王曉勇，田明光，張延童，徐彬泰，呂新荃

（國網(wǎng)山東省電力公司信息通信公司，山東 濟南 250001）

500 kV變電站通信機房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)研究

王曉勇，田明光，張延童，徐彬泰，呂新荃

（國網(wǎng)山東省電力公司信息通信公司，山東 濟南 250001）

動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)作為保障變電站通信機房可靠運行的信息化技術(shù)手段，可以有效支撐電力通信網(wǎng)絡的安全穩(wěn)定運行。在當前500 kV變電站逐步推行無人值守模式的大背景下，如何建設適合自身特點的通信機房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)已成為共同關(guān)注的重要課題。結(jié)合山東地區(qū)500 kV變電站通信機房運行現(xiàn)狀，在討論分析監(jiān)控對象和內(nèi)容的基礎(chǔ)上，給出山東地區(qū)500 kV變電站通信機房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建設實施方案。監(jiān)控系統(tǒng)在山東地區(qū)的實際應用，有效降低了變電站通信機房內(nèi)通信設備的故障率，保障了電力通信網(wǎng)絡的可靠運行。

動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)；建設方案；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；監(jiān)控中心；監(jiān)控子站；應用成效

0 引言

動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以結(jié)合不同通信機房的設備特點和工作環(huán)境，對通信機房內(nèi)的通信電源、蓄電池組、空調(diào)等設備以及溫度、濕度、水浸等環(huán)境量實現(xiàn)“遙測、遙信、遙調(diào)、遙控、遙視”等功能［1］。 動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)已在公網(wǎng)和專網(wǎng)通信系統(tǒng)中得到廣泛應用，成為保障通信機房安全穩(wěn)定運行的有效技術(shù)手段。

近年來，隨著全國各地區(qū)500 kV變電站不斷推行無人值守模式，對通信機房可靠運行提出了更加嚴格的要求。在此背景下，如何建設適應新形勢和滿足新需求的動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，持續(xù)提升通信機房管理水平，逐步成為共同關(guān)注的重要課題。

1 監(jiān)控需求分析

1.1 山東地區(qū)500 kV變電站通信機房運行現(xiàn)狀

目前，山東地區(qū)已投運42座500 kV及以上變電站，多數(shù)配置有獨立通信機房。變電站通信機房內(nèi)運行著大量光傳輸設備、調(diào)度交換設備、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)等通信設備，有效支撐著山東電網(wǎng)的平穩(wěn)有序運行。部分通信站點作為國家電網(wǎng)公司一、二級骨干傳輸網(wǎng)的通信中繼站，例如500 kV岱宗變電站承載著上海廟—山東±800 kV直流特高壓工程的繼電保護、安全控制裝置、調(diào)度自動化等重要數(shù)據(jù)業(yè)務，直接關(guān)系到特高壓電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行［2］。

變電站通信機房內(nèi)的通信用電源設備和機房工作環(huán)境是保障通信設備安全運行的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，一旦出現(xiàn)異常將影響到電力通信網(wǎng)絡的可靠運行，甚至可能觸發(fā)各層級的電網(wǎng)事故，重要性不言而喻。由于山東地區(qū)500 kV變電站通信機房數(shù)量多、分布相對分散，且已實行無人值守，導致通信運維人員的運行維護工作繁瑣復雜，管理水平難以持續(xù)提升，轄區(qū)內(nèi)電力通信網(wǎng)絡的安全運行存在較大壓力。

1.2 集中監(jiān)控需求分析

“三集五大”以來，隨著山東地區(qū)500 kV變電站通信機房的運維職能發(fā)生調(diào)整，運維主體變更為山東信通公司。山東信通公司致力于三級電力骨干通信網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化和運維管理水平提升，考慮原有監(jiān)控系統(tǒng)采取分散監(jiān)控且功能單一，是制約高效率和智能化運維的“瓶頸”，已無法滿足電網(wǎng)發(fā)展對電力通信網(wǎng)絡建設的新要求，為實施集中監(jiān)控提供了重要動機。

