一种智能变电站二次系统的故障监测系统的制作方法

本实用新型属于电力系统技术领域，尤其涉及一种智能变电站二次系统的故障监测系统。

背景技术：

随着科学技术的发展，变电站自动化系统经历了集中式RTU、分布式系统、基于网络的监控系统、数字化变电站到现在的智能变电站的发展历程，变电站自动化水平越来越高。

近年来，我国智能电网的建设已经上升至国家战略层面的高度，而智能变电站是坚强智能电网建设中实现能源转化和控制的核心平台之一，其规划建设已经全面铺开。智能变电站基于IEC61850标准，广泛采用了数字化采样、智能一次设备和光纤以太网等先进技术，大幅提升了变电站的可靠性和智能化水平，同时也给变电站的调试及试验提出了新的要求。

变电站的一次系统是指由发电机、送电线路、变压器、断路器等，发电、输电、变电、配电等设备组成的系统；它们是电力系统的主体，其功能是将发电机所发出的电能，经过输变电设备，逐级降压送到配电系统，而后再由配电线路把电能分配到用户。变电站的二次系统是由继电保护、安全自动控制、系统通讯、调度自动化、DCS自动控制系统（Distributed Control System，分布式自动控制系统）等组成的系统；二次系统是电力系统不可缺少的重要组成部分，它是实现人与一次系统的联系监视、控制，使一次系统能安全经济地运行。

变电站的二次系统用于对一次系统进行调度、监控和维护，但有时变电站的二次系统自身也会发生故障。长期以来，当变电站的二次系统出现故障需要检修时，一般需要运行人员将告警信息反馈给检修人员，检修人员通过告警信息进行人工分析，然后根据分析结果制定检修策略。然而，随着智能变电站的推广，一方面变电站的信息量已经发生成倍的增长，增加了大量的数字化接口信息，运行和检修人员想要准确了解各类告警信息的详细含义变得已经不现实，另一方面随着信息量的增加，人工分析故障的误差也随之增加，因为发生告警的设备不一定是故障设备，也不一定是故障发生位置，表面的告警信息可能是由多种原因造成的，需要充分掌握变电站二次系统中各设备的运行状态才能更准确的确定故障发生的位置和类型，然而表面告警信息的误导而导致人工分析故障产生偏差，影响了对变电站二次系统故障检修的准确性和效率。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种智能变电站二次系统的故障监测系统，用于对智能变电站的二次系统进行运行状态的监测和故障信息的记录，从而用以辅助检修人员进行故障分析，帮助提高对变电站二次系统故障检修的准确性和效率。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术手段：

一种智能变电站二次系统的故障监测系统，包括用以进行运行状态数据收集和显示的第一安全区系统，用以对智能变电站二次系统进行运行状态数据采集和传输的第二安全区系统，以及横向隔离管理系统和调度控制中心系统；

所述第一安全区系统与第二安全区系统之间通过防火墙进行数据通信连接，横向隔离管理系统与第二安全区系统进行数据通信连接，调度控制中心系统则通过纵向加密认证装置分别与第一安全区系统和第二安全区系统进行数据通信连接；所述横向隔离管理系统内设置有综合应用服务器、横向安全隔离装置、数据通信网关机及主站系统，所述主站系统通过数据通信网关机与横向安全隔离装置进行数据通信连接，横向安全隔离装置与综合应用服务器进行数据通信连接，综合应用服务器与第二安全区系统进行数据通信连接。

上述的智能变电站二次系统的故障监测系统中，具体而言，所述第二安全区系统中设置有用以对智能变电站二次系统进行运行状态数据采集的采集系统，以及故障录波装置、运行状态监测系统、视频系统、电源设备、计量设备和计划管理系统；所述采集系统、故障录波装置、运行状态监测系统、视频系统、电源设备、计量设备及和计划管理系统之间通过第四总线进行数据通信连接，且所述第四总线通过防火墙与第一安全区系统建立数据通信连接；所述纵向加密认证装置和综合应用服务器分别与第四总线建立数据通信连接。

上述的智能变电站二次系统的故障监测系统中，具体而言，所述采集系统中设置有监测采集装置和用以获取智能变电站二次系统运行状态数据的传感器设备，传感器设备的数据输出端与监测采集装置的数据输入端相连接，监测采集装置的监测数据输出端连接在第四总线上。

