智能變電站的安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文｜西北電力設(shè)計(jì)院 蔡利敏 王 勇 湯 俊

1 引言

智能變電站是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要節(jié)點(diǎn)之一，其主要作用就是為智能電網(wǎng)提供標(biāo)準(zhǔn)的、可靠的節(jié)點(diǎn)（包含一、二次設(shè)備和系統(tǒng)）支撐，其穩(wěn)定可靠的運(yùn)行關(guān)系到千家萬(wàn)戶和工、礦企業(yè)生產(chǎn)單位的能源供應(yīng)，是工、農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)和城鎮(zhèn)居民正常生活的保證。

隨著智能變電站無(wú)人值守管理模式的推廣，主站端正逐步對(duì)各變電站實(shí)施遠(yuǎn)程管理，從而更有力的提高效率。然而，在2008年奧運(yùn)期間，西安某大型的變電站中曾出現(xiàn)過(guò)非法翻越變電站圍墻，竄入設(shè)備區(qū)偷盜電力設(shè)備，發(fā)生電擊，使入侵人員燒傷并造成設(shè)備損壞和大面積停電的事故，給電網(wǎng)安全、自身安全以及財(cái)產(chǎn)安全造成了巨大的威脅，并給電力企業(yè)帶來(lái)了負(fù)面影響。

2 智能變電站的特點(diǎn)

變電站是電力輸送控制的核心環(huán)節(jié)。變電站電壓等級(jí)越高，供電范圍就越大，地位就越重要?，F(xiàn)代化的智能變電站站點(diǎn)分散，無(wú)人值守或較少人值守，而有形圍墻阻擋性較弱，入侵者較容易攀爬進(jìn)入，存在安全隱患。一旦發(fā)生事故，對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)將造成極大危害，因此，其周界防范要求等級(jí)高。

智能變電站采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，建立在統(tǒng)一通信平臺(tái)基礎(chǔ)上，通過(guò)智能一次設(shè)備、二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化連接和信息的數(shù)字化傳輸，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能和各種高級(jí)應(yīng)用功能。站內(nèi)設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性和抗電磁波干擾強(qiáng)度要求高。因此，智能變電站的安防系統(tǒng)要求設(shè)備一定要保證能在強(qiáng)電磁干擾情況下正常工作，自身還不能發(fā)出超強(qiáng)的干擾，以免干擾變電設(shè)備的正常運(yùn)行。要求安防設(shè)備具備不間斷供電系統(tǒng)，在變電站停電的情況下使該設(shè)備也能正常工作。要求安防設(shè)備應(yīng)能夠防火和防潮，保證設(shè)備能在最壞情況下的正常工作。并且，要求保證安防設(shè)備能夠把報(bào)警信號(hào)、圖像和聲音等信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的傳送至監(jiān)控中心或運(yùn)維中心。

3 安防系統(tǒng)的組成

對(duì)于智能變電站的安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持將入侵者阻絕于安防區(qū)域之外（或延緩侵入時(shí)間），并采用多防線、不同技術(shù)手段組成周界防范系統(tǒng)的理念。智能變電站的安防系統(tǒng)應(yīng)具備報(bào)警（及時(shí)發(fā)現(xiàn)）、阻擋（延緩進(jìn)入）、威懾（不敢進(jìn)入）、復(fù)核與取證、報(bào)警與監(jiān)視、照明的聯(lián)動(dòng)。

智能變電站的安防系統(tǒng)包括前端、后端和傳輸三部分組成。前端是智能報(bào)警主機(jī)、圖像監(jiān)控、硬盤錄像、電子圍欄系統(tǒng)等；后端是設(shè)在電力公司的調(diào)度中心或變電站運(yùn)維中心的圖像監(jiān)控系統(tǒng)；傳輸采用電力系統(tǒng)通信綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)（或?qū)＞€通道）傳輸至主站系統(tǒng)。

3.1 電子圍欄系統(tǒng)

電子圍欄系統(tǒng)是一種周界安防產(chǎn)品，相比高壓電網(wǎng)、紅外對(duì)射等產(chǎn)品，具有安全、可靠、智能化程度高、誤報(bào)率低、安裝方便、操作簡(jiǎn)單等眾多優(yōu)點(diǎn)。金屬線上懸掛的警示牌具有威懾功能，強(qiáng)行突破將使主機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。電子網(wǎng)采用低能量、低頻率的脈沖，不會(huì)造成生命傷害，而且基本不受天氣的影響，在惡劣環(huán)境下仍能正常工作。電子圍欄系統(tǒng)可以與遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

