基于SCADA的电力通信站动环监控系统设计与实施要点分析

简介一份关于电力自动化通信环境监控系统的分析论文适合电力通信运维人员、调度自动化学习者及毕业论文写作者参考。文档从通信站环境监控系统切入系统梳理机房温湿度、智能动力设备、110kV/220kV变电站动力监测等内容并给出告警显示、闭路监视、前端信号采集、监控子站与SCADA监控服务器等实施要点可帮助快速建立监控系统整体框架。包内为1个Word文档doc格式大小约20KB内容精炼但覆盖完整。已有89人学习下载适合用于了解SCADA在通信机房动力环境监控中的典型应用、撰写相关技术报告或查找论文素材。1. 电力自动化通信环境监控系统这份论文到底讲了套什么系统电力通信站一旦进了无人值守模式机房里的温湿度、通信电源、蓄电池状态就成了黑匣子——不坏不知道坏了才知道而且往往是小环境问题先拖垮通信设备继而影响调度自动化。我拆这份《电力自动化通信环境监控系统分析论文》时最有感触的一点是它没有把动环监控当成一套独立新建的系统而是直接复用电力调度自动化系统(SCADA)的数据库、服务器和监控软件把通信机房的环境量和动力设备状态作为SCADA的监控对象接进去。这套思路对供电局、变电站运维和通信专业人员都很实用。论文覆盖了系统构成、三级监控显示要求、主站与分站功能、技术参数和实施方式是一份可以直接对照着做方案和写技术规范的文件。下面我把这份文档的干货逐块拆开并把实施中的边界条件和易踩的坑一并说明。2. 系统构成与采集量从温湿度到蓄电池监控对象怎么定2.1 三个子系统的基本架构划分论文把整个通信站环境监控系统按功能切成三个子系统前端信号采集系统、监控子站、监控服务器系统。这个划分和市面上多数动环监控厂商的产品分层一致只是叫法不同。前端信号采集系统承担的是把物理量变成电信号、再变成数字量的职责。硬件主要由红外一体化摄像机、温湿度传感器、交流电压变送器、直流电压变送器组成。这里注意温湿度传感器输出的一般是4-20mA电流信号或RS485数字信号而交流电压变送器和直流电压变送器是把配电屏上的电压信号隔离转换成标准的模拟量或数字量输出。实际项目里还需要加上开关量采集模块否则配电开关状态、整流模块故障告警这类干接点信号没有地方接入。监控子站的核心里是一台安装在19英寸机柜里的硬盘录像机(DVR)它把机房摄像头的模拟视频信号做模数转换通过网络传输再经过协议转换器转换成E1信号接口通过通信网络送到监控中心。这段设计有很强的时代特征——当时不少电力通信传输网还是以SDH的E1通道为主视频走E1上传输网是很常规的做法。监控服务器系统则是基于SCADA系统完成的。主站端硬件直接利用调度中心现有的SCADA数据库服务器、音箱、以太网光纤收发器软件则利用现有监控软件、数据库软件、操作系统软件和杀毒软件界面开发由SCADA系统厂家完成。这种复用思路的优势很明显不用额外采购一套独立的动环平台也不用再养一套数据库和服务器告警数据直接进调度自动化体系。2.2 通信机房动力环境监测量清单论文对通信机房动力环境监测量列得很明确我整理成表格方便对照监控对象具体采集量说明机房环境温度、湿度温湿度传感器超限告警交流配电三相交流输入电压、故障告警含过压、欠压、缺相检测直流配电直流母线总电压、直流输出过压/欠压含压限告警整流单元输出总电压、总电流、整流模块故障总告警模块级故障通过总告警上报蓄电池组电池组总电压论文未细到单体电池工程上可扩展载波设备总告警干接点接入消防报警由变电站统一考虑不单独建消防系统这份清单在实施中有一个容易被忽视的点交流配电的三相交流输入电压按论文要求是测电压实际工程里最好把三相电流也纳入遥测一来是便于判断负载均衡二来是整流模块异常时电流变化往往比电压更敏感。