110kV变电站监控系统改造处理分析

【摘要】随着市场经济的发展以及观念的变化，110kV变电站不得不采取新豹策略、新的技术和管理措施，增强市场竞争实力。变电站自动化以信号数字纯和计算机通信技术为标志，进入传统的交电站二次设备领域，使变电站运行和监控发生了大量变化，并取得了显著韵效益。本文首先探讨了变电站监控系统的功能与组成，分析了其存在的问题，论述了基于OPC技术的110kV变电站监控系统改造处理，经过测试后取得了很好的效果。

【关键词】110kV变电站；监控系统；测试

变电站是电力系统正常运行串的一个重要的环节，它完成电能的传输、电压的变换和电能分配等多方面的功能。随着中国经济水平的不断提高和变电站工程的不断增多，但随之而来的变电站安全监控问题日益突现出，110kV变电站工程的安全监视与控制管理成为110kV变电站工程安全正常运行的重要问题[1]。比如2008年年初，我国南方更是遭受了百年不遇的冰雪灾害，变电站设备和输电线路遭受了冰雪的侵袭，为此变电站监控机制需要进一步加强和完善。传统安全监控是建立在各安全监控子系统结构基础上的，随着电力部门网络的全面改造，各变电站都有了相应的通讯网络，使远程监控成为可能[2]。本文为此针对传统的变电站监控系统存在的问题，本文在变电站监控系统中引入了OPC技术，探讨了110kV变电站监控系统OPC技术改造处理，取得了很好效果，现报告如下。

1.变电站监控系统的功能与组成

1.1 变电站监控系统的功能

变电站监控系统是为配合变电站实现无人值守而增设的电网辅助监控系统，最基本的目的是将变电站的各个监视点的报警信息传输到监控中心，监控人员可通过实时图像和运动信息对变电站的运行情况进行综合监控与分析[3]。主要功能有：

(1)实时视频监控，监视设备运行状态，与变电站监视区域的智能设备配合，实现防盗、防火功能；

(2)报警功能，当发生报警时，能自动切换到相应的摄像机，有预置机位的应自动切换至指定预置机位，变电站视频处理单元或数字录像机能自动进行存盘录像，并联动相关设备；

(3)控制功能，能对所有摄像机进行控制，实现对摄像机视角、方位、焦距调整；

(4)由红外传感器、烟雾传感器和其它传感器组成的感应探测模块，对监控现场进行全方位的监测；

(5)图像录像管理，实现报警前和报警后的录像存储。

1.2 变电站监控系统的组成

变电站监控系统主要分为三大部分：监控前端控制器、监控数据传输网络和客户端应用程序。

(1)监控前端控制器。使用高性能ARM9芯片作为主处理器，配合各种电路、摄像头、红外线防盗报警设备电路和烟雾火灾报警设备电路组成监控前端控制器。

(2)监控数据传输网络。将各个监控前端控制器通过网线相连组成一个局域网。

(3)客户端应用程序。

2.传统变电站监控系统存在的问题

传统监控系统存在的问题主要体现在如下几个方面：

2.1 设备实时数据共享困难

传统变电站监控系统如果要被多个应用程序共享就要开发多个驱动程序，而开发驱动程序又是需要花费相当的开发时间，导致了实时数据的共享困难[4]。

2.2 系统的稳定性不易控制

传统变电站监控系统有多个应用同时访问设备，而这些应用访问设备又是通过不同的驱动程序。由于各个应用对设备的访问没有进行相互协调，对设备的访问就不能有效的控制，这将导致系统的崩溃甚至造成硬件设备的损坏。

2.3 硬件与软件之间依赖性强

假设一个系统由M种软件，N个设备，每增加1个新的需要访问这N个设备的应用软件就需要另外开发N个硬件设备的驱动程序。每增加1个新的硬件设备需要为M个应用软件使用就需要开发新的M个设备驱动程序。一个设备升级了需要更新所有使用该设备的应用程序，一个软件升级了则需要重新开发该软件所使用的设备驱动程序。对于拥有很多设备多个应用的监控系统来说，要开发很多的驱动程序，系统结构复杂，开发周期长[5]。