上述的智能变电站二次系统的故障监测系统中，作为优选方案，所述传感器设备中设置有电流传感器、电压传感器、功率传感器、温度传感器、湿度传感器和电磁传感器中的一种或多种。

上述的智能变电站二次系统的故障监测系统中，具体而言，所述视频系统中设置有视频播放装置和用以获取智能变电站二次系统中的设备图像的摄像头，摄像头的图像数据输出端与视频播放装置的图像数据输入端相连接，视频播放装置的视频数据输出端连接在第四总线上。

上述的智能变电站二次系统的故障监测系统中，作为改进方案，所述第二安全区系统中还设置有第二数据通信网关机，纵向加密认证装置通过第二数据通信网关机与第四总线建立数据通信连接，从而实现调度控制中心系统与第二安全区系统的数据通信连接。

上述的智能变电站二次系统的故障监测系统中，具体而言，所述第一安全区系统中设置有时间同步装置、工作站、监控主机、保护系统、合并单元设备和智能终端设备；所述时间同步装置、工作站和监控主机之间通过第一总线进行数据通信连接，且所述第一总线通过防火墙与第二安全区系统建立数据通信连接；所述保护系统通过第二总线连接在第一总线上，所述合并单元设备、智能终端设备和保护系统之间通过第三总线进行数据通信连接。

上述的智能变电站二次系统的故障监测系统中，作为改进方案，所述第一安全区系统中还设置有相量测量数据集中器和数据服务器，所述相量测量数据集中器和数据服务器均与第一总线建立数据通信连接。

上述的智能变电站二次系统的故障监测系统中，作为改进方案，所述第一安全区系统中还设置有第一数据通信网关机，纵向加密认证装置通过第一数据通信网关机与第一总线建立数据通信连接，从而实现调度控制中心系统与第一安全区系统的数据通信连接。

上述的智能变电站二次系统的故障监测系统中，具体而言，所述保护系统中设置有相量测量装置、保护装置和稳压控制装置，所述相量测量装置、保护装置和稳压控制装置的一个数据通信端分别与第二总线建立数据通信连接，相量测量装置、保护装置和稳压控制装置的另一个数据通信端分别与第三总线建立数据通信连接。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型的智能变电站二次系统的故障监测系统，利用第二安全区系统对智能变电站二次系统进行运行状态数据采集和传输，利用第一安全区系统进行运行状态数据收集和显示，通过调度控制中心系统进行智能变电站二次系统的运行状态的监测和故障信息的记录，用以辅助检修人员进行故障分析。

2、本实用新型的智能变电站二次系统的故障监测系统采用了传感器技术，能够用以对被监控的智能变电站二次系统设备的温度、湿度、电压、电流、功率、磁通量等信息进行采集，以达到对二次系统运行状态信息加以全面采集的目的。

3、本实用新型的智能变电站二次系统的故障监测系统中，通过时间同步装置、工作站（工程师工作站、操作员工作站）、监控主机、保护系统、合并单元设备及智能终端设备协同工作监测的模式实现故障监测的目的，并可利用保护系统对相应的二次系统内设施设备及用电设备进行用电保护。

4、本实用新型的智能变电站二次系统的故障监测系统，还可以借助调度控制中心系统的综合分析处理能力，针对各种运行状态数据和故障告警信息对变电站内各类设备的当前运行状况和预计的变化进行判断、决策和指挥，监视、统计和分析变电站二次系统的运行和故障情况，以确定二次系统的故障节点和故障类型，从而帮助运行人员更加清楚的理解各类告警信息含义，辅助检修人员实现故障快速定位和快速诊断，为运检人员提供的故障检修提供有效指导。

5、本实用新型的智能变电站二次系统的故障监测系统能够有效的用于对智能变电站的二次系统进行运行状态的监测和故障信息的记录，从而用以辅助检修人员进行故障分析，帮助提高对变电站二次系统故障检修的准确性和效率。

