引言

變電站的環(huán)境監(jiān)測、消防火災、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,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。

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)、消防火災系統(tǒng)、安防門禁系統(tǒng)、動力照明系統(tǒng)、智能設備在線監(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)、空調系統(tǒng)等的自動控制,并可同時打開相應攝像機,實時顯示追蹤變電站現(xiàn)場畫面。

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)場設備煩瑣的硬節(jié)點接線、硬編碼技術等手段來實現(xiàn)。目前業(yè)內解決方案多為傳統(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。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)架構及相關聯(lián)動技術的研究,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。

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)按跨平臺理念設計,兼容Linux/windows等操作系統(tǒng),可采用Oracle、Mys0L、MQngo等多種商業(yè)數(shù)據(jù)庫,結合公司獨立開發(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、傳輸網關層、消息總線層、核心服務層、平臺應用層等五部分組成,系統(tǒng)架構如圖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、火災聲光警報器、火災報警控制器、煙溫復合探測器等各類智能傳感類設備。除此之外,還有變壓器、GIS、SF6等設備的在線監(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備。

2.2傳輸網關層

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸網關層包含支持IEC104、MQdbus等常規(guī)電力規(guī)約的智能接口網關機,支持MQTT、CoAP等物聯(lián)網協(xié)議的邊緣代理網關機,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)的松耦合架構設計,不僅提高了系統(tǒng)的魯棒性、擴展性,還異步解耦了系統(tǒng)服務之間的相互調用。

2.4核心服務層

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

2.5平臺應用層

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的平臺應用層包含平臺管理、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;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:具有微服務架構的靈活性、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、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,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。聯(lián)動模塊功能設計如圖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(Messageoueue,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)出相應的遙控遙調報文給告警監(jiān)控模塊,或發(fā)出相應的遙視報文給流媒體服務。聯(lián)動模塊架構設計如圖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)控類設備圖元、SCADA類設備圖元、門邏輯圖元等到圖紙,并用連接線連接,關聯(lián)相關數(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)聽服務和聯(lián)動執(zhí)行服務兩部分。聯(lián)動監(jiān)聽服務負責從消息隊列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。聯(lián)動執(zhí)行服務根據(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、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)結構,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)轉發(fā)至消息隊列MQ中間件,供Web端讀取。預留接收數(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結語

智能聯(lián)動技術作為變電站智慧運維的核心手段之一,是建設變電站智能輔助監(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。