同時，由于山東地區(qū)500 kV變電站已全面推行無人值守模式，通信運維人員無法實時掌握通信機房工況信息，導致通信機房存在較大隱患。按照DL/T 544—2012《電力通信運行管理規(guī)程》要求，對于無人值守的通信站點，應具備相應的遠程監(jiān)測手段，監(jiān)測數(shù)據(jù)應能夠及時傳送到所屬中心站或24 h有人值守的通信站點［3］。因此，在當前人力資源有限條件下，尋求利用先進技術(shù)手段對通信機房采取集中監(jiān)控，以適應新形勢和滿足新需求尤其重要。

2 監(jiān)控對象和內(nèi)容

2.1 監(jiān)控對象的選取

山東地區(qū)500 kV變電站通信機房內(nèi)動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)重點實現(xiàn)高頻開關(guān)電源、蓄電池組、機房空調(diào)運行數(shù)據(jù)及告警信息的實時監(jiān)控以及機房溫濕度、水浸、視頻圖像等環(huán)境量的監(jiān)控。因此，監(jiān)控對象可大致分為兩大類：動力設備和機房環(huán)境［4］。

動力設備：高頻開關(guān)電源、蓄電池組等通信用電源設備。

機房環(huán)境：機房溫濕度、機柜內(nèi)溫濕度、浸水信息、機房實時圖像畫面以及機房空調(diào)。

2.2 監(jiān)控內(nèi)容的確定

山東地區(qū)500 kV變電站通信機房內(nèi)動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)選取動力設備和機房環(huán)境為監(jiān)控對象，監(jiān)控內(nèi)容則是對監(jiān)控對象的工況信息實現(xiàn)“遙測、遙信、遙調(diào)、遙控、遙視”等功能。山東地區(qū)500 kV變電站通信機房內(nèi)動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控對象和監(jiān)控內(nèi)容如表1所示。

表1 監(jiān)控對象和內(nèi)容

高頻開關(guān)電源。監(jiān)測開關(guān)電源工作狀態(tài)和采集交流輸入電壓、電流，整流模塊輸出電壓、電流等運行參數(shù)。

蓄電池組。監(jiān)測蓄電池組工作狀態(tài)和采集蓄電池組組電壓、組電流、組標示溫度、單體充放電電流等運行參數(shù)。

機房空調(diào)。監(jiān)測機房空調(diào)（風機、壓縮機）工作狀態(tài)和采集空調(diào)工作電壓、負載電流等運行參數(shù)。

機房溫濕度。監(jiān)測機房重要工作區(qū)域的溫濕度及觸發(fā)閾值越限告警。

機柜溫濕度。監(jiān)測機房重要設備（例如SDH、OTN、PTN等光傳輸設備）機柜內(nèi)的溫濕度及觸發(fā)閾值越限告警。

浸水信息。采集機房敏感區(qū)域漏水情況及觸發(fā)水浸報警。

視頻圖像。實時采集機房重點工作區(qū)域的視頻圖像畫面。

3 監(jiān)控系統(tǒng)建設方案

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)基本架構(gòu)

山東地區(qū)500 kV變電站通信機房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用較為實用的扁平化組網(wǎng)結(jié)構(gòu)［5］，由監(jiān)控中心和監(jiān)控子站兩級組成，系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

監(jiān)控子站設置在轄區(qū)內(nèi)各座500 kV變電站的通信機房，采集現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)，包括動力設備和機房環(huán)境的各類工況信息，并與監(jiān)控中心完成交互通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳和主動告警，便于調(diào)度值班人員全面掌握機房內(nèi)各通信設備的運行工況［6］。

監(jiān)控中心設置在國網(wǎng)山東省電力公司本部，主要完成監(jiān)控子站所上傳數(shù)據(jù)信息的匯聚、處理、備份，為通信調(diào)度值班人員提供調(diào)度決策，以便及時安排通信運維人員到站處理各類設備缺陷和故障。

監(jiān)控中心與監(jiān)控子站之間的數(shù)據(jù)傳輸承載于山東省骨干SDH光傳輸網(wǎng)絡。監(jiān)控子站將所采集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為標準以太網(wǎng)信號，通過網(wǎng)絡交換機接入監(jiān)控子站側(cè)SDH設備，再經(jīng)獨立的SDH業(yè)務通道傳輸至監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫，完成數(shù)據(jù)信息的匯聚［7］。