蓄电池组只要求总电压这在早期动环系统里很普遍但总电压无法反映单节电池落后如果项目允许建议至少增加每组电池的充放电电流和单体电压巡检否则电池组内部出问题总电压可能完全看不出异常。2.3 无通信机房的110kV变电站怎么降配论文专门区分了有通信机房和没有通信机房的110kV变电站两种情况。无通信机房的110kV变电站动力监测基本要求是交流配电测三相交流输入电压和故障告警过压、欠压、缺相直流配电测直流母线总电压、直流输出过压/欠压、压限告警整流单元测输出总电压、总电流、整流模块故障总告警蓄电池组测总电压载波设备测总告警。对比前面有通信机房的通信站两套要求的差别不在测点类型而在实际部署形态无通信机房的变电站通信电源通常就装在高压室或保护室的通信电源屏里没有独立机房也就没有温湿度和视频的独立布点需求主要盯住电源本身就行。这种降配但不降项的做法值得在做方案时参考——不是所有站都套同一张图纸而是按站型裁剪测点。2.4 传输链路与设备选型要点传输链路在这套系统里是承上启下的部分。视频信号从模拟摄像机进硬盘录像机转成数字信号后上网络经协议转换器变成E1接口通过通信网络送回监控中心。E1接口对应2M通道一路E1可传输的带宽有限如果视频路数多要么压缩码流要么多占E1通道这在选型时就要和传输专业核对通道资源。动力环境信号则是从传感器和变送器进采集模块再通过监控子站汇聚协议转换后与视频一起送到主站。论文里没有详细写采集模块的通信协议实际工程中通信站里的整流电源、蓄电池巡检仪等设备通常自带RS485接口和厂商协议接入SCADA时需要做协议转换或规约对接。常见的做法是动环采集装置支持MODBUS-RTU、CDT、IEC 60870-5-101等规约由SCADA厂家做点表映射。这块是实施中工作量最大的部分也是后续调试最磨人的部分建议在项目启动阶段就找SCADA厂家确认规约库是否覆盖现场的通信电源型号。3. 告警分级与显示要求变电站、地调、省网三级怎么落地3.1 变电站端监测显示要求论文对变电站端的要求是通信机房动力环境监测信号遥信、遥测和开关量等必须在变电站画面上显示告警画面要变色闪动同时有声音告警声音告警经确认后可人工屏蔽。这段话里有几个工程细节值得展开。第一画面变色闪动不是CSS动画那种效果而是SCADA组态画面里对告警对象做的变色和闪烁属性配置通常由SCADA系统的告警颜色表驱动第二声音告警确认后可人工屏蔽意味着系统里要区分告警确认和告警屏蔽两个动作——确认是值班员知道这件事屏蔽是针对某类或某个具体告警暂时关闭声音两者不能混为一谈。在变电站端实施时我见过不少因为人工屏蔽做得太粗暴导致的事故运维人员为了清净把整个站的音频告警全屏了结果通信电源告警也一起被静音。正确做法是把声音屏蔽细化到告警级别和具体测点级别比如只屏蔽一般告警的声音紧急告警的声音不能屏蔽或者加一个屏蔽超时自动恢复机制。3.2 地调端Web浏览方式地调端的要求是各供电局所辖变电站的无人值班通信机房动力环境监测信号送到本局调度自动化系统开通供电局地调端通信中心机房登录Web服务器的权限以浏览方式监视通信机房动力环境状态画面同样要求具备声、光告警。注意这里的落点是Web服务器权限。通信中心机房的人员不是调度员通常没有调度员的账号权限所以在SCADA系统边上开Web发布服务让通信专业人员用浏览器看画面是很轻量的做法。这个方案的边界在于Web发布的画面刷新实时性通常比工作站客户端差如果现场要求秒级看到告警弹窗需要在Web发布服务器上做告警推送配置否则页面要手动刷新才能看到新告警。权限开通这块还有一个现实问题调度自动化系统属于安全分区管理Web发布服务器一般放置在安全区II通信专业人员远程访问需要走反向隔离或专用通道不能用调度数据网的地址段随意开放。做方案时要把电力监控系统安全防护规定考虑进去不要只看功能。