附图说明

图1为本实用新型智能变电站二次系统的故障监测系统的系统构架关系图。

图2为本实用新型智能变电站二次系统的故障监测系统一种具体实施方式的系统结构图。

具体实施方式

针对于变电站二次系统的人工运检故障存在盲区的问题，有必要针对变电站的二次系统提供专门的故障监测系统，帮助运行人员更充分的掌握变电站二次系统中各设备的运行状态，更加清楚的理解各类告警信息的含义，从而辅助检修人员进行故障分析，帮助提高对变电站二次系统故障检修的准确性和效率。因此，本实用新型提供了一种智能变电站二次系统的故障监测系统。

如图1所示，本实用新型提供的智能变电站二次系统的故障监测系统，包括用以进行运行状态数据收集和显示的第一安全区系统，用以对智能变电站二次系统进行运行状态数据采集和传输的第二安全区系统，以及横向隔离管理系统和调度控制中心系统。其中，第一安全区系统与第二安全区系统之间通过防火墙进行数据通信连接，横向隔离管理系统与第二安全区系统进行数据通信连接，调度控制中心系统则通过纵向加密认证装置分别与第一安全区系统和第二安全区系统进行数据通信连接；横向隔离管理系统内设置有综合应用服务器、横向安全隔离装置、数据通信网关机及主站系统，主站系统通过数据通信网关机与横向安全隔离装置进行数据通信连接，横向安全隔离装置与综合应用服务器进行数据通信连接，综合应用服务器与第二安全区系统进行数据通信连接，如图2所示。

如图2所示，具体而言，本实用新型提供故障监测系统的第二安全区系统中设置有用以对智能变电站二次系统进行运行状态数据采集的采集系统，以及故障录波装置、运行状态监测系统、视频系统、电源设备、计量设备和计划管理系统，采集系统、故障录波装置、运行状态监测系统、视频系统、电源设备、计量设备及和计划管理系统之间通过第四总线进行数据通信连接，且第四总线通过防火墙与第一安全区系统建立数据通信连接，以实现第二安全区系统与第一安全区系统之间的数据通信；而纵向加密认证装置和综合应用服务器则分别与第四总线建立数据通信连接，以分别实现调度控制中心系统、横向隔离管理系统与第二安全区系统之间的数据通信。

在第二安全区系统中，采集系统用于进行二次系统的运行状态数据采集。采集系统中具体设置有监测采集装置和用以获取智能变电站二次系统运行状态数据的传感器设备，传感器设备的数据输出端与监测采集装置的数据输入端相连接，监测采集装置的监测数据输出端连接在第四总线上，使得监测采集装置从传感器设备获取到智能变电站二次系统的运行状态数据后，再发送到第四总线，从而通过第四总线将二次系统的运行状态数据传输到第一安全区系统加以收集。传感器设备中可以设置有电流传感器、电压传感器、功率传感器、温度传感器、湿度传感器和电磁传感器中的一种或多种，用以通过传感器设备采集智能变电站二次系统中设备运行的电流、电压、电功率（有效功率或无效功率）、温度、湿度、磁通量等信息，以达到对二次系统运行状态信息加以全面采集的目的。

故障录波装置用于进行智能变电站二次系统的故障录波处理。故障录波装置可以设计在二次系统发生故障或振荡时记录故障或振荡前、后过程的各种电气量的变化情况，通过这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平均有着重要作用。

运行状态监测系统用于通过第四总线获取采集系统发送的智能变电站二次系统的运行状态数据，从而根据这些运行状态数据对二次系统的运行状态进行多方面的监测。

视频系统用于进行智能变电站二次系统中各设备的实时图像监测。视频系统中具体设置有视频播放装置，以及用以获取智能变电站二次系统中的设备图像的摄像头，摄像头的图像数据输出端与视频播放装置的图像数据输入端相连接，视频播放装置的视频数据输出端连接在第四总线上，由此，视频播放装置能够对摄像头获取到的智能变电站二次系统中各设备的实时图像加以播放显示，并将所述实时图像数据传输发送到第四总线，从而通过第四总线将二次系统中各设备的实时图像数据传输到第一安全区系统。作为优选方案，视频播放装置的显示模块优选采用LED屏幕，以保证具备优秀的显示效果和较低的显示能耗。

