置的不同传感器电性连接。

所述传感器模块32包括微功率传感器321、低功耗传感器322和有线传感器323，且微功率传感器321、低功耗传感器322和有线传感器323与汇聚节点终端312链状分布电性连接，同时微功率传感器321、低功耗传感器322和有线传感器323直接单点接入方式接入节点终端311。

在现有变电站电力通信网络结构和运维方式的基础上，结合变电站实际需求选择了Zigbee通讯方式作为管控***通讯方式，通过仿真确定了簇状网络具有更好的性能，确定了变电站设备管控***的网络结构。搭建了分层分布式变电站设备管控***，自下而上包含感知层、网络层和平台层，其中感知层包括数据汇聚层和传感器层，平台层包括应用层和管理层，感知层为感知单元3、网络层为网络单元2以及平台层1为平台单元，同时数据汇聚层为数据汇聚模块，传感器层为传感器模块，应用层为应用模块和管理层为管理模块。

结合实际的案例应用提出变电站设备管控***在变电站现场的施工方案。

具体的，做到即插即用，广泛互联，实现变压器、气体绝缘封闭金属开关设备局放、机械特性等设备信息及变电站温度、湿度、SF6气体浓度、烟雾、火灾、噪声等环境信息的全面感知，动态测量并获取相关运行参数信息，并与风机、水泵、照明、视频、门禁、空调等执行联动控制，实现变电站设备状态全面感知智能化运维管理。

具体的，当内部存在气隙、悬浮、沿面等绝缘缺陷并产生局放信号时，局放传感器监测到局放信号，并通过辅控终端对产生的局放缺陷类型及严重程度进行判断，实现开关柜内部缺陷的自主快速感知和判断，及时向运维人员推送缺陷类型、严重程度等告警信息，同时根据缺陷的严重等级与检修策略的对应关系模型，给出后续开关柜检修维护建议并指导运维部门制订正确的检修策略，防止开关柜绝缘缺陷导致故障的发生。

具体的，不同局放传感器的使用。

（1）特高频智能传感器：通过特高频传感器对相应的设备中的特高频信号进行监控，其中包括对局部相关信息的检测覆盖，通过监测局放现象，反映设备内部绝缘问题。

（2）高频电流智能传感器：用于监测变压器或电缆内的局放高频信号，通过监测设备内部的局放信号，反映设备内部的绝缘问题。

（3）暂态地电压、超声、温度三合一智能传感器：通过暂态地电压、超声波、温度三合一智能传感器，监测开关柜内部放电现象及柜体表面温度异常情况，从而反映开关柜内部绝缘问题及异常发热问题。

（4）油色谱在线监测传感器：通过变压器油中溶解气体气相色谱分析监测变压器内部放电及发热问题。

具体的，实时感知开关柜及户外断路器的运行情况，采集线圈电流，了解机械掣脱扣时间、辅助开关切换时间、线圈通电时间，进而反映出铁芯是否卡滞、线圈电阻是否变化、辅助开关切换是否正常等情况；采集电机电流，了解电机储能时间，进而反映电机是否正常、传动***是否卡滞、弹簧是否疲劳等情况；采集ＣＴ二次侧电流、线圈电流，计算合、分闸时间，进而反映断路器机构、本体传动***是否卡滞、变形、断裂，弹簧是否疲劳等情况。根据各参数历史数据，推算未来变化趋势，判断当前或未来是否存在异常。

（1）断路器机械特性监测传感器：监测断路器分合闸线圈电流，储能电机电流，断路器三相触头分合闸同期性；通过检测以上参数判断二次控制回路的工作情况、线圈是否完好、铁芯运动有无卡滞、弹簧工作状态等。

具体的，感知设备的选择，在变压器、电容器等监视区域上方安装红外热像摄像头，在设备关键位置安装温度检测传感器监测设备的温度异常变化。

（1）红外热像监测摄像头：通过红外热像摄像头，对室内变电站设备进行多角度、全方位的红外热像温度监测，发现设备过热并及时预警。

（2）微功耗无线温度传感器：通过在ＧＩＳ、开关柜外壳表面安装微功耗无线温度传感器，实现温度、温升的实时监测，通过温度的变化反映设备内部异常发热问题。

具体实施方式八：感知设备的选择，在每个主变附近墙壁安装噪声传感器，感知主变运行时产生的声音纹理；需要微功耗噪声传感器，主要用于监测变电站噪声影响，主要监测变压器产生的噪声。在变压器周围安装噪声传感器，监测变压器产生的噪声水平。