3.3 省网通信调度监测显示要求论文对省网一级的要求是220kV及以上变电站通信机房动力环境监测信号送到中调调度自动化系统通信调度员通过登录中调DMIS的Web服务器浏览各通信机房动力环境状态和告警信息。这一级的意义在于省级通信调度需要掌握全网重要通信站的运行情况尤其是220kV及以上电压等级的站点。和地调端相比这一级更多是监视而不是操作一般不做遥控。实际工程中中调侧通常通过DMIS系统或独立的通信网管系统接入各供电局上传的动环数据数据链路跨多个供电局规约和接口的统一就成了关键问题。不同供电局SCADA厂家不同上传的数据格式可能不一致省级接入时要么统一要求上报规约要么在中调侧做规约适配层。3.4 通信机房闭路监视与视频联动论文要求通信机房安装摄像头实现整个机房的闭路监视监视信号接入变电站闭路监视系统同时对异常/事故前状态及异常/事故时的状态进行录像并将监视信号接入地调监控中心监视系统。这里异常/事故前状态这个表述很关键它对应的是视频预录功能。硬盘录像机需要开启预录预触发录像也就是在告警触发前若干秒就开始存录像否则等告警信号到了再录像事故前几秒的画面早就丢了。实施时要确认DVR支持预录参数设置并把预录时长配到5秒以上。视频和动力环境数据的联动工程上通常有两种做法一种是告警触发时SCADA产生告警事件联动视频系统调出对应机房的画面另一种是视频系统独立运行SCADA画面里嵌入视频链接。论文没有细化联动逻辑但闭路监视系统的建设要至少做到视频可查、可录、可回放并且时间基准要和SCADA对时一致否则事后分析事故时视频时间轴和告警时间轴对不上会带来很大困扰。建议在实施时把视频服务器和SCADA服务器接入同一套时间同步源。4. 基于SCADA的主站功能这些要有的功能实际指向什么4.1 为什么复用SCADA而不是新建独立动环平台论文给出的核心结论是利用电力调度自动化系统(SCADA)即可实现对电力通信站的监控功能通过SCADA系统提供的信息接收处理与转发方式实现通信站机房环境的远程集中监视和管控。这个选型理由从投资和运维两个角度看都很充分。新建一套独立的动环监控平台意味着要采购服务器、数据库授权、监控软件、组态开发服务还要单独维护一套系统、培训一批人员复用SCADA系统新增的只是采集接入和画面开发数据、告警、报表都沿用现成的机制。对地调来说调度自动化系统本身就有完善的告警管理、历史数据存储、权限控制和安全审计功能这些都是动环监控所需要的。但复用SCADA也有代价主要体现在点表资源、画面容量和存储策略上。调度自动化系统的点表容量是有限的动环测点虽然不算多但如果接入几十上百个变电站每个站几十个测点总量也不小。做接入前要和SCADA厂家确认剩余点表容量和处理能力别等到接入一半发现数据库扛不住。存储也一样动环数据密度远高于调度数据历史数据保存一年以上意味着存储空间要提前规划论文提到告警数据、操作数据和监测数据要能保存一年以上这项指标在复用SCADA时需要和厂家明确存储方案。4.2 主站端核心功能清单拆解论文对主站端功能列了一长串我把它们按模块拆开看实际上可以归成六类实时监视、网络浏览、告警处理、统计报表、安全管理、维护管理。逐条对照如下功能类别论文要求实施要点实时监视图形界面实时显示监控对象分布状况、工作状态和运行参数组态画面按站点/设备分层次组织网络浏览提供整个监控系统网络构成模拟浏览图从网络拓扑图能快速进入具体基站告警处理分级告警、紧急/重要/一般告警、确认、分类显示、查询告警级别与声音、颜色、推画面联动统计报表日/月/年告警统计表、监测数据统计报表、运行参数曲线报表要能按告警级别、类型、设备类型分类统计安全管理用户组管理、权限配置、操作鉴权、设备操作记录操作记录含工号、设备名称、操作内容、时间维护管理数据备份和恢复、交接班日志、派修工单、机历卡、登退录报表对接运维流程避免只存数据不产生管理效益这里面的分级告警功能显示值得单独说。