计量设备用于通过第四总线获取采集系统发送的智能变电站二次系统的运行状态数据，从而根据这些运行状态数据实现对二次系统的运行计量操作。

计划管理系统用于进行第一安全区中各设备和第二安全区系统中其它各设备的运行安全调度管理工作，执行对二次系统故障点的隔离操作。

由此，实用新型提供智能变电站二次系统的故障监测系统的第二安全区系统便能够用于通过采集系统对二次系统的运行状态数据进行采集，利用运行状态监测系统对二次系统的运行状态进行多方面的监测，通过计量设备实现对二次系统的运行计量操作，且在二次系统发生故障或振荡时通过故障录波装置记录故障或振荡前、后过程的各种电气量的变化情况，利用视频系统进行智能变电站二次系统中各设备的实时图像监测，查看设备的运检情况，实现对智能变电站二次系统各方面运行状态数据的采集、统计和记录，并通过第四总线将数据传输给第一安全区系统和调度控制中心系统。

第二安全区系统的第四总线通过防火墙与第一安全区系统建立数据通信连接，目的是实现第一安全区系统和第二安全区系统之间数据通信的安全隔离。

第二安全区系统通过纵向加密认证装置与调度控制中心系统进行数据通信，则可以更好的确保第二安全区系统与调度控制中心系统之间数据通信的加密安全性；而作为优选方案，在第二安全区系统中还可以设置有第二数据通信网关机，纵向加密认证装置通过第二数据通信网关机与第四总线建立数据通信连接，由此可以借助第二数据通信网关机的网关功能，实现调度控制中心系统对第二安全区系统的数据远程查询和浏览。

如图2所示，具体而言，本实用新型提供故障监测系统的第一安全区系统中设置有时间同步装置、工作站、监控主机、保护系统、合并单元设备和智能终端设备；时间同步装置、工作站和监控主机之间通过第一总线进行数据通信连接，且所述第一总线通过防火墙与第二安全区系统建立数据通信连接；保护系统通过第二总线连接在第一总线上，合并单元设备、智能终端设备和保护系统之间通过第三总线进行数据通信连接。

在第一安全区系统中，时间同步装置是成熟的现有电力系统装置，现有的时间同步装置已采用精准的测频与智能驯服算法，使振荡器时间频率信号与GPS卫星/北斗卫星/外部B码时间基准保持精密同步，同时现有的时间同步装置中已具有智能状态切换功能，能够智能判别两路外部B码时间基准信号的稳定性和优劣，并提供多种时间基准配置方法，能够用以实现对故障监测系统的时间基准配置。

监控主机用于负责对变电站内各类设备监测数据的采集和处理，实现对变电站内各类设备的运行监视、操作与控制、信息综合处理以及故障告警，并且还可以集成防误闭锁操作工作站和保护信息子站等功能。

工作站可以包括有工程师工作站和操作员工作站，且工程师工作站和操作员工作站皆连接在第一总线上；其中，操作员工作站可以用作对变电站内各类设备进行运行监控的主要人机界面，实现对变电站内各一次系统设备、二次系统设备的实时监视和操作控制，并且还可以设计具备事件记录及报警状态显示和查询、设备状态和参数查询、操作控制等功能；而工程师工作站用于实现对本实用新型故障监测系统配置、维护和管理等操作。

保护系统用于对变电站二次系统内的设施设备及用电设备进行用电保护；保护系统中设置有相量测量装置、保护装置和稳压控制装置，相量测量装置、保护装置和稳压控制装置的一个数据通信端分别与第二总线建立数据通信连接，相量测量装置、保护装置和稳压控制装置的另一个数据通信端分别与第三总线建立数据通信连接，主要用于采集一次系统设备的数据信息。

合并单元设备和智能终端设备用于进行二次系统内设备运行状态的协同监测，合并单元和智能终端分别执行电压、电流等测量数据和断路器、隔离刀闸等开关量数据的采集、处理功能，并将这些数据信息与保护装置和稳压控制装置交互，当保护装置和稳压控制装置故障时协同监测保护系统的运行状态。

作为系统的改进方案，在第一安全区系统中还可以设置还可以进一步设置有相量测量数据集中器和数据服务器，相量测量数据集中器和数据服务器均与第一总线建立数据通信连接。

其中，数据服务器用于满足变电站及故障监测系统中各类数据的分类处理和集中存储需求，并且可以经由第一总线向监控主机提供数据的查询、更新、事务管理及多用户存取控制等服务。

