变电设备状态监测管理中心平台系统技术设计(完整).doc

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1、 变电设备状态监测管理中心平台系统技术设计 （ 论文用 ）一、系统概述变电设备状态统监测管理中心平台系统，通过收集电网运行参数、在线设备监测数据、巡视、例行及诊断试验、运行工况、视频监控等全景化的信息，对设备的健康状况进行综合评价和分析，并根据评价结果进行状态诊断、风险评估，最终提出检修策略、制定设备维护、检修计划，为动态调整设备的运行方式必要性分析和状态检修工作提供技术支撑。 变电设备状态统监测管理中心平台系统的建设和应用，其基本作用是对各变电站设备相关在线监测信息的收集、汇总、处理分析，同时与生产管理信息系统、SCADA、故障信息等系统结合获取相关设备台帐信息、预试信息、运行信息、故障和缺

2、陷等信息，在系统中进行基于多类别主题和时间、温度、负荷等多维度综合分析，并将分析结果进行综合展现。通过该系统的建设，将形成变电设备一体化的、网络化的、智能化的综合状态监测、诊断和和服务管理系统，辅助运行管理人员及时调整设备运行工况，同时，实现对变电站运行环境及现场检修活动的监控，实现预防性维护,为提高设备的营运率和电网的安全性提供了强大的技术支撑。变电设备状态统监测管理中心平台系统以实时数据库、数据仓库和商业智能平台工具为关键技术手段，为各类实时信息、生产管理信息提供集中统一的集成与共享平台，建立变电设备状态统一集中监测系统，将实时信息与基于人工的业务信息进行有效采集、转换、整合、加载、展示，

3、更好地为生产作业指挥、应急处置、保电管理、状态检修等各个业务领域提供更为全面和及时的信息服务。二、 系统总体设计嘉兴电力局变电设备状态统监测管理中心平台系统技术结构设计，兼顾各专业系统的现状，确保各系统相对独立，采用适度先进可靠的标准模型（协议）实现数据交换。 (一)系统互联结构在系统结构设计中，分为变电站层和地市级两层，考虑到不同应用系统在电力信息网中处于不同的安全区域，不同的应用系统保持独立，但需要对数据交换接口作标准化开发。1、 变电站层（1） 调度SCADA系统和继电保护信息系统按其规定方式采集和传输数据。（2） 设备在线状态监测装置，主要通过IEC61850通信协议，与状态接入控制器

4、CAC产生数据交互，CAC集中全站的设备状态监测数据，以电网公司规定的基于Webservice I2通信协议，向省级状态接入网关机CAG送数据。在嘉兴局方案中，CAC同时以I2协议，向状态监测管理系统CACMS送数据。（3） 智能变电站辅助监控系统。该系统在变电站端实现视频图像监控、变电站环境综合监控、消防安全监控以及现场作业移动视频监控功能。其中图像数据存入站端视频服务器，控制信号和监控信号接入站端辅助系统主机，图像和监测信号通过规定的SIP协议，送往辅助系统地市级主站。2、地市层 （1）SCADA系统。采用南瑞OPEN3000系统，该系统定义了电网运行的功率、电压、电流、开关量等电网运行实

5、时数据以及电网拓扑关系，已经采用了IEC61968/61970定义的CIM模型，导入地区级PI实时数据库，数据通过安全隔离装置接入。（2）继电保护综合信息管理系统。 系统定义了变电站继电保护及安全自动装置运行状态监视、运行参数、压板状态等。系统正常运行时，根据厂站主接线图或装置列表，定制画面中显示装置的运行状态，装置自检、时采样值、开入量状态、运行定值等；电网故障后，统收集故障点位置、障类型、跳闸开关等故障信息，显示保护动作信息、相关保护的动作行为分析报告，显示故障时刻系统采样数据、故障录波数据等。信息数据采用IEC61968/61970定义的CIM模型，导入地区级PI实时数据库，数据通过安全

6、隔离装置接入。 （3）PMIS生产管理系统。定义了设备资产信息、运行、检修试验等台账信息，以及工作计划管理、缺陷管理、运行检修管理、两票管理、专业技术管理、配电管理等功能。（4）CBM状态检修辅助决策系统。以国网公司状态评价导则和规程为基础，采用神经网络、动态规划、遗传算法等智能领域的相关知识和技术手段，以先进的检测、诊断手段为基础，以现场大量的运行、检修、试验、试验、不良工况等现场数据为参考，结合有关标准、规程、导则和输变电设备设备信息，实现对输变电设备状态评价、风险评估、检修决策、绩效评估、状态预警、故障诊断等全范围、全寿命周期的评价与分析，系统产生反映设备健康状态的状态量数据，以供监测预