论文把告警分成紧急告警、重要告警、一般告警和告警提示四档这在配置时要和报文优先级、推画面联动一起做。紧急告警应该做到弹窗加声音加可能的短信通知重要告警做到声音加画面着色一般告警做到画面显示即可告警提示则属于纯记录性质。很多项目翻车的点在于三档告警的阈值没有人认真定义最后所有告警都按同一级别处理失去分级的意义。4.3 组态画面与故障定位的实现逻辑论文在显示功能里提了一句很值得琢磨的话通过逐层扩展最后将故障定位在监控对象上。这句话对应的实际上是SCADA组态的层级设计逻辑总览图显示全网站点分布和告警状态局站图显示一个站内的设备状态设备图显示具体测点数据。做这套三层画面的时候我的经验是先定图层命名规范和测点命名规范再动手画画面。测点命名如果混乱后期做告警排序和统计报表会非常痛苦。建议命名格式统一为站名-设备类型-测点描述比如城南变-通信电源-直流母线电压这样组态画面、告警查询、报表统计都能按名字过滤排错效率高很多。故障定位的精准程度取决于测点接入的颗粒度。如果只接整流模块总告警故障定位到模块级就到底了如果想定位到具体哪个模块就要把每个模块的告警干接点都接进来。论文里的要求是整流模块故障总告警这是总告警级别的定位实施时如果现场具备条件加配模块级告警接入会让运维省很多事。4.4 分站端功能与本地控制优先分站端功能论文列了七条实施中最重要的有两条。第一告警优先主动上报——分站检测到告警后不等主站轮询就主动把告警报文推上去这样才能保证主站实时看到告警第二本地控制优先功能——分站可以屏蔽监控中心发来的遥控命令同时通知监控中心当前处于本地控制状态。这个本地控制优先在现场维护时是保命功能。维护人员在通信机房里做蓄电池放电试验或者整流模块检修时如果远方有人在主站误点遥控设备突然动作是很危险的。分站端必须支持本地/远方切换切到本地后主站的遥控命令要么被丢弃要么被拒绝并在主站产生提示。论文里明确写了可屏蔽监控中心发出的遥控命令并以适当方式通知监控中心此时所处的控制状态这一段在写技术规范时应当原样保留不能省。分站端还要有就地保存告警信息和监测数据统计值至少2天的能力。这条要求工程上经常被忽略但它有实际意义通信通道出故障时主站收不到数据等通道恢复后分站可以把缓冲的数据补传上去避免数据空洞。配置时要注意分站存储介质容量按测点数量和数据采集周期估算2天是最低要求我一般建议按7天规划。5. 实施避坑指南无人值守通信站动环监控的五个常见问题5.1 告警风暴一告警全站刷屏现象某个通信站通信电源交流输入断电结果整流模块故障、直流母线电压异常、蓄电池放电告警一起涌上来主站画面瞬间被几十条告警刷屏值班员根本分不清哪个是根原因。原因告警分级和告警抑制规则没有提前配置。交流输入断电是根原因后续那些全是衍生告警但系统把所有告警都按同一个级别推了上来没有做告警关联和压制。解决接入调试时就要和SCADA厂家定好告警抑制规则。比如交流输入故障触发后整流模块故障和直流电压异常等衍生告警可以自动降级或延迟上报。至少要做到紧急告警、重要告警、一般告警的级别分明让值班员一眼看到根原因。5.2 本地控制优先功能被架空现象分站端明明配置了本地控制优先但主站操作人员仍然能遥控通信电源的直流输出分合闸现场维护人员非常紧张。原因分站端的本地/远方切换开关没有接入监控系统的开关量输入或者切换信号接到了系统但SCADA侧没有做遥控闭锁逻辑。系统以为自己在远方状态实际上切换开关已经切到本地了。解决本地/远方切换开关的状态必须作为一个遥信点接入SCADA主站遥控逻辑里做互锁判断——切到本地时主站侧遥控命令直接返回被拒绝并给出原因。这一点要在验收大纲里明确写出来做传动试验。