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【摘要】为了解决实时监测站点设备运行情况和机房环境信息的问题,佛山供电局通信中心组建了电力通信监测系统。本文主要阐述了佛山供电局电力通信监测系统的应用情况,介绍了监测系统的人机界面及功能,并对监测数据的分析方法进行说明。
【关键词】电力通信;实时;监测
The application of power communication monitoring system in Foshan Power Supply Bureau
Fang Mei-ming
(Foshan Power Supply Bureau,Guangdong Power Grid CorpFoshanGuangdong528000)
【Abstract】:In order to solve the real time monitoring problem of site equipment operation and computer room environmental information issues, communication center of Foshan Power Supply Bureau set up a power communication monitoring system. This paper describes power communication monitoring system application of Foshan Power Supply Bureau, then introduces the man-machine interface and functionality of the monitoring system, and explains the monitoring data analysis methods.
【Key words】 Power communication;Real-time;Monitoring
1. 引言
近几年,随着佛山大电网的建设,电力通信网也不断壮大。现阶段,佛山供电局通信中心负责运行维护的站点多达248个。除了3个500KV变电站有人值守外,其他变电站、营业厅及办公大楼均无人值守。当环境或电源出现问题导致设备运行异常,进而让网管发现告警并通知运行人员去处理已经耽搁了业务的抢修时间,也会危及设备的运行安全。为了确保通信设备的正常稳定运行,及时发现异常情况,自2005年4月开始,佛山供电局通信中心在127个变电站和67个营业厅及行政大楼的通信设备室安装了南京南瑞集团公司生产的通信监测设备,组建起一个电力通信监测系统。该系统可直接采集远端通信站机房的环境量、电源和各种相关设备的遥信、遥测数据,并将采集到的数据上传,以实现远程监控的目的,还可以下发命令进行远程控制。
图1主站硬件连接图
2. 通信监测系统的组建
2.1主站。
主站设在调度大楼的中心机房,硬件设备由工控机、主备服务器、磁盘阵列、网管计算机、监测KVM、WEB服务器、监测防火墙组成。
通信监测系统的组建是建立在数据网的基础上,每个监测点的协议处理器均分配一个IP地址,监测数据经过协议处理器转换为16进制数据包,通过局域网传送至中心机房对应的工控机。我们设置五区的子站分别对应该区的工控机。工控机上安装了前置机软件负责汇总各子站采集的16进制数据转换为10进制(对遥测量)或2进制(对遥信、遥控量)数据,再传送至服务器;我们设置了两套对等的服务器互为主备用,服务器上安装Windows NT Server、Visual C++5.0及Microsoft SQL Server 7.0等后台软件和INMS(Information Manage System)综合网管系统服务端软件,通过对工控机汇总的数据进行分析、转换和计算,从数据包中区分出不同的子站、不同测量值的对应数值及状态;磁盘阵列用于存储服务器分析计算出的各子站的采集数据,便于进行性能分析和历史事件及数据的查询;网管计算机上安装Visual C++5.0及Microsoft SQL Server 7.0及INMS综合网管系统客户端,图像界面反映出各子站的监测结果;监测KVM(多电脑切换器)便于各工控机、服务器等共用一套显示及输入输出设备;Web服务器提供使用IE的方式远程登陆监测系统的功能;监测防火墙可保护监测系统的联网安全。
2.2子站。
每个监测点均安装了一套通信监测设备、包括PTU-XY协议处理器、DQU-K通用数据采集单元、DQU-DC蓄电池设备数据采集单元、DQU-YD远动通道数据采集单元(只在变电站安装)。
2.2.1DQU-K通用数据采集单元。
DQU-K通用数据采集单元具有采集遥信、遥测、遥控量的功能,可接入的遥信量为32个、遥测量为16个、遥控量为4个。遥信量接入端子的正极被标为“YX+”,负极被标为“YX-”。“COM”表示为遥信的公共端;遥测端子为“YC”,“GND”表示为接地点;遥控量输出均引出了继电器的常开触点、中心触点和常开触点,分别表示为“YK_B”、“YK_C”和“YK_K”。