3.基于OPC技术的110kV变电站监控系统改造处理

3.1 OPC技术概况

OPC(Object Linking and Embedding (OLE)for Process Control)是微软公司的对象链按和嵌入技术在过程控制方面的应用。OPC以OLE/COM、DCOM技术为基础，采用客户/服务器模式，为工业自动化软件面向对象的开发提供了统一的标准，其基于PC的客户机之间交换自动化实时数据的方法[6]。采用这项标准后，硬件开发商将取代软件开发商为自己的硬件产品开发统一的OPC接口程序，而软件开发者可免除开发驱动程序的工作，充分发挥自己的特长，把更多的精力投入到其核心产品的开发上。这样不但可避免开发的重复性，也提高了系统的开放性和互操作性。

3.2 OPC技术的应用优势

(1)设备实时数据共享：不同的应用可以通过OPC接口访问OPC服务，获得实时数据从而实现了实时数据的共享。(2)便于控制对设备访问：所有的应用都通过OPC服务访问设备，这样对设备的访问控制只需在OPC服务中进行控制即可，避免了通过不同的驱动同时访问设备所带来的隐患。(3)硬件与软件之间依赖性不强：硬件开发商只需提供一个遵守OPC接口标准的OPC服务，在应用软件开发中也只需通过OPC接口标准来访问设备。(4)系统结构简单，便于开发维护[7]。(5)采用OPC规范，便于系统的组态，将系统复杂性大大简化，可以大大缩短软件开发周期，提高软件运行的可靠性和稳定性，便于系统的升级与维护。(6)OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而实现系统的开放性，易于实现与其它系统的接口。(7)监控系统中不同的应用通过一个统一的接口去访问设备，避免了不同的应用通过不同的驱动访问设备而造成系统的不稳定，甚至是系统的崩溃[8]。

3.3 系统体系结构

基于变电站的安全性考虑，我们放弃了站外部维护的灵活性与交互性，选择了变电站内外有别体系结构，给出了基于OPC技术的变电站监控系统的体系结构。本文的基于OPC技术的变电站监控系统是一个典型的B/S与C/S混合的三层体系结构。由客户端/应用服务器/数据库服务器构成了C/S模式的三层体系结构。由浏览器/WEB服务器/数据服务器构成了B/S模式的三层体系结构。在变电站内部采用的是C/S模式的体系结构。但是由于变电站监控系统的特殊性，使变电站的三层体系结构的功能配置又不同于传统的配置方案。在变电站监控系统中底层的数据层的数据一部分来源于现场的实时数据，另一部分来源于普通的商用数据库。将功能层配置与应用服务器，而数据层则配置在数据库服务器与现场设备的OPC服务器。对于变电站外部则使用了基于B/S模式的三层体系结构。Web页面通过Web服务器获得必要的持久化数据，通过嵌入到Web页面内的ActiveX控件(OPC客户端)来连接OPC服务器，获取实时数据，进行显示与分析。

4.基于OPC技术的110kV变电站监控系统测试分析

本变电站监控系统集视频监控、红外线防盗监测和火灾报警等功能于一体，充分发挥嵌入式系统和计算机网络的优势，能够对变电站实际状况进行很好的监控。在实验室状态下，我们将EBEYE V2000摄像头通过USB接口相连，将热释电红外线探测电路和离子型烟雾火灾探测设各与控制板连接起来。监控客户端采用一台PC，二者通过网线相连，形成一个局域网，并通过超级终端进行测试。(1)Bootloader移植：通过JTAG口，应用vivi移植Bootloader到服务器，并正常工作。(2)Linux内核移植：应用内核和根文件系统，内核在服务器终端成功加载界面。(3)客户端人机交互操作程序测试：在客户端PC上，点击“变电站监控系统”图标，输入用户名和密码，单击进入“确定”。监控系统正常运行，实时视频图像清晰，红外线探头和烟雾火灾报警探头运行正常。通过操作按钮，进行监控探头的切换[9]。