5.3 数据保存周期算错一年要求变空话现象主站系统运行大半年后历史告警数据开始丢失报表查询不到三个月前的数据和论文要求的保存一年以上差距很大。原因存储空间没按一年规划。告警数据、操作数据和监测数据没有做分类存储策略监测数据的高频写入很快把存储空间吃满数据库开始滚动覆盖旧数据。解决按测点数量和数据采集周期估算年数据量再乘上冗余系数给出存储容量配置方案。同时做数据分级存储告警和操作数据全量保存监测数据按分钟或按小时归档超高频的原始采样数据做压缩或降采样存储。项目启动时就要把这项写进技术协议。5.4 变送器量程和采集精度不匹配导致数据跳变现象直流母线电压实测53.5VSCADA画面上显示的数值在52V到55V之间来回跳告警频繁误发。原因直流电压变送器量程选得太宽比如选0-300V的量程来测53V的电压信号在小量程范围内占比太低A/D转换精度被浪费采样值波动被放大。解决变送器量程按被测电压的1.5-2倍选。直流母线电压按标称值53.5V选0-100V或0-120V的量程比较合适。交流电压变送器同理按实际电压等级选量程。另外现场要检查变送器供电是否稳定直流电压变送器如果直接取自被测母线供电电压波动会直接影响输出。5.5 地调端Web浏览权限开了安全边界模糊了现象为了满足通信机房人员远程浏览的需求把Web服务器的访问权限开放给了办公网结果调度自动化系统的安全分区边界被破坏了。原因Web发布服务的部署位置和访问通道没有按电力监控系统安全防护规定设计。调度自动化系统属于安全区I对外发布要走横向隔离装置不能直接把服务暴露在办公网络里。解决分为两类处理一类是在安全区II部署Web发布服务器通过反向隔离装置从安全区I获取数据通信专业人员只能访问II区另一类是复用已有的调度信息发布系统把动环画面作为一组页面接入不给通信人员单独开具调度系统账号。这个边界问题做方案时就要和自动化专业确认别等部署完再整改。6. 验收与验证四步确认这套系统真的可用6.1 第一步逐点核对遥信遥测点表点表核对是最基础、也最容易出问题的一步。不要只信SCADA厂家提交的点表文档要在现场逐点做传动把每个开关量输入短接或断开确认主站对应遥信变位对每个模拟量输入加标准信号源确认变送器输出和主站显示值对应。我做这类验收的习惯是打印一张点表清单每个点做一勾一签签名确认凡是做过传动的点才不会在后续运行中扯皮。特别是告警级别一定要从分站侧触发确认主站显示的是配置好的级别而不是默认级别。6.2 第二步做告警联动和声音屏蔽传动试验告警联动测试要模拟紧急告警和一般告警两条线路紧急告警触发后画面变色、声音、弹窗都要在一两秒内出现一般告警只做画面提示。然后测试声音确认和人工屏蔽功能——确认后声音停止屏蔽某类告警后该类告警不再响铃但其他告警声音不受影响。这个试验必须做不做的话第二天就可能出现全站静音的尴尬局面。6.3 第三步验证历史数据保存周期验收时直接查历史数据库的存储空间和归档策略确认告警数据、操作数据、监测数据分别存在哪里、保存多长时间、满了之后怎么处理。要求厂家提供存储容量计算书而不是口头承诺能存一年。另外抽样检查分站端的2天本地存储功能断开分站到主站的通道让分站持续运行确认本地存储正常恢复通道后确认数据能补传。6.4 第四步验证视频预录和回放视频方面重点测两个功能预录功能是否开启事故前5秒的画面能否正常回放视频时间轴和SCADA告警时间轴是否一致。我验收时会在机房做一个明显的动作比如用手在摄像头前挥动然后触发一个告警事后把SCADA告警时间和视频回放画面对照时间差超过2秒就要查对时。从那以后我每次做动环项目验收都会强制走一遍这四步流程点表传动、告警联动、存储验证、视频对时一个都不能少。这套流程帮我在多个项目上提前扫掉了隐患希望也能帮到你。本文还有配套的精品资源点击获取