7、警和状态评价使用。（5）CACMS 状态监测管理系统。系统管理对象为变电站在线监测传感器、状态接入控制器CAC及数据通道，定义了对前端传感器运行状态、状态数据可行性、CAC装置的运行状态和功能模块运行、网络通道稳定性的管理。系统具备对状态量进行运算判断功能。（6）智能变电站辅助管理系统。实现变电站全天候智能视频监控，以满足电力系统安全生产所需的监视设备关键部位的要求。系统定义站内设备监视对象、机房的电源设备、空调设备和系统内分布的各安防设备、动力设备及机房环境进行遥信、遥测、遥控，实时监视系统设备的运行状态，并提供现场移动视频接入。(二)系统功能结构根据目前应用系统建设、使用的现状，系统功能结

8、构设计为四层，如下图：1、 数据层运行在集群的数据库服务器上，以实时数据为核心，包括实时数据库、空间数据库、属性数据库、媒体数据库，周期性存储平台计算所需的数据。其中：实时数据库主要存储设备运行和状态计算的数据。空间数据库作为GIS数据的缓存，提高图形相应速度。属性数据库，系统静态和动态配置用。媒体数据库作为视频流等数据缓存和关键分析数据存储。2、应用组件层数据处理的功能部件，以组件方式部署。3、 接口层运行在接口网关服务器上，定义标准数据交换模型基础上，处理周边系统的数据交换功能。4、 应用层。基于WEB方式的功能表现以及人机交互，运行在WEB服务器上。（三） 系统数据交换根据系统功能结构，

9、通过接口，定义系统之间数据交换。数据交换包括系统与CACMS、PMS、GIS、CBM、辅助系统、SCADA、继电保护信息系统数据交换等。数据交换的数据属性在系统详细设计中定义，系统之间接口通信协议应保持一致和透明，数据交换通过数据总线实现。数据交换基本信息结构如下图：数据交换设计在一体化企业级信息集成平台的统一框架下，通过建立数据服务总线，定义服务之间良好的接口和通信协议标准实现，把系统内的软件和资源联系起来，保证公司关键的业务流程可以正常运行，提供跨组织、跨平台的人员协作、信息数据、商业流程等层面的集成和整合，加上各种核心的业务应用，形成完整的信息化系统。 (四)系统平台技术路线系统平台总体

10、基于SOA组件结构，采用J2EE实现技术,运行环境优先采用Linux server。J2EE是一套全然不同于传统应用开发的技术架构，包含许多组件，这些组件可简化并且规范应用系统的开发与部署，进而提高可移植性、安全与再用价值，各类服务采用SOA架构，实现插件应用模式。J2EE核心是一组技术规范与指南，其中所包含的各类组件、服务架构及技术层次，均有共通的标准及规格，让各种依循J2EE架构的不同平台之间，存在良好的兼容性。实现技术结构如下图所示，基于组件的分层实现方案。 本系统中数据库层包括：1、 实时数据库：存储变电状态监测运行实时数据，并保存对应的历史数据。2、 空间数据库：用于缓存常用到的GI

11、S访问空间信息，避免经常性调用GIS数据访问接口，提高系统运行效率。3、 属性数据库：存储系统应用业务属性数据。4、 媒体数据库：存储各类视屏、图形流多媒体数据。应用组件层：1、 用户权限管理：以通用用户和访问管理组件实现统一用户论证功能。2、 空间数据交换组件：实现多种类型空间数据模型的读写访问，为GIS平台数据交换提供支持。3、 视屏数据交换组件：实现国网标准视频A、B接口交换功能。4、 关系数据交换组件：实现各类业务属性数据交换功能，如PMIS数据、CAC传感器配置数据等，采用基于XML格式属性数据交换。5、 应急智能决策引擎：实现知识库管理和案例推理决策模型，为应急决策模块提供算法支持

