一种状态接入控制器的实现与应用

知识点：接入控制器

近年来，国内变电设备状态监测在理论研究、技术开发和工程应用方面都取得了较大进展[1]，我国已经成为全球变电设备在线监测最大的市场[2-4]。但变电站内在线监测装置涉及多个厂家，各厂家监测装置的监测数据不能集成，且监测数据仅能在站内查看，难以对设备运行状况进行统筹分析诊断[5]。

因此，国家电网各网省公司部署了统一的状态监测主站系统[6]，采用“两级部署，三级应用”结构，地市和网省公司用户通过登录网省级主站系统使用变电设备状态监测应用功能。以网省公司为单位统一接入区域内在线监测数据并研究变电设备运行状况、发展趋势及潜在问题，涉及地域更广，分析结果更具有实际指导意义。

CAC在变电站在线监测系统中发挥着承上启下的重要作用，是实现上述构想的关键。CAC接入系统如图1所示。变电站内在线监测系统中综合监测单元汇聚被监测设备所有相关监测装置发送的数据，结合计算模型生成并上传CAC可以直接利用的标准化数据（符合DL/T 860规约的标准化数据）。CAC建立统一的数据库并进行时间序列存盘，实现站内在线监测数据的集中管理，通过I2接口将监测数据上送给主站CAG）。

图1 CAC接入系统示意图

1 CAC的设计

CAC部署在变电站内，通过IEC61850客户端规约接收站内监测装置的监测数据，同时通过I2规约（webservice方式或103规约）与主站端CAG进行数据交互：转发采集的站内监测数据，并接收CAG下发的控制命令，将控制命令转发给相应的监测装置，在状态监测系统中发挥着承上启下的枢纽作用。

文章设计的CAC装置采用2U机架式安装工控机，具有8路 10/100M 自适应网络接口，2路 RS232、4路232/485/422可切换的光电隔离串口，采用32G固态硬盘，配有独立时钟硬件看门狗，可通过SUPERIO或GPIO控制，使用AC 110/220V双电源冗余供电，具有高可靠性和强抗干扰能力。

该装置安装red hatenterprise 5.4操作系统，使用JAVA开发web展示系统和I2接口服务软件，采用MySql和SQLite数据库。

2 CAC的功能

2.1 接入在线监测数据

文章设计的CAC能够接入变电站内变压器、电抗器、断路器、GIS、电容性设备、金属氧化物避雷器等一次设备的在线监测数据[7-8]，支持IEC61850和Modbus通信规约。

2.2 数据处理

对站内监测装置上传的数据进行异常点剔除，统计模拟量数据的最大值、最小值、平均值并保存至历史库中，可循环存储不少于30天的历史数据，存储时间间隔可调，如1分钟、10分钟、15分钟等。

2.3 数据上传

CAC将经过处理的在线监测数据通过webservice方式或103规约转发至主站端CAG。数据上传支持周期上送和主站总召两种方式。

2.4 支持主站控制

主站向CAC下发控制指令后，CAC解析指令报文，向被指定的对象（在线监测装置或CAC自身）分发该报文。

2.5 对时功能

具备与变电站内授时系统和状态监测主站系统对时的功能，支持B码对时和简单网络时间协议（SimpleNetwork Time Protocol，SNTP）对时方式。

2.6 web展示

web展示是CAC以web方式向外提供浏览服务，局域网内的站内和站外用户可以通过浏览器查看变电站内设备运行状态及综合诊断结果。在还未部署状态监测主站系统的地区，web展示发挥着从站内向站外传输在线监测数据的重要作用，为电力研究部门、运检部门提供重要的数据保障。

web展示包括用户管理、状态信息实时显示、历史数据查询、历史趋势图形显示、大卫三角形和立方图诊断等功能模块，下节将做详细介绍。

3 web展示技术及功能

3.1 技术选择

web结构易于管理和维护、升级方式简单、无需开发维护客户端软件，是远程浏览开发常用的技术手段。Web技术中，传统网页刷新是对整个网页的内容全部刷新，但在线监测数据变化频繁且数据量大，如果对整个网页的内容全部刷新，必然导致网络带宽和服务器CPU负荷严重过载。

因此，设计采用AJAX技术实现快速的局部数据交换。AJAX 技术主要由异步 和Xml（可扩展标记语言）组成，可以在不重新加载整个网页的情况下，对网页的局部进行更新。这样可以大幅减少服务器和浏览器之间交换的数据，降低带宽和服务器的负荷，提高用户使用效率[9-10]。

3.2 主要功能

3.2.1 用户管理

为保证信息安全，需采用统一的用户登录入口，对访问用户的身份进行验证。文章采用在JSP 文件中访问用户数据库的方法验证用户身份的合法性。具有管理员身份的用户可查看、添加、删除一般权限用户，一般权限用户在得到管理员用户分配的初始密码后可更改密码。若非法登录或输入过程有误，则提供报错信息。用户登录流程见图2。

图2 用户登录流程图

3.2.2 状态信息实时显示

页面实时显示被监测设备的状态信息（正常或异常）。可以选择页面刷新时间，选择区间为5-300秒。页面显示效果如图3所示。

图3 状态信息的实时显示

3.2.3 历史数据查询

客户端可以在远方查询CAC中保存的监测量历史数据，以表格形式展示。从页面中可以选择要查询的监测量及要查询数据的开始时间和结束时间，查询结果的页面如图4所示。

图4 历史数据查询

3.2.4 历史趋势图形显示

web页面中提供了以曲线形式展示历史数据的功能。曲线图形直观形象，易于判断监测量的变化趋势，对决策判断、提高诊断水平有很大帮助。进行表格查询后，通过“显示图像”查询按钮，进行历史趋势图形显示，如图5所示。

图5 历史趋势图形

3.2.5大卫三角形和立方图诊断

对变压器油中溶解气体的组分和含量采集后，须采用一定的算法分析变压器的运行状况（如正常运行、热故障、放电故障等）。常用的算法有大卫三角形法、立方图法、三比值法，文章设计的Web系统提供了大卫三角形和立方图两种诊断方法[11]。大卫三角形和立方图诊断是以每次刷新时读取历史库中的最新数据进行诊断，将诊断结果以汇点和文字描述的方式展示出来。

图6和图7分别是同一组数据两种算法的诊断结果，每种算法都有盲区，所以最终诊断结果需综合两种算法的诊断结果。从图中可以看出，该组数据的最终诊断结果为高能放电。

图6 大卫三角形诊断

图7 立方图诊断

4 结语

CAC使用IEC61850客户端规约接收站内监测装置的监测数据、通过I2规约与主站端CAG进行数据交互，规范了线监测数据接入主站的方式，在变电站在线监测系统中发挥着承上启下的重要作用。

以网省公司为单位统一接入在线监测数据、研究变电设备运行状况、发展趋势及潜在的问题，涉及地域更广，研究结果更具有实际指导意义，为“大运行”、“大检修”体系建设奠定了良好基础。

相关推荐：

1、GB5226.1-2008 机械电气安全

2、GB19517-2009国家电气设备安全技术规范