5.110kV变电站监控系统的改造技术发展

5.1 数字化技术

近些年来，数字化的浪潮已波及到各个领域，其中仅就安全监控领域来说，人们即已从安全监控设备及系统的数字化方面享受到前所未有的便捷与实惠。将数字技术引入智能监控领域，着实使传统的电视监控系统产生了质的飞跃。数字技术具有各种可以容易地实现在模拟信号处理技术中很难实现的各种功能、算法或处理技术，特别是当采用双线性插值或三次卷积插值等技术来进行图像幅面大小的调整时，还可以在大屏幕显示器上获得大幅面的准高清晰图像显示。现代安全监控系统的智能化程度越来越高，基于数字图像处理与模式识别技术的人像识别、人体行为特征识别的应用系统也已开始走向实用。这样，对于结合有指纹识别、虹膜识别的出人口控制系统中，可以进一步结合视频人像复核技术，从而对出入口人员的合法身份进行进一步的确认。

5.2 行为和步态识别技术

行为识别技术属于自动化人工智能监控的一个典型技术。它可以实现自动化人工智能监控技术可以实现的大部分功能，而且由于其主要由软件为主导，设备安装灵活，只需在布防区域设置好摄像机即可。但是这种技术对摄像机的设置点要求较高，而且提供的报警信息是照片形式，而不是视频录像。同时行为识别技术，只能探测到可疑物体，但不能具体识别可疑物体，这些缺陷就不能很好的满足人们对安全监控智能监控的更高要求。步态识别技术则是一种新兴的智能监控技术。而步态识别技术在摄像机的设备要求，采集识别信息的距离，被识别人的不可伪装性，采集区域的光线要求上都要比面像识别有很大优势。

5.3 核心主机个性化

数字矩阵主机固然是监控管理的核心设备，它也是智能监控发展必然的产物，过去许多生产和开发模拟矩阵设备的厂商现在都已经开发数字化监控主机，而且除了实现原有的矩阵功能之外，还合并了DVR功能，这是一种很好的组合，适合在一些大型的监控工程当中使用。同时DVR的产品模式也为其他的监控管理主机的发展提供了有益的参考，另外由于它还具备了智能功能的雏形，它也是智能视频服务器的前身。

总之，随着经济的发展与110kV变电站安全生产的强烈要求，我们将OPC服务器与OPC客户端的开发给出了具体的实现，使整个系统成功的应用于变电站监控系统中，取得了很好的效果。

参考文献

[1]宗亚.浅论网络监控系统体系结构选择[J].变电站现代化,2010,4(8):87-88.

[2]谭克俊,栾秀珍.基于89C51单片机的数字智能监控系统键盘及报警控制卡设计[J].现代电子技术,2009,27 (11):80-81.

[3]邓和莲.释热电红外防盗系统的设计[J].机械工程与自动化,2008,8(2):143-145．

[4]刘淼.嵌入式系统接口设计与Linux驱动程序开发[M].北京:北京航空航天大学出版,2006:39．

[5]杨继华,严国萍.基于嵌入式Linux与3C2410平台的视频采集[J].单片机与嵌入式系统应用,2009,2(11):18-19．

[6]阳宪惠.工业数据通信与控制网络[M].北京:清华大学出版社,2011:84-85．

[7]顾键,王京春,黄德先等.OPC-COM技术在工业自动化软件中应用[J].计算机工程与应用,2009,12(2):207-209．

[8]徐国君,李成利.OPC技术及其在工业控制中的应用[J].青岛科技大学学报.2011,24(6):545-547．

[9]陈龙.安全防范系统要与时俱进——谈数字化、网络化、智能化发展之途[J].中国公共安全,2010,2(3):140-144

作者简介：韩霞（1971—），女，宁夏吴忠人，大学本科，宁夏吴忠供电局调控中心助理工程师，研究方向：电力调度及变电站监控（调控一体化）。