12、。6、 邮件、短信通道：实现邮件和短信接口为系统报警提醒功能提供支持。 接口层涉及多种不同系统的集成，从系统技术实现上以Webservice接口为数据交换基本方式，CAC数据交换遵循国网I2标准、视频数据交换遵循国网视频B（SIP)接口标准，SCADA和PMIS数据基于CIM模型。三、系统功能设计 （一）系统的运行环境要求目前，网络及服务器设备总体成本较低，设备变电设备状态监测管理中心平台应该建立在高可靠性的应用和数据服务硬件结构上。基本配置如下图： 1、数据服务器：2台，内置磁盘阵列，作RAID10模式，作集群运行，运行实时数据库和关系数据库。 2、WEB服务器：2台，部署应用功能，作集群运

13、行。 3、接入网关机：1台，统一接口服务，内置磁盘阵列，作RAID10模式。 （二）系统软件功能 1、系统功能部署图 2、系统功能的目标要求 （1）提供电力运行管理全景数据平台 为变电设备（经扩展，也可接入输电设备）提供全景的数据信息，包括设备基本信息、试验信息、运行信息、缺陷信息、巡检记录、带电测试数据、在线监测数据等，以及对变电站视频、环境安全等信息。对数据资源进行统一建模、提供标准的数据接口，提供实时数据服务和历史数据服务。 （2）提供统一高效的集成与共享的实时数据平台，并有效整合实时与非实时信息。以实时数据库管理系统为基础，建设实时数据管理平台（也可以称为实时信息数据中心），提供各类实

14、时信息的集成与共享。实时数据管理平台通过对各类实时信息系统数据的统一采集、抽取、整合和集中存贮，避免原有各系统实时信息的差异，以统一的方式和标准对外提供实时信息服务。 （3）提供设备状态实时监测平台 能够方便的对变电站内各种智能设备（例如变压器油色谱、变电站电源监控、机房环境、远动通道、开关柜测温等）信息进行实时采集，维护、运行人员可以在统一的界面下实时监测到这些设备运行状态信息，对一些异常的信号，系统将通过包括短信在内的多种告警方式及时的通知到相关人员。使维护人员快速有效对缺陷、故障进行安排处理。 （4）提供检修作业辅助工作平台变电检修人员可以利用平台中全景信息以及平台提供的数据分析手段和高

15、级应用功能，完成采集统计，信息处理，从而分析各设备的健康状况，制定维护和检修策略。 同时，通过站内移动视频的接入，可以监测现场安全作业情况，以及事故处理现场支持。（5） 提供视频及安全监控 运行维护人员通过平台，不仅可以查看设备现场情况，也可以查看安全保卫、当地微气象、控制室环境温度等信息，并可远程操作相关设施。（6） 作为事故应急决策辅助 在事故等应急指挥系统中，把决策者需要的各项数据、指标、现场实景通过该系统实时地反映给决策者，以便决策者及时地对管理制度进行调整。 （三） 功能分类设计1、数据接入功能从不同信息系统通过接口获取数据，如下表所示。 监测类型监测功能监测参数周期变电站一次设备状

16、态监测变压器油色谱状态监测 C2H2, C2H4, CO, H2, CH4和C2H6 1小时 变压器局放状态监测 局放超声波 5分钟 变压器铁芯状态监测 变压器铁芯电流 5分钟 变压器绕组温度状态监测 变压器绕组温度 5分钟 断路器状态监测 分合闸过程电流波形、正常工作和分合闸过程电流幅值、电弧持续时间、分合闸动作次数、时间及日期、电弧重燃、主触头累计电磨损（以I2T 或IT 表征） 1小时 容性设备状态监测 等值电容，介质损耗 1小时 避雷器状态监测 避雷器泄露电流，雷击次数 5分钟 GIS局放在线监测 局放次数 5分钟 GIS SF6气体在线监测 露点、温度、密度、压力 5分钟 GIS气室

17、环境在线监测 环境温度、SF6气体含量、氧气含量 5分钟 变电站二次设备状态监测 常规继电保护装置自检 定值、电源、FLASH、RAM、硬件回路、电流电压输入回路、保护数据通信环节 1小时 数字化继电保护自检 SMV，GOOSE报文速率、误码率检测统计、微机系统自检 10秒 直流电源系统 电力测控仪监控、整流模块监控、巡检模块监控、绝缘检测监控、电力专用INV监控、电力专用UPS监控、DC-DC模块监控、配电单元监控 10秒 电子互感器 电源、A/D、保护和测量电流互检、传感头发光强度自检、同步信号间隔均匀性检测、采集器程序自检 10秒 合并单元 互感器数据有效性检测、同步脉冲信号检测、电源检

