摘要：随着电力系统的发展，单一设备、单一模型具体化研究已经很难满足设备运行部门的需求，以综合监测系统为代表的多种设备监测、多参数集中检测与综合诊断的系统集成监测方式受到了越来越多的重视。使用分立的在线监测系统来实现整个变电站的多设备在线监测，则存在系统构建功能的冗余，故对变电站关键电力设备绝缘进行综合在线监测意义重大。基于此，本文主要对变电站电力设备绝缘综合在线监测系统的开发进行分析探讨。
关键词：变电站；电力设备绝缘；综合在线监测；系统开发
1、前言
电力设备检测正从定期预防性检测、故障后维修向状态检测、预测性维修过渡。状态检测、预测性维修建立在对大型电力设备连续监测的基础上，维修时间间隔根据设备的历史维修状态和连续监测数据并分析其趋势而加以确定。电力设备检测技术的发展经历了基于单片机的检测装置到基于DSP技术的检测装置、再到基于计算机技术的检测系统阶段，目前正朝着基于新型总线技术和网络技术的综合检测系统发展。一些新的检测技术如光纤技术、信号采集与处理技术、PXI测控总线技术等已迅速在电力设备的检测中得到应用。
2、监测系统整体方案设计
目前，国内外推出了大量针对单一设备的在线监测装置。为了开发集成监测系统，本文对各电力设备的待监测信号进行了分类。图1为变电站电力设备电气绝缘综合在线监测系统示意图，对变压器、GIS和电力电缆等电力设备的局部放电等绝缘参量进行在线监测时，需要较高的采样率来采集绝缘状态信号，因此这些设备可采用高速数据采集卡PXI-5112和高速示波器TDS2014采集模拟信号。
图1 综合在线监测系统示意图
高频信号通过电缆传输给信号调理单元，设备与信号调理板卡一一对应，最后由PXI测控单元的PXI-6508数字IO卡配合软件实现板卡类型识别及循检设备的切换，进而实现检测设备的即插即用。通过对电缆绝缘电阻以及其他电力设备泄漏电流值的在线监测，由于对传感器耦合的直流信号、交流工频信号或非电量信号的采集不需要较高采样率，故这些设备可采用嵌入式前置智能节点采集。嵌入式智能单元在现场就地进行A/D转换并进行数据处理，最后通过RS-485总线接入PXI测控机箱中的PXI-8440多串口卡，并通过串行通讯实现数据上传。
变电站电力设备在线监测可以采用分级集成的方式，根据变电站中的实际情况，可将需要在线监测的电力设备按区域划分为多个单元(一般将一条出线上的所有电力设备分为一个单元)，每个单元的电力设备可以通过一个PXI前置机系统，将进行绝缘状态监测的各个硬件系统集成起来。PXI的内嵌控制器由于带有以太网网卡接口，可以借助于交换机将所有PXI系统组成以太局域网，构成变电站内针对多个电力设备的多种绝缘参量的综合在线监测系统网络，完成在线监测系统环境集成中的网络集成。整个变电站电力设备在线监测系统网络主要由基于PXI总线的前置机系统、综合监测主控机系统、数据库服务器系统3部分组成。
2.1PXI总线前置机系统的构成和任务规划。PXI前置机系统主要由PXI机箱、安装在PXI机箱插槽上的各种PXI接口模块以及通过PXI模块连接到PXI机箱上的硬件采集模块组成。每个PXI系统通过采集、计算得到电力设备绝缘参量的特征值后将这些数据存储到数据库，然后发送消息通知监控站系统获取最新的绝缘状态数据以此保证监控站系统中绝缘数据的有效性和及时性。通过在PXI机箱插槽上安装相应的PXI接口模块，可很容易的将各硬件系统集成到PXI总线上。由于绝缘状态的模拟信号在长距离传输中容易受到干扰和衰减，故PXI系统放在现场以便就近监测对象。
2.2综合监测主控机系统的构成和任务规划。综合监测主控机系统由工业控制计算机、GPS卫星时钟、交换机等其它辅助设备组成，主要对所有实施监测的电力设备绝缘状态参量的特征值进行实时展示和历史查询，并绘制相应的图形数据。监控站系统在获知PXI系统绝缘状态数据更新的消息后，通过查询数据库获取PXI系统更新的绝缘状态数据并和报警阈值进行比较来判断设备绝缘状态。如果某项参量数据高于报警阈值，监控站系统将报警信提醒工作人员注意。监控站系统也可查询任意时间段内某个电力设备的某项绝缘参量的历史数据，并绘制趋势图形来展示该绝缘参数的发展趋势。此外监控站系统还可通过网络通信改变PXI系统信号采集的控制方式以及在局域网内进行GPS系统对时操作。
