藍洪林　章錦文　周為峰　于瑩瑩

摘要：對變電站輔助監(jiān)控平臺系統(tǒng)進行了探究，針對環(huán)境監(jiān)測、消防火災(zāi)、安防門禁、動力照明及視頻監(jiān)控等輔助系統(tǒng)的智能融合程度不高等現(xiàn)狀，提出了一種基于消息隊列的變電站智能聯(lián)動技術(shù)，給出了輔助監(jiān)控系統(tǒng)的智能聯(lián)動框架及其實現(xiàn)方案，解決了輔助監(jiān)控子系統(tǒng)各自孤立、無法融合聯(lián)動智能告警等問題，可以保證變電站無人值守、安全運行。

關(guān)鍵詞：變電站;消息隊列;智能聯(lián)動;框架;實現(xiàn)方案

中圖分類號：TM63;TM76 ? ?文獻標志碼：A ? ?文章編號：1671-0797（2022）02-0020-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.02.006

0 ? ?引言

變電站的環(huán)境監(jiān)測、消防火災(zāi)、安防門禁、動力照明及視頻監(jiān)控等輔助系統(tǒng)一般都是相互獨立的[1]，在輔助監(jiān)控多系統(tǒng)融合接入的前提下，輔助監(jiān)控系統(tǒng)才能實現(xiàn)聯(lián)動功能，而變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)智能聯(lián)動的核心就是智能傳感器設(shè)備的泛在物聯(lián)，其是實現(xiàn)變電站智能運維的重要支撐手段[2]。

1 ? ?系統(tǒng)概述

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)一般包含環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、消防火災(zāi)系統(tǒng)、安防門禁系統(tǒng)、動力照明系統(tǒng)、智能設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控及巡檢系統(tǒng)等子系統(tǒng)，以標準規(guī)約方式集成接入電力監(jiān)控、動環(huán)監(jiān)控、SF6監(jiān)測、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)的信息，通過事先組態(tài)好的聯(lián)動規(guī)則，實現(xiàn)門禁系統(tǒng)、動力照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等的自動控制，并可同時打開相應(yīng)攝像機，實時顯示追蹤變電站現(xiàn)場畫面[3]。

2 ? ?變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)研究

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動規(guī)則編寫，需要一種靈活的圖形可視化的組態(tài)維護方式，而不是通過現(xiàn)場設(shè)備煩瑣的硬節(jié)點接線、硬編碼技術(shù)等手段來實現(xiàn)[4]。目前業(yè)內(nèi)解決方案多為傳統(tǒng)物理硬接線聯(lián)動，具有聯(lián)動規(guī)則的編寫和維護較煩瑣，各子系統(tǒng)聯(lián)動相互孤立等特征[5]。變電站輔助監(jiān)控子系統(tǒng)之間相互獨立運行，缺乏融合聯(lián)動，無法共享系統(tǒng)之間有用的信息，不僅造成了系統(tǒng)資源的浪費，工作效率的降低，還增加了系統(tǒng)運維的成本。開展變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)及相關(guān)聯(lián)動技術(shù)的研究，對提高變電站的無人化水平，保障變電站安全穩(wěn)定運行具有重要意義[6-7]。

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)按跨平臺理念設(shè)計，兼容Linux/

Windows等操作系統(tǒng)，可采用Oracle、MySQL、Mongo等多種商業(yè)數(shù)據(jù)庫，結(jié)合公司獨立開發(fā)的高效實時數(shù)據(jù)庫及基于B/S架構(gòu)的數(shù)據(jù)軟總線，實現(xiàn)了一個統(tǒng)一的一體化信息平臺。本系統(tǒng)由物理感知層、傳輸網(wǎng)關(guān)層、消息總線層、核心服務(wù)層、平臺應(yīng)用層等五部分組成，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2.1 ? ?物理感知層

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的物理感知層包含溫濕度傳感器、空調(diào)控制器、玻璃破碎探測器、紅外雙鑒探測器、電子圍欄、水浸探測器、門禁控制器、燈光控制器、火災(zāi)聲光警報器、火災(zāi)報警控制器、煙溫復(fù)合探測器等各類智能傳感類設(shè)備。除此之外，還有變壓器、GIS、SF6等設(shè)備的在線監(jiān)測裝置，以及安防攝像機、高清球型攝像機、紅外雙目攝像機等視頻設(shè)備。

2.2 ? ?傳輸網(wǎng)關(guān)層

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)關(guān)層包含支持IEC 104、Modbus等常規(guī)電力規(guī)約的智能接口網(wǎng)關(guān)機，支持MQTT、CoAP等物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的邊緣代理網(wǎng)關(guān)機，以及支持視頻傳輸采用ONVIF、PSIA、RTSP、RTMP等國際、國家、行業(yè)統(tǒng)一標準協(xié)議的流媒體服務(wù)器。

2.3 ? ?消息總線層

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的消息總線層包含采用高級消息隊列，如RabbitMQ、Kafka或ActiveMQ等協(xié)議實現(xiàn)的松耦合架構(gòu)設(shè)計，不僅提高了系統(tǒng)的魯棒性、擴展性，還異步解耦了系統(tǒng)服務(wù)之間的相互調(diào)用。