18、测、配置文件检测、设备自检、环境温度检测、 10秒 智能终端 开入开出硬件回路自检、控制回路断线自检、电源检测、配置文件检测、设备自检、环境温度检测、通信口报文速率，误码率检测 10秒 网络设备 端口数据通断及流量检测、交换机自身异常告警自检 10秒 生产管理信息 设备台帐、试验、缺陷记录、巡检记录等，获取设备类型、型号、厂家、出厂时间、运行编号、技术参数等）等数据信息。获取设备不良工况、家族缺陷、试验数据（包含出厂值、交接值、初值、例行和诊断试验数据、油化数据等）、试验标准（包含具体项目、周期等）等数据信息。设备实时监测 电压、电流、功率、运行状态等，获取设备动作次数，如开关类设备的操作次数

19、，变压器分接开关动作次数等。地理空间参数空间模型、地理位置、地形参数视频图像变电站区域内场景情况变电站内常规敞开式刀闸的分、合状态变电站内变压器、断路器、CT、PT、避雷器和瓷绝缘子等重要运行设备的外观状态环境参数主控室、继电器室、蓄电池室独立通信室等）温度、湿度以及开关场地电缆沟的水浸情况；空调等设备的远方状态监视和控制；站内的温度、湿度、风力、水浸、SF6浓度等环境信息安全参数变电站防盗自动监控，可进行周界、室内报警及安全布/撤防火警2、 数据处理与预警（1） 数据整合 数据整合是统一集中监测系统的核心功能，它负责系统的统一建模、统一编码，提供统一的模型、参数、实时数据和历史数据服务。系统

20、数据经过数据整合层以后，具备了统一的模型描述和标准的访问接口。 系统采用IEC61968/61970 标准CIM作为核心设计模型规范，规范了变电设备、资产、拓扑结构、量测、状态监测、事件与告警等信息的统一描述和交互规范。 （2）事件告警 根据系统配置的告警分类、等级及告警模型，产生告警和预警事件，通过画面、声音、短信等方式进行及时的提醒和通知。 （3）信息通知 通过短信平台接口，根据配置模型，向相关人员发送事件/告警/预警通知。 （4）告警配置配置告警/预警事件产生的条件和模型。 3、设备状态监测（1）电网设备运行监测基于变电站内电气一次接线图的运行参数监测，图形采用SVG或FLASH，基于W

21、EB表示，变电站各间隔设备的运行参数配置、限值条件表达及设置。（2）传感器状态监测在线监测传感器的运行状态、状态测量参数监测，以及与CAC之间通信状态监测，有简单的限值条件表达及设置。（3）CAC状态监测CAC主机的软件模块、内存、CPU使用率、硬盘容量占用率、温度等各项运行参数以及数据通信链路状态监测，有简单的限值条件表达及设置。4、环境安全监测（1）入侵监测电子围栏、红外线周界防护、视频图像辨识等信息，及布/撤防。（2）动力环境监测当地微气象参数、布局内温湿度、水浸监测信息，火灾防护、SF6浓度信息等。（3）门禁监测布局房间内门禁动作监测。（4）灯光水电控制布局房间、场地内灯光控制，空调控

22、制，排水泵运行控制等5、视频监控（1）固定摄像监测变电站电站区域内固定的摄像头（包括转动全景摄像）视频监控，包括对常规敞开式刀闸的分、合状态，变压器、断路器、CT、PT、避雷器和瓷绝缘子等重要运行设备的外观状态，监视变电站内主要室内（主控室、继电器室、高压室、电缆层、电容器室、独立通信室等）环境和人物活动情况。（2）检修作业监控借助工业移动摄像，现场无线安全接入。实现检修作业的监视，危险点监控，以及事故或应急预案活动的现场情况摄录，便于远方观察和应急指挥。6、专题分析功能 集成变电一次设备状态监测、二次设备状态监测以及SCADA、GIS、保护信息等系统功能，对于每种专项应用，都建立专门的预警模