图2DQU-K通用数据采集单元连接图
以500kV西江站为例:门磁及整流模块状态为遥信量(通过电压的有无判别状态)接入遥信端子;烟感温湿度传感器通过变化的直流电压值对应不同的16进制信号以表示不同的温湿度,属于遥测量,接入遥测端子;交流A、B、C各相电压值通过电压隔离传感器后转变为0～+5V间的直流电压值,接入遥测端子;烟感的状态为遥信量,接入遥信端子,其控制开关接入遥控端子。
2.2.2DQU-DC蓄电池设备数据采集单元。DQU-DC蓄电池设备数据采集单元用于监测蓄电池组的每节电池的端电压。遥测端子有两种接入方式:当单节电池电压小于5 V时,从电池两极引至遥测端子的监测线必须各串连一个1.2KΩ/2W的电阻;当单节电池电压大于5 V时,从电池两极引至遥测端子的监测线除了必须各串连一个1.2KΩ/2W的电阻外,还要并联上一个阻值为RT的电阻。RT的值选择方法如表1。
以500kV西江站为例:采用的是24节2V蓄电池组,安上述方式一,接入具有28个遥测量的蓄电池设备数据采集单元(DQU-D28)。如图3所示。遥测量的采集时间大约需要1.1s-30.8s,这意味着遥信量发生变化时,其持续时间必须大于30.8s,才能够被采集器可靠采集。
图3DQU-DC蓄电池设备数据采集单元连接图
图4DQU-YD远动通道数据采集单元连接图
2.2.3DQU-YD远动通道数据采集单元。
DQU-YD远动通道数据采集单元用于监测低速远动数据传输通道,分为模拟远动采集器和数字远动采集器。我们使用的是四线模拟远动采集器。四线模拟远动采用移频监控的方式传输数据信号,例如1700±400HZ远动信号,即1300HZ信号代表“1”,2100HZ信号代表“0”,通过两种不同的频率交替显示来传输二进制数据。DQU-YD远动采集器采用高速采样电路,以确保采集波形的准确性。监测端子并接在四线模拟远动通道上,监测远动信号的电平、频率、包络和告警。并接是通过变量器隔离高阻跨接的,阻抗在10K欧姆以上,因此对阻抗为600欧姆的远动信号影响是可以忽略不计的。
以500KV西江站为例:DQU-YD监测信号是通过机箱后面母板上的DB25芯针型插座输入的。一套DQU-YD用2个DB25芯插头作为信号输入,每个插头对应一块远动数采板Ⅱ,每块远动数采板Ⅱ可监测8路四线通道,共可监测16路四线通道。第1和13针对应远动1的发、第2和14针对应远动1的收,第3和15针对应远动2的发、第4和16针对应远动2的收,以此类推。
2.2.4PTU-XY协议处理器。PTU-XY协议处理器负责把各数据采集单元采集到的监测数据转换为16进制码再封装成UDP协议数据包。
以500kV西江站为例:DQU-K通用数据采集单元以及DQU-YD远动通道数据采集单元分别通过RS232接口与PTU-XY协议处理器相连、DQU-DC蓄电池设备数据采集单元则采用RS485接口与PTU-XY协议处理器连接。经过协议处理的数据包通过RJ45接口进入变电站的综合数据网交换机,由局域网传回中心站,接入对应的工控机。
图5PTU-XY协议处理器连接图
图6 INMS综合网络管理系统变电站界面
表2石湾站蓄电池组实测值与修正前后的遥测值对比图
站名110kV石湾变电站电池数量4节日期2007.8.7
电池编号现场测量电压(V)前置机采集值(十六进制)转换前数值(十进制)转换系数网管显示电压(加修正值前)修正值网管显示电压(加修正值后)
113.4290851+21290.006313.41270.016213.4289
213.3660847+21190.006313.34970.016213.3659
313.5240860+21440.006313.50720.016213.5234
413.3660847+21190.006313.34970.016213.3659
3. 通信监测系统的人机界面
INMS综合网络管理系统采用矢量图作为图形界面,可以不失真的任意放大或缩小。图形系统采用分层和链接的方法,便于组织图形结构,
我们把通信系统图主要分成主视图(各监测站点总图)、环境监测图(各监测站点的环境监测汇总)、电源监测图(各监测点的直流输出、三相交流、电源告警、模块监测汇总)、远动通道图(各监测点的远动通道监测汇总)4个图层,每个图层再可以再链接其他图层。图形界面上每一个图形对象(直线、矩形框、椭圆、文本等对象)都可以和一个数据对象(通信站、设备、电缆、开关量等数据对象)关联,以图形的方式实时的反映通信系统的运行状况。通过点击主视图中的监测点名称,可进入该监测点的具体视图,看到所有监测数据。环境监测包括:温度、湿度、门磁和烟感状态;电源监测包括:交流输入A、B、C相电压、交流输入过/欠压、直流输出电压、直流输出过/欠压、蓄电池充电过/欠压、整流模块状态、电池熔丝状态、通信蓄电池单节电池电压;远动通道监测包括:双通道的收发电平和频率。
