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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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，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WebserviceI2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，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

系统平台总体基于SOA组件结构，采用J2EE实现技术,运行环境优先采用Linuxserver。

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GIS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。

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