3.2 監(jiān)控中心建設方案

監(jiān)控中心作為整個動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控和管理中心，主要由網(wǎng)絡交換機、數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器、前置服務器、磁盤陣列、管理工作站等網(wǎng)絡設備組成，如圖2所示。

圖2 監(jiān)控中心方案

省公司本部監(jiān)控中心的主要網(wǎng)絡設備配置。

網(wǎng)絡交換機。用于組建本部監(jiān)控中心的網(wǎng)絡平臺，負責接入數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器、管理工作站等網(wǎng)絡設備。同時，預留連接通信管理系統(tǒng)SG-TMS 的通信接口［8］。

數(shù)據(jù)庫服務器。作為監(jiān)控中心關(guān)鍵設備，主要用于存儲監(jiān)控數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)，具體包括參數(shù)配置、告警信息、操作維護記錄、現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)等。

應用服務器。主要負責承載監(jiān)控中心各種軟件模塊，包括數(shù)據(jù)庫存儲、數(shù)據(jù)庫備份、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、用戶鑒權(quán)、系統(tǒng)管理、WEB服務、SQL Server數(shù)據(jù)庫管理、視頻監(jiān)控等服務軟件。

前置服務器。主要負責輪詢監(jiān)控子站采集上傳的數(shù)據(jù)信息，處理后發(fā)送到數(shù)據(jù)庫和管理工作站。同時，可根據(jù)監(jiān)控子站地址下發(fā)監(jiān)控中心的控制操作命令。

管理工作站。主要負責提供圖形化的人機界面，實現(xiàn)用戶交互監(jiān)控功能，包括實時監(jiān)控數(shù)據(jù)和告警信息顯示、處理及視頻瀏覽、攝像機控制等視頻監(jiān)控功能，以及提供歷史數(shù)據(jù)查詢、報表打印等服務。

3.3 監(jiān)控子站建設方案

根據(jù)每座500 kV變電站通信機房的設備情況和機房環(huán)境，配置相應的傳感器、協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置和匯集裝置，對機房內(nèi)的動力設備和機房環(huán)境進行監(jiān)控。另外，在通信機房設置1套子站監(jiān)控單元，實現(xiàn)機房現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)采集、處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

以山東地區(qū)濟南500 kV變電站為例，通信機房監(jiān)控子站建設方案如圖3所示。

圖3 監(jiān)控子站典型建設方案

濟南500 kV變電站通信機房監(jiān)控子站的建設實施方案如下［9-11］。

高頻開關(guān)電源監(jiān)測。配有監(jiān)控模塊的高頻開關(guān)電源，利用智能接口通信，采取協(xié)議轉(zhuǎn)換的方式獲取電源設備的運行參數(shù)和告警信息；非智能高頻開關(guān)電源，則通過加裝輔助測量裝置實現(xiàn)運行參數(shù)和告警信息的采集。

蓄電池組監(jiān)測。在蓄電池室設置1套蓄電池監(jiān)控單元，配合直流電流變送器完成蓄電池組運行參數(shù)采集，選取433M無線通信方式完成數(shù)據(jù)傳輸。

機房空調(diào)監(jiān)測。機房內(nèi)的精密空調(diào)（智能空調(diào)），利用智能空調(diào)的智能接口采集信息，經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換可獲取空調(diào)的相關(guān)運行參數(shù)；普通空調(diào)（非智能空調(diào)），采用交流電流變送器和遠程紅外空調(diào)控制器實現(xiàn)監(jiān)控。

機房溫濕度監(jiān)測。在機房地板上2m和設備前0.4m處區(qū)域安裝數(shù)字溫濕度傳感器，通過有線方式將測量數(shù)值上傳至子站監(jiān)控單元［12］。

機柜內(nèi)溫濕度監(jiān)測。在關(guān)鍵通信設備的機柜內(nèi)安裝無線溫濕度傳感器（內(nèi)置5 V電池），采用Zigbee無線方式上傳測量數(shù)值至子站監(jiān)控單元處理。

浸水信息監(jiān)測。在機房空調(diào)下方及進出水管等敏感區(qū)域安裝水浸傳感器，采集機房浸水信息，交由現(xiàn)場監(jiān)控單元進行處理。