INMS综合网络管理系统还具有数据维护、管理报表、系统管理和语音播放等功能。数据维护功能可以对采集的监测数据进行分析和修正,以及增减和修改界面上的图像和文字;管理报表功能可以对历史采集的数据进行整理,以波形、图表等方式显示;系统管理功能可以提供多个不同权限的用户登陆,实现分级管理的功能;语音播放功能可以把告警以不同的声音输出,也可以把预先录制的语音进行关联输出。
4. 通信监测系统的数据分析方法
各子站的通信监测设备,每个都有独立的站号(即设备标识)以及收发信号的端口号。以500KV西江站为例DQU-K通用数据采集单元的站号为20,发信端口为17005、收信端口为17006;DQU-YD远动通道数据采集单元的站号为100,发信端口为17003、收信端口为17004;DQU-DC蓄电池设备数据采集单元的站号为21,发信端口为17007、收信端口为17008。各采集单元的采集数据前会加上站号和端口号的标识,以此区分不同来源及方向的监测数据。
监测系统对采集数据的分析方法很简单。对于遥测量,工控机把16进制采集数据转换为10进制数据传送至服务器,在服务器经过FEP(Front-End Processor)转换,把10进制数据乘以相应的系数得出测量结果;以蓄电池的电压测量为例:某2V电池遥测量的10进制为806,把806乘以系数2.7069×10-3得出电压值为2.1818V;室温遥测量的10进制为2087,乘以系数1.2254×10-2后得出温度为25.5741℃。系数由监测系统的研发厂商提供,采集的数据以及系数使用的小数位越多,测量结果越准确。为了进一步提高测量精确度,我们还可以取实测值和遥测值的平均偏差作为统一修正值。如石湾站的一组4节蓄电池组,其实测值和修正前后的遥测值对比如表2所示。
对于遥信量和遥控量,工控机把16进制数据转换为2进制数据传送至服务器, 每位2进制对应1个遥信量或遥控量。如:一个DQU-K通用数据采集单元有32个遥信量,对应32位二进制数为00000000 01010111 11101111 11000000。第10位为门磁状态,“1”表示“门关”、“0”表示“门开”;第12位为烟感状态,“1”表示“正常”、“0”表示“火警”;第14～19位分别表示泰坦电源1的模块1～6的状态,“1”表示“正常”、“0”表示“故障”。4个遥控量对应的4位二进制数为0100。第2位控制烟感的水阀,“1”表示“断开”、“0”表示“接通”。当需要远程打开水阀时,下发“开阀”命令,即在监控系统上把对应的“1”改为“0”,然后传送到DQU-K通用数据采集单元执行命令。
5. 结束语
通信监测系统的运行,最重要是保证监测数据的准确性和可靠性。监测设备的初期安装调试是关键,要做好根据现场实测结果修正监测数据的工作。
佛山供电局电力监测系统的建立,解决了维护站点数量多且地域分布广、运行人员少、不能及时掌握设备运行情况和机房环境信息的问题。提高了佛山供电局电力通信网的实时监控和生产管理水平。下一步,还要继续研究利用第三方通用协议,接入站点其它智能设备的遥信、遥测数据,搭建一个综合监控平台。
参考文献
[1]缪巍巍,蔡斌.江苏电力通信监测管理系统[J].电力系统通信,2001,(2):31～33
[2]姚辉,徐秉仁.电力通信监测技术在电力通信网中的应用[J].淮南师范学院学报,2007,9(45):34～36
[文章编号]1006-7619(2010)01-29-65
[作者简介]方美明(1982-),女,汉,广东新会,助理工程师,学士,主要研究方向为电力通信系统的组建及应用。
【关键词】电力通信;实时;监测
The application of power communication monitoring system in Foshan Power Supply Bureau
Fang Mei-ming
(Foshan Power Supply Bureau,Guangdong Power Grid CorpFoshanGuangdong528000)
【Abstract】:In order to solve the real time monitoring problem of site equipment operation and computer room environmental information issues, communication center of Foshan Power Supply Bureau set up a power communication monitoring system. This paper describes power communication monitoring system application of Foshan Power Supply Bureau, then introduces the man-machine interface and functionality of the monitoring system, and explains the monitoring data analysis methods.