2.4 ? ?核心服務(wù)層

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的核心服務(wù)層包含管理服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、鑒權(quán)服務(wù)、繪圖服務(wù)、工作流引擎服務(wù)、告警服務(wù)、聯(lián)動服務(wù)、采樣服務(wù)、視頻分析服務(wù)及巡檢服務(wù)等，為上層的應(yīng)用層提供接口服務(wù)。

2.5 ? ?平臺應(yīng)用層

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的平臺應(yīng)用層包含平臺管理、報表曲線、告警訂閱、運行監(jiān)視、系統(tǒng)聯(lián)動、三維可視化展示、視頻監(jiān)控及巡檢、環(huán)境監(jiān)控、安防監(jiān)控、消防監(jiān)控、動力照明監(jiān)控等功能。輔助監(jiān)控系統(tǒng)具備基于Activiti的流程引擎、基于Session的統(tǒng)一認證功能、可自由化定制的報表服務(wù);具備大容量、大數(shù)據(jù)信息的高效率處理能力，最大處理能力超過100W點;基于Docker容器化部署，分發(fā)部署更加靈活簡單，方便升級維護;具備輕量化、可視化的畫面組態(tài)功能;具備易于維護及編輯的工具;具有微服務(wù)架構(gòu)的靈活性、可擴展性，能滿足多級監(jiān)控系統(tǒng)要求。

3 ? ?變電站智能聯(lián)動框架設(shè)計與實現(xiàn)

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)是電力監(jiān)控、動環(huán)監(jiān)控、安防門禁、消防火災(zāi)、動力照明、視頻監(jiān)控及巡檢等系統(tǒng)的融合，通過計算機技術(shù)，可以實現(xiàn)輔助監(jiān)控系統(tǒng)的智能聯(lián)動，以達到輔助防誤操作、輔助安全防衛(wèi)等目的[3]。聯(lián)動模塊功能設(shè)計如圖2所示。

具體來說，聯(lián)動規(guī)則組態(tài)模塊編寫聯(lián)動規(guī)則存儲JSON文件到數(shù)據(jù)庫，聯(lián)動規(guī)則解析模塊通過消息隊列（Message Queue，MQ）接收告警監(jiān)控模塊發(fā)出的告警事件，并判斷是否滿足聯(lián)動規(guī)則觸發(fā)的條件，同時使用WebSocket技術(shù)推送告警事件到頁面端。若滿足聯(lián)動規(guī)則的動作條件，則發(fā)出相應(yīng)的遙控遙調(diào)報文給告警監(jiān)控模塊，或發(fā)出相應(yīng)的遙視報文給流媒體服務(wù)。聯(lián)動模塊架構(gòu)設(shè)計如圖3所示。

3.1 ? ?基于Web端的聯(lián)動規(guī)則組態(tài)方法

在Web端訪問組態(tài)界面，可根據(jù)用戶聯(lián)動控制表，拖動輔助監(jiān)控類設(shè)備圖元、SCADA類設(shè)備圖元、門邏輯圖元等到圖紙，并用連接線連接，關(guān)聯(lián)相關(guān)數(shù)據(jù)庫，最終生成聯(lián)動規(guī)則。聯(lián)動規(guī)則組態(tài)界面如圖4所示。

3.2 ? ?基于消息隊列的聯(lián)動規(guī)則解析方法

聯(lián)動規(guī)則解析模塊采樣Spring框架，遞歸解析聯(lián)動規(guī)則條件，流程如圖5所示。

聯(lián)動解析模塊主要包含聯(lián)動監(jiān)聽服務(wù)和聯(lián)動執(zhí)行服務(wù)兩部分。聯(lián)動監(jiān)聽服務(wù)負責(zé)從消息隊列MQ上接收輔助監(jiān)控與SCADA實時告警消息，判斷是否滿足聯(lián)動規(guī)則條件，如滿足條件則執(zhí)行聯(lián)動執(zhí)行服務(wù)。聯(lián)動執(zhí)行服務(wù)根據(jù)實時庫中聯(lián)動規(guī)約組態(tài)的聯(lián)動目標，發(fā)送遙控、遙調(diào)、遙視報文到消息隊列MQ上，最終達到智能聯(lián)動的效果。

3.3 ? ?基于消息隊列的聯(lián)動告警方法

通過開發(fā)變電站智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)的消息隊列伴侶程序，實時采集SCADA告警數(shù)據(jù)，放入自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并通過足夠的環(huán)形緩存存放。將伴侶程序采集的告警數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至消息隊列MQ中間件，供Web端讀取。預(yù)留接收數(shù)據(jù)接口，接收控制命令。告警監(jiān)控運行界面如圖6所示。

4 ? ?結(jié)語

智能聯(lián)動技術(shù)作為變電站智慧運維的核心手段之一，是建設(shè)變電站智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)的重要途徑。本文對變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)功能及架構(gòu)進行了闡述，提出了一種基于消息隊列的智能聯(lián)動框架及實現(xiàn)方案，直觀展示了其對智慧運維的促進作用。

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收稿日期：2021-10-25

作者簡介：藍洪林（1970—），男，福建上杭人，工程師，長期從事電廠電氣運維管理及檢修策劃等工作。

通信作者：于瑩瑩（1987—），男，江蘇南京人，碩士研究生，工程師，主要從事變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的研究工作。