相量测量数据集中器（也称为PMU数据集中器，PMU缩写是指Phasor Measurement Unit，相量测量装置）是电力系统实时动态监测系统的重要组成部分，为电力系统的安全稳定运行提供全面的数据信息采集、整理、分析功能，极大提高电力系统的监控水平和稳定运行水平。

而作为优选方案，在第一安全区系统中还可以设置有第一数据通信网关机，纵向加密认证装置通过第一数据通信网关机与第一总线建立数据通信连接，借助第一数据通信网关机的网关功能，可以通过第一总线对数据服务器进行查询、更新、事务管理及多用户存取控制操作，从而采集站内数据，利用纵向加密认证装置通过专用通道向调度控制中心系统传送实时信息，还可以设计具备数据优化、告警直传、远程浏览等功能，进而接收调度控制中心系统的操作与控制命令，实现调度控制中心系统对第一安全区系统的数据远程查询和浏览。

而本实用新型故障监测系统中的调度控制中心系统，是本实用新型故障监测系统的信息处理、监视和控制的中心机构，可以直接采用变电站的调度控制中心来执行，借助其综合分析处理能力，能够根据故障监测系统中收集到的运行状态数据和故障告警信息，对变电站内各类设备的当前运行状况和预计的变化进行判断、决策和指挥，承担对第一安全区系统、第二安全区系统内各设备的调度运行、变电设备运行集中监控、运行方式、计划任务、隔离保护控制等管理职责，监视、统计和分析变电站二次系统的运行和故障情况，以确定二次系统的故障节点和故障类型，并下发故障节点隔离指令。

利用本实用新型智能变电站二次系统的故障监测系统进行故障监测的流程工作过程如下：

1）通过第一安全区系统内设置的工作站进行整个统故障诊断系统的系统配置；

2）通过第二安全区系统内的采集系统进行二次系统内各节点的数据信息采集，得到二次系统的运行状态数据，并利用防火墙传输至第一安全区系统的监控主机及数据服务器内；

3）通过第一安全区系统内的监控主机对整个智能变电站的各类数据采集及处理；

4）利用第一安全区系统内的数据服务器配合监控主机进行监控主机所采集的各类数据的分类处理和集中存储，而后上传至调度控制中心系统；

5）调度控制中心系统根据接收到的数据，监视、统计和分析变电站二次系统的运行和故障情况；

6）当某一个智能变电站所在的二次系统程序故障时，利用第二安全区系统内的故障录波装置对故障点的波形进行录制，并上传至调度控制中心系统；

7）调度控制中心系统综合各类运行状态数据和故障录波数据，分析和确定二次系统的故障节点和故障类型，并利用横向管理系统进行综合应用服务器和主站系统之间的安全隔离，以确保主站系统的信息安全；

8）利用第二安全区系统内的计划管理系统通过第四总线接收调度控制中心系统下发的故障节点隔离指令，进行第一安全区中各设备和第二安全区系统中其它各设备的运行安全调度管理工作，执行对二次系统中故障点的隔离操作。

由此可以看到，本实用新型的智能变电站二次系统的故障监测系统，利用第二安全区系统对智能变电站二次系统进行运行状态数据采集和传输，利用第一安全区系统进行运行状态数据收集和显示，通过调度控制中心系统进行智能变电站二次系统的运行状态的监测和故障信息的记录，从而可以用以辅助检修人员进行故障分析；并且，系统中的调度控制中心系统若直接采用变电站的调度控制中心来执行，则可以借助变电站调度控制中心的综合分析处理能力，针对各种运行状态数据和故障告警信息对变电站内各类设备的当前运行状况和预计的变化进行判断、决策和指挥，监视、统计和分析变电站二次系统的运行和故障情况，以确定二次系统的故障节点和故障类型，从而帮助运行人员更加清楚的理解各类告警信息含义，从而辅助检修人员实现故障快速定位和快速诊断，为运检人员提供的故障检修提供有效指导，帮助提高对变电站二次系统故障检修的准确性和效率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。