【Key words】 Power communication;Real-time;Monitoring
1. 引言
近几年,随着佛山大电网的建设,电力通信网也不断壮大。现阶段,佛山供电局通信中心负责运行维护的站点多达248个。除了3个500KV变电站有人值守外,其他变电站、营业厅及办公大楼均无人值守。当环境或电源出现问题导致设备运行异常,进而让网管发现告警并通知运行人员去处理已经耽搁了业务的抢修时间,也会危及设备的运行安全。为了确保通信设备的正常稳定运行,及时发现异常情况,自2005年4月开始,佛山供电局通信中心在127个变电站和67个营业厅及行政大楼的通信设备室安装了南京南瑞集团公司生产的通信监测设备,组建起一个电力通信监测系统。该系统可直接采集远端通信站机房的环境量、电源和各种相关设备的遥信、遥测数据,并将采集到的数据上传,以实现远程监控的目的,还可以下发命令进行远程控制。
图1主站硬件连接图
2. 通信监测系统的组建
2.1主站。
主站设在调度大楼的中心机房,硬件设备由工控机、主备服务器、磁盘阵列、网管计算机、监测KVM、WEB服务器、监测防火墙组成。
通信监测系统的组建是建立在数据网的基础上,每个监测点的协议处理器均分配一个IP地址,监测数据经过协议处理器转换为16进制数据包,通过局域网传送至中心机房对应的工控机。我们设置五区的子站分别对应该区的工控机。工控机上安装了前置机软件负责汇总各子站采集的16进制数据转换为10进制(对遥测量)或2进制(对遥信、遥控量)数据,再传送至服务器;我们设置了两套对等的服务器互为主备用,服务器上安装Windows NT Server、Visual C++5.0及Microsoft SQL Server 7.0等后台软件和INMS(Information Manage System)综合网管系统服务端软件,通过对工控机汇总的数据进行分析、转换和计算,从数据包中区分出不同的子站、不同测量值的对应数值及状态;磁盘阵列用于存储服务器分析计算出的各子站的采集数据,便于进行性能分析和历史事件及数据的查询;网管计算机上安装Visual C++5.0及Microsoft SQL Server 7.0及INMS综合网管系统客户端,图像界面反映出各子站的监测结果;监测KVM(多电脑切换器)便于各工控机、服务器等共用一套显示及输入输出设备;Web服务器提供使用IE的方式远程登陆监测系统的功能;监测防火墙可保护监测系统的联网安全。
2.2子站。
每个监测点均安装了一套通信监测设备、包括PTU-XY协议处理器、DQU-K通用数据采集单元、DQU-DC蓄电池设备数据采集单元、DQU-YD远动通道数据采集单元(只在变电站安装)。
2.2.1DQU-K通用数据采集单元。
DQU-K通用数据采集单元具有采集遥信、遥测、遥控量的功能,可接入的遥信量为32个、遥测量为16个、遥控量为4个。遥信量接入端子的正极被标为“YX+”,负极被标为“YX-”。“COM”表示为遥信的公共端;遥测端子为“YC”,“GND”表示为接地点;遥控量输出均引出了继电器的常开触点、中心触点和常开触点,分别表示为“YK_B”、“YK_C”和“YK_K”。
图2DQU-K通用数据采集单元连接图
以500kV西江站为例:门磁及整流模块状态为遥信量(通过电压的有无判别状态)接入遥信端子;烟感温湿度传感器通过变化的直流电压值对应不同的16进制信号以表示不同的温湿度,属于遥测量,接入遥测端子;交流A、B、C各相电压值通过电压隔离传感器后转变为0～+5V间的直流电压值,接入遥测端子;烟感的状态为遥信量,接入遥信端子,其控制开关接入遥控端子。
2.2.2DQU-DC蓄电池设备数据采集单元。DQU-DC蓄电池设备数据采集单元用于监测蓄电池组的每节电池的端电压。遥测端子有两种接入方式:当单节电池电压小于5 V时,从电池两极引至遥测端子的监测线必须各串连一个1.2KΩ/2W的电阻;当单节电池电压大于5 V时,从电池两极引至遥测端子的监测线除了必须各串连一个1.2KΩ/2W的电阻外,还要并联上一个阻值为RT的电阻。RT的值选择方法如表1。