同时涉及其他辅助设备联动类感知：

（1）电缆夹层、电缆沟等环境感知设计，通过水浸传感器监测地下夹层电缆沟处的积水情况，并发出告警。

（2）室气体浓度感知设计，通过５G浓度传感器实时感知设备室安全情况,出现问题及时告警。

（3）变电站火警感知设计，通过火灾报警***、视频监控***实时感知设备室安全情况，出现问题及时告警。

（4）设备室温度环境感知设计，通过温湿度传感器，实时感知设备室的温湿度，并进行自动调节。

以及应用策略：在温湿度超标情况下，获取空调的运行状态，自动判断空调是否在正常工作状态，并可以通过调整空调的工作状态，达到调节室内温湿度的目的。

视频监控及设备远方操作联动设计，通过高清摄像机，实现站内信息的全角度监控及远程高压开关柜状态复核。

统、断路器机械特性机械装置联动，当感知到分合闸动作时，进行联动状态复核，同时也支持手动远方抓图复核；开关柜状态复核的内容包括：开关柜模拟屏分合闸状态、保护压板、三工位开关分合状态和断路器分合状态指示。

同时针对数据通信层的功能设计：数据通信层是一个透明且可以解析的数据传输通道，具备异网接入，可以实现设备的无缝透明接入需求，同时能够针对网络具备自治协同和故障自愈功能。

同时针对平台应用层架构设计，平台应用层主要依托管控平台提供与智能传感器终端即插即用等云端一体协同机制；将管控平台分为设备管理与数据存储、感知数据计算分析和感知数据分享服务三大功能模块。

（1）设备管理与数据存储功能，根据国家电网公司《输变电设备物联网***网络管理协议》规范变电及辅助设备数据传输规约、接口协议，明确各辅助设备监控内容，实现各类设备模块化、规范化接入。

（2）感知数据计算分析功能，针对物联网传感数据类型和诊断算法多样化的特征需求，通过边缘计算实现前端感知层多传感器联合分析、复杂阈值预警、趋势分析、缺陷自动识别等功能就地运算、就地控制和数据单点接入，提高感知层的统一性、可靠性和智能化水平。

（3）感知数据分享服务功能，实现感知数据与ＰＭＳ、输变电在线状态监测***、机器人管理***、无人机管理***、电网运检智能化分析管控等***的数据集成对接与共享应用，为各类生产管理和业务管控***提供数据支撑。

同时针对管控平台数据库设计，在进行边缘计算时，业务应用即需要访问采集量测数据，也需要访问关系数据，构件数据资源管理模块总架构；数据资源管理模块总体架构由五个主要部分组成：（1）数据管理、（2）实时数据库、（3）关系数据库、（4）非结构化数据管理和（5）数据访问接口、代理。

本实用新型可有效解决基于物联网的无线通信模式在变电站内复杂的电磁辐射环境下，易受到千扰，其安全性可能降低，数据传输的可靠性不能保证；同时变电站中生产信息数量庞大，以及管控平台对数据进行处理并不及时，缺乏一体化管控的网络平台结构，很可能造成网络拥堵甚至酿成重大事故的问题，本实用新型将物联网技术和变电站设备管控工作相结合，实现设备状态量、电气量、环境量的实时监测，能够有效的保障电力设备的安全可靠，将繁琐、重复、易失误的传统操作流程转变为操作项目软件预制、操作任务模块化、设备状态自动识别、防误连锁智能校核、操作步骤一键启动、操作过程自动顺序执行的自动控制模式。

Claims (5)

1.一种智能化控制的变电站监控平台，包括平台单元（1）、网络单元（2）和感知单元（3），其特征在于：所述平台单元（1）包括应用模块（11）和管理模块（12），且应用模块（11）通过数据信号与管理模块（12）电性连接，管理模块（12）与网络单元（2）内部设置的接入网关（21）连接，网络单元（2）包括接入网关（21）、接入控制器（22）和网络服务器（23），且接入网关（21）通过电性连接有接入控制器（22），且接入控制器（22）通过网络服务器（23）传输的信号与数据汇聚模块（31）连通；

所述感知单元（3）包括数据汇聚模块（31）和传感器模块（32），且数据汇聚模块（31）与传感器模块（32）电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能化控制的变电站监控平台，其特征在于，所述应用模块（11）包括多组平台单元（1）应用模块（11）和物联网服务终端（112），且多组用户终端（111）和物联网服务终端（112）并联后与管理模块（12）连接，管理模块（12）为物联网管理服务器。

3.根据权利要求1所述的一种智能化控制的变电站监控平台，其特征在于，所述网络服务器（23）传输的信号为电力光纤网信号、电力专网信号以及电力APN信号，且网络服务器（23）与数据汇聚模块（31）内部设置的多组接入节点终端（311）连通。

4.根据权利要求1所述的一种智能化控制的变电站监控平台，其特征在于，所述数据汇聚模块（31）包括接入节点终端（311）和汇聚节点终端（312），且接入节点终端（311）与汇聚节点终端（312）电性连接，并且汇聚节点终端（312）与传感器模块（32）内部设置的不同传感器电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种智能化控制的变电站监控平台，其特征在于，所述传感器模块（32）包括微功率传感器（321）、低功耗传感器（322）和有线传感器（323），且微功率传感器（321）、低功耗传感器（322）和有线传感器（323）与汇聚节点终端（312）链状分布电性连接，同时微功率传感器（321）、低功耗传感器（322）和有线传感器（323）直接单点接入方式接入节点终端（311）。

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