視頻監(jiān)控。在機房合適位置安裝2套高清紅外網(wǎng)絡攝像機，同現(xiàn)場子站監(jiān)控單元并接入網(wǎng)絡交換機，完成機房視頻圖像信息的實時采集。

4 監(jiān)控系統(tǒng)應用

山東地區(qū)500 kV變電站通信機房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)始建于2007年，后期經(jīng)歷一、二期升級改造工程，系統(tǒng)覆蓋范圍和實現(xiàn)功能得到了不斷提升和完善，逐步演進為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)合理和功能完善的動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。截至目前，該系統(tǒng)已覆蓋省公司本部中心傳輸機房、1座1 000 kV變電站以及37座500 kV變電站等通信站點。按照工程實施計劃，預計2017年底前可實現(xiàn)轄區(qū)內(nèi)42座500 kV及以上變電站的全面接入。

隨著動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建成和推廣應用，通信調(diào)度值班人員已實現(xiàn)通信機房的7×24 h無縫隙監(jiān)控。一旦電源設備發(fā)生故障或機房工作環(huán)境出現(xiàn)問題，系統(tǒng)將自動觸發(fā)告警，值班人員可以及時告知運維人員趕赴現(xiàn)場處理，有效保障了電力通信網(wǎng)絡的安全可靠運行。根據(jù)《山東省電力通信設備運行統(tǒng)計分析評價報告 （2016年）》，2016年山東地區(qū)三級電力骨干通信網(wǎng)全網(wǎng)通信設備故障率較2015年降低了 5%［13］。

5 結(jié)語

500 kV變電站通信機房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)作為電力通信網(wǎng)絡的重要組成部分，在電網(wǎng)建設、生產(chǎn)、運行等方面發(fā)揮著重要作用。山東信通公司為持續(xù)深化監(jiān)控系統(tǒng)對變電站通信機房穩(wěn)定運行的重要支撐作用，確保實現(xiàn)對山東地區(qū)三級電力骨干通信網(wǎng)絡及時有效的集中監(jiān)控，積極開展了對變電站通信機房動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的應用研究工作。

系統(tǒng)的建設和推廣應用，將全面提升山東信通公司對電力通信網(wǎng)絡的管理水平和掌控力度，為電網(wǎng)發(fā)展提供更可靠、更高效的通信支撐。

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［2］徐彬泰，劉磊，張延童，等．變電站動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)傳輸方案研究［J］.電力信息與通信技術(shù)，2015，13（10）：29-32．

［3］國家能源局.電力通信運行管理規(guī)程：DL /T 544—2012［S］.北京：中國電力出版社，2012：1－12.

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Research on Power and Environment Monitoring System Construction of 500 kV S ubstation C ommunication E quipment R oom

WANG Xiaoyong，T IAN Mingguang，Z HANG Yantong，X U Bintai，L V Xinquan
（Information and Telecommunications Company，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China）

Power and environmentmonitoring system is an important technicalmeans to ensure the safety and stable operation of the communication equipment room of the substation，which is essential for the communication system of the power network operating reliably.Under the background of that the 500 kV substations are gradually implemented with unattended mode，how to build the power and environmentmonitoring system for the respective characteristics of each region has become a common concern.In this paper，a solution for the power and environment monitoring system applying to the 500 kV substations in Shandong area is developed based on the analysis and discussion on the current status of 500 kV substation communication equipment room，the objects and their contents to bemonitored.The practical application of themonitoring system in Shandong area effectively reduces the failure rate of the communication equipment in the communication room of the substation and ensures the reliability of the power communication network.

power and environmentmonitoring system；solution；system structure；supervision center；supervision sub-station；application performance

TP277

：B

：1007－9904（2017）08－0049－04

2017-02-07

王曉勇（1987），男，工程師，主要從事電力通信工程建設管理及電力通信網(wǎng)線路運維檢修工作；

田明光（1965），男，高級工程師，主要從事電力通信網(wǎng)技術(shù)管理工作；

張延童（1981），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)通信設備運維檢修工作；

徐彬泰（1987），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)通信設備運維檢修工作；

呂新荃（1989），男，助理工程師，從事電力系統(tǒng)通信設備運維檢修工作。