以500kV西江站为例:采用的是24节2V蓄电池组,安上述方式一,接入具有28个遥测量的蓄电池设备数据采集单元(DQU-D28)。如图3所示。遥测量的采集时间大约需要1.1s-30.8s,这意味着遥信量发生变化时,其持续时间必须大于30.8s,才能够被采集器可靠采集。
图3DQU-DC蓄电池设备数据采集单元连接图
图4DQU-YD远动通道数据采集单元连接图
2.2.3DQU-YD远动通道数据采集单元。
DQU-YD远动通道数据采集单元用于监测低速远动数据传输通道,分为模拟远动采集器和数字远动采集器。我们使用的是四线模拟远动采集器。四线模拟远动采用移频监控的方式传输数据信号,例如1700±400HZ远动信号,即1300HZ信号代表“1”,2100HZ信号代表“0”,通过两种不同的频率交替显示来传输二进制数据。DQU-YD远动采集器采用高速采样电路,以确保采集波形的准确性。监测端子并接在四线模拟远动通道上,监测远动信号的电平、频率、包络和告警。并接是通过变量器隔离高阻跨接的,阻抗在10K欧姆以上,因此对阻抗为600欧姆的远动信号影响是可以忽略不计的。
以500KV西江站为例:DQU-YD监测信号是通过机箱后面母板上的DB25芯针型插座输入的。一套DQU-YD用2个DB25芯插头作为信号输入,每个插头对应一块远动数采板Ⅱ,每块远动数采板Ⅱ可监测8路四线通道,共可监测16路四线通道。第1和13针对应远动1的发、第2和14针对应远动1的收,第3和15针对应远动2的发、第4和16针对应远动2的收,以此类推。
2.2.4PTU-XY协议处理器。PTU-XY协议处理器负责把各数据采集单元采集到的监测数据转换为16进制码再封装成UDP协议数据包。
以500kV西江站为例:DQU-K通用数据采集单元以及DQU-YD远动通道数据采集单元分别通过RS232接口与PTU-XY协议处理器相连、DQU-DC蓄电池设备数据采集单元则采用RS485接口与PTU-XY协议处理器连接。经过协议处理的数据包通过RJ45接口进入变电站的综合数据网交换机,由局域网传回中心站,接入对应的工控机。
图5PTU-XY协议处理器连接图
图6 INMS综合网络管理系统变电站界面
表2石湾站蓄电池组实测值与修正前后的遥测值对比图
站名110kV石湾变电站电池数量4节日期2007.8.7
电池编号现场测量电压(V)前置机采集值(十六进制)转换前数值(十进制)转换系数网管显示电压(加修正值前)修正值网管显示电压(加修正值后)
113.4290851+21290.006313.41270.016213.4289
213.3660847+21190.006313.34970.016213.3659
313.5240860+21440.006313.50720.016213.5234
413.3660847+21190.006313.34970.016213.3659
3. 通信监测系统的人机界面
INMS综合网络管理系统采用矢量图作为图形界面,可以不失真的任意放大或缩小。图形系统采用分层和链接的方法,便于组织图形结构,
我们把通信系统图主要分成主视图(各监测站点总图)、环境监测图(各监测站点的环境监测汇总)、电源监测图(各监测点的直流输出、三相交流、电源告警、模块监测汇总)、远动通道图(各监测点的远动通道监测汇总)4个图层,每个图层再可以再链接其他图层。图形界面上每一个图形对象(直线、矩形框、椭圆、文本等对象)都可以和一个数据对象(通信站、设备、电缆、开关量等数据对象)关联,以图形的方式实时的反映通信系统的运行状况。通过点击主视图中的监测点名称,可进入该监测点的具体视图,看到所有监测数据。环境监测包括:温度、湿度、门磁和烟感状态;电源监测包括:交流输入A、B、C相电压、交流输入过/欠压、直流输出电压、直流输出过/欠压、蓄电池充电过/欠压、整流模块状态、电池熔丝状态、通信蓄电池单节电池电压;远动通道监测包括:双通道的收发电平和频率。