2.3数据库服务器系统的任务规划。数据库服务器主要为整个在线监测系统中的各种数据提供数据存储和检索服务。数据库系统中存储的大量历史数据是评估和预测电力设备绝缘状况的根据，保证其正常、稳定非常重要，故数据库通过配备备份数据库服务器进行双机备份以防止主数据库服务器出现意外情况而带来损失。
3、监测系统硬件构成
前置机系统包括PXI总线前置单元和各设备的智能监测节点部分，在变电站现场就近安放。主控机处于变电站的集控室内，主要管理和查询前置机监测得到的数据并具有报警和打印等功能。若该主控机需要管理多台前置机时需接入交换机来实现以太网联网通讯。监测系统不应该脱离监测的设备且应在时间上与综自系统时钟同步，将监测数据与系统操作关联考虑进行分析，故需要接入GPS卫星时钟。还需在系统中设计常规的电源隔离变压器和UPS不间断供电电源。
4、监测系统软件开发
在基于PXI总线的变电站多设备多参量在线监测系统硬件集成框架下，以即插即用为主导思想实现了每种设备每个参数测量模块的软件集成技术。根据不同功能将监测软件系统划分为PXI前置机系统、主控机系统、数据库系统3部分，确定了软件系统在集成过程中应遵循结构化、扩展性、面向对象和操作简单的原则;分析抽象出电力设备对象模型和监测子系统对象模型并用XML格式来存储监测子系统的加载信息，实现了监测子系统的动态加载;采用基于树视图的监测子系统管理器的设计中，使用MVC设计模式，通过配置或修改监测子系统的节点信息，完成监测子系统的即插即用功能;研究并解决了连续监测中的控制冲突问题，实现了对多个电力设备的多个特征参量的连续在线监测;设计出基于UDP的双机通信协议，实现了由一台监控站系统通过通信方式来管理多台PXI子系统，解决了系统集成中多机通信问题。最终在以PXI总线技术和以太网技术的硬件集成和网络集成的基础上，用NIMeasurementStudio和NET软件开发平台实现了软件系统的环境集成。
根据集成系统即插即用的总体设计思想，采用图元方式设计开发了监控软件的主控制界面，协调了主控机和前置机采集管理和控制问题，实现了主控模块的即插即用;根据集成系统数据的访问频率和所占用的空间大小，将数据库分为静态系统信息库、动态实时数据库、历史数据库以及系统配置库，通过分析系统的数据模型设计出数据库集成的基本方案并用模板技术实现了数据库的访问框架，满足了频繁的实时数据信息交互的高实时性要求，完成了数据查询和报表制作功能;统一了各参量采集的控制界面和采集、分析数据的显示界面，保证了集成软件的风格统一;完成了数据分析各子模块的标准化、通用化定义和数据分析子模块的软件开发，集成系统可以共享局部放电统计参量的指纹分析软件、超高频局部放电的单次波形分析软件、介损角正切计算软件、数字滤波软件、数据统计与历史查询软件等;针对大数据量管理和查询的问题开发了专门的历史数据查询、分析模块，使其具有良好的交互性并提供多种趋势分析方法。
5、结语
变电站绝缘在线监测系统测量的数据准确、稳定、可靠，系统抗干扰性能力强，是电力系统最具发展前景的技术之一。
参考文献：
[1]李贤琳电网中变电设备在线监测及监测技术应用现状[J].工程技术，2015-36.
[2]万鑫，任秀杰.基于智能电网的设备在线监测与故障诊断[J].工程技术.2015-41.
论文作者:李文强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/14
标签：在线论文; 系统论文; 电力设备论文; 变电站论文; 参量论文; 监测系统论文; 数据论文; 《电力设备》2018年第27期论文;