23、型、状态评估模型、风险评估模型，都能够进行专题的分析和可视化展现。 针对各专题应用产生的监测参数，进行参量跟踪、趋势分析、类比分析、多参量分析。趋势分析和预测的工具，选用数理统计、时间序列分析等方法给出设备相应发展趋势及其结论。这部分功能应用于特定的监测对象，事先构造函数包，根据工程理论和经验，针对每项应用，构造运算规则。 （1） 参数跟踪 采用仪表盘等方式跟踪一个或多个监测参量的变化动态分布区域。通过仪表盘的不同区域（正常区域、注意区域、异常区域），直观警示运行分析人员采取相应的措施。 （2）趋势分析对参量的长期和短期变化趋势进行分析，发现变化规律，便于分析和预测设备健康状况。 （3）类比分

24、析 对相同或相似设备的相关参数进行横向对比，以便分析故障和异常原因。 （4）多参量相关性分析采用趋势图分析同一台设备多个相关参量的分布情况，并根据经验模型、数学相关性模型，以辅助判断设备整体健康状况。 7、应急决策支持（1）数据调用 根据事故预案的要求，实现构造支持性数据和画面，到条件触发时，启动专题性画面，显示特定数据或图像、图形曲线。（2）监测预警监控状态量指标变化，对试验数据、在线监测数据、油化数据等超出状态评价导则和规程规定范围的劣化指标进行状态预警，发布预警信息。根据事故预案的要求，实现设置相关参数的非常态预警值，到条件触发时，启动专题告警画面，并展示数值。（3）状态诊断（评价）启动

25、或调用CBM系统程序，作出特例性诊断。对于状态参量超标预警的设备，采用状态诊断方法诊断设备可能存在的故障原因和故障部位，提出故障处理建议。 当设备给出监测预警信号，可以直接从系统中查找出可能出现的故障原因和故障部位，以及建议实施的诊断性检查试验项目。 （4）预测评估 启动或调用CBM系统程序，作出特例性预测。对于出现监测预警的设备，利用系统中的当前设备参量和历史数据，采用最近两次等差预测方法，预测设备在未来某一时期的状态参数值。 （5）风险评估 启动或调用CBM系统程序，作出特例性风险评估。对于出现监测预警的设备进行风险评价，通过考虑设备状态评价得分、设备平均故障概率、设备价值、设备在系统中的

26、重要等级等得出设备的风险等级，进行设备风险排序。 （6）检修策略 启动或调用CBM系统程序，作出特例性风险检修策略计算。以设备状态评价结果为基础，综合考虑风险评估结论，提出输变电设备检修次序、检修时间和检修等级安排建议。 8、可视化展现（1）3D实景展示通过摄制变电站设备或路径的3D照片，并定期更新，组成3D实物场景。在3D图形上，可以进行漫游、巡视路径设置等。在3D图形上配置设备信息，近观的外形结构部件和机构、操作控制箱、面板信号特写画面。在事故应急预案状况下，可对现场形成直观认识。（2）图形曲线展现系统提供统一的数据综合展现界面，以便于快捷、方便、直观、有效的查看各所辖变电站的重要信息及相

27、关信息，并可展示电力生产的相关准实时数据画面。 数据展现具有以下形式：画面、表格、曲线、棒图、饼图、三维图 系统通过多样化的数据表现手段，针对生产业务需求，多角度多层次地动态展现数据。该系统能对整合后的数据提供常规的各种查询浏览、报表统计和曲线分析功能，数据展现和交互支持面向对象的方式，可由统计查询直接转如曲线分析。 系统提供常用的基本图形报表，包括日运行历史数据，多月运行历史数据和多年历史数据、各类别的趋势分析图等。用户在客户端可利用系统提供的各类报表。展示的界面应当是模块化的，用户自定义数据自己关心的展示内容及展示风格。 （3）信息查询信息查询功能包括两方面。一是系统预设多种条件组合查询，支持模糊查询。二是系统定制的维护信息单，该维护信息单集中了指定变电站本月、本周以来的各类设备、装置故障信息，以及启动CBM系统获取的故障状态诊断、风险评估和检修策略值，对每个故障/异常设备项目，均可启动进入启动生产管理信息系统PMIS维护工作计划流程，维护完成后，PMIS反馈完成信号，该项目勾销（如系统不能自动反馈，则人工消除）。（4）报表管理根据业务应用的需要，系统定制有各类统计报表，可实时生成报表并输出。系统提供自定义报表工具，可预览、输出文档。