INMS综合网络管理系统还具有数据维护、管理报表、系统管理和语音播放等功能。数据维护功能可以对采集的监测数据进行分析和修正,以及增减和修改界面上的图像和文字;管理报表功能可以对历史采集的数据进行整理,以波形、图表等方式显示;系统管理功能可以提供多个不同权限的用户登陆,实现分级管理的功能;语音播放功能可以把告警以不同的声音输出,也可以把预先录制的语音进行关联输出。
4. 通信监测系统的数据分析方法
各子站的通信监测设备,每个都有独立的站号(即设备标识)以及收发信号的端口号。以500KV西江站为例DQU-K通用数据采集单元的站号为20,发信端口为17005、收信端口为17006;DQU-YD远动通道数据采集单元的站号为100,发信端口为17003、收信端口为17004;DQU-DC蓄电池设备数据采集单元的站号为21,发信端口为17007、收信端口为17008。各采集单元的采集数据前会加上站号和端口号的标识,以此区分不同来源及方向的监测数据。
监测系统对采集数据的分析方法很简单。对于遥测量,工控机把16进制采集数据转换为10进制数据传送至服务器,在服务器经过FEP(Front-End Processor)转换,把10进制数据乘以相应的系数得出测量结果;以蓄电池的电压测量为例:某2V电池遥测量的10进制为806,把806乘以系数2.7069×10-3得出电压值为2.1818V;室温遥测量的10进制为2087,乘以系数1.2254×10-2后得出温度为25.5741℃。系数由监测系统的研发厂商提供,采集的数据以及系数使用的小数位越多,测量结果越准确。为了进一步提高测量精确度,我们还可以取实测值和遥测值的平均偏差作为统一修正值。如石湾站的一组4节蓄电池组,其实测值和修正前后的遥测值对比如表2所示。
对于遥信量和遥控量,工控机把16进制数据转换为2进制数据传送至服务器, 每位2进制对应1个遥信量或遥控量。如:一个DQU-K通用数据采集单元有32个遥信量,对应32位二进制数为00000000 01010111 11101111 11000000。第10位为门磁状态,“1”表示“门关”、“0”表示“门开”;第12位为烟感状态,“1”表示“正常”、“0”表示“火警”;第14～19位分别表示泰坦电源1的模块1～6的状态,“1”表示“正常”、“0”表示“故障”。4个遥控量对应的4位二进制数为0100。第2位控制烟感的水阀,“1”表示“断开”、“0”表示“接通”。当需要远程打开水阀时,下发“开阀”命令,即在监控系统上把对应的“1”改为“0”,然后传送到DQU-K通用数据采集单元执行命令。
5. 结束语
通信监测系统的运行,最重要是保证监测数据的准确性和可靠性。监测设备的初期安装调试是关键,要做好根据现场实测结果修正监测数据的工作。
佛山供电局电力监测系统的建立,解决了维护站点数量多且地域分布广、运行人员少、不能及时掌握设备运行情况和机房环境信息的问题。提高了佛山供电局电力通信网的实时监控和生产管理水平。下一步,还要继续研究利用第三方通用协议,接入站点其它智能设备的遥信、遥测数据,搭建一个综合监控平台。
参考文献
[1]缪巍巍,蔡斌.江苏电力通信监测管理系统[J].电力系统通信,2001,(2):31～33
[2]姚辉,徐秉仁.电力通信监测技术在电力通信网中的应用[J].淮南师范学院学报,2007,9(45):34～36
[文章编号]1006-7619(2010)01-29-65
[作者简介]方美明(1982-),女,汉,广东新会,助理工程师,学士,主要研究方向为电力通信系统的组建及应用。