3.1.1 系統(tǒng)對(duì)于智能變電站的適用性

智能變電站的周界防范采用電子圍欄系統(tǒng)，主要是基于其威懾力的考慮。首先，電子圍欄每隔一段距離就掛一塊警示牌，具有明顯的警告標(biāo)識(shí)。其次，電子圍欄間隔約160mm為金屬裸線，外觀似電網(wǎng)，觸碰時(shí)有電擊，從而給予企圖入侵者以震懾力。用于變電站的產(chǎn)品要求安全、可靠、抗干擾能力強(qiáng)、誤報(bào)率低。

此外，在變電站的圍墻或其他醒目位置可安裝聲光報(bào)警器，電子圍欄系統(tǒng)脈沖主機(jī)具有多種報(bào)警的輸出接口，可以直接連接現(xiàn)場(chǎng)的聲光報(bào)警器和警衛(wèi)室/值班室等，當(dāng)入侵者受到電擊后仍然執(zhí)意要翻越電子圍欄時(shí)，系統(tǒng)的報(bào)警顯示——聲光報(bào)警器突然啟動(dòng)，足以令入侵者因害怕發(fā)現(xiàn)而自動(dòng)退離，從而有效防范入侵破壞，且其人身也不會(huì)受到任何傷害。

3.1.2 系統(tǒng)組成

電子圍欄系統(tǒng)主要由脈沖主機(jī)、前端圍欄以及報(bào)警信號(hào)的傳輸三部分組成。脈沖主機(jī)產(chǎn)生脈沖信號(hào)供給前端圍欄，從而探測(cè)入侵者并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。前端圍欄應(yīng)具有抗高壓、抗污、抗氧化、耐腐蝕等功能，由支撐桿、高強(qiáng)度耐壓絕緣子、合金導(dǎo)線、高壓絕緣線、線收緊器、線連接器、避雷器、警示牌等部件組成。

智能變電站周界的前端圍欄要求具有抗高壓、抗污、抗氧化、耐腐蝕等功能，該設(shè)備由支撐桿、高強(qiáng)度耐壓絕緣子、報(bào)警鋁鎂合金導(dǎo)線、高壓絕緣線、線收緊器、線連接器、避雷器、警示牌等部件組成。前端圍欄的安裝可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況采用立桿或壁掛形式，采用鋼架對(duì)其進(jìn)行支撐。設(shè)置高度及角度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況做出靈活更改，其通電電壓的高低可根據(jù)天氣、環(huán)保、用戶需要做出靈活調(diào)整。

3.2 圖像監(jiān)控系統(tǒng)

圖像監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字圖像壓縮技術(shù)，集視音頻矩陣切換、報(bào)警、多畫面處理、硬盤錄像等于一體，將智能站內(nèi)圖像單元進(jìn)行收集和數(shù)字化壓縮，再通過(guò)電力通信綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)將這些數(shù)據(jù)傳輸至主站圖像監(jiān)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制，包括遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)圖像的設(shè)置、顯示、存儲(chǔ)和打??；遠(yuǎn)程攝像機(jī)的云臺(tái)控制和設(shè)置；遠(yuǎn)程報(bào)警前、后圖像的存儲(chǔ)，調(diào)用和處理；多個(gè)遠(yuǎn)程點(diǎn)圖像的輪流顯示以及遠(yuǎn)程點(diǎn)的雙向音頻監(jiān)控等。

3.2.1 站內(nèi)圖像監(jiān)控設(shè)備

智能變電站內(nèi)主控室、主變、開關(guān)、刀閘、以及各級(jí)屋外配電裝置等重要設(shè)備通常采用可變方向及距離的圖像監(jiān)控設(shè)備，對(duì)重要儀器儀表采用特寫放大鏡頭。智能站周邊、前區(qū)以及大門可配置固定方向及距離的圖像監(jiān)控設(shè)備。在專用通信值班室、獨(dú)立用電室、獨(dú)立裝有感煙探頭的蓄電池室、大型樞紐站專用通信蓄電池室、層高≥1.8m并裝有感煙探頭的電纜夾層，可以根據(jù)需要選配圖像監(jiān)控設(shè)備。

由于各變電站規(guī)模、電壓等級(jí)、變電站形式(室內(nèi)、室外)的不同，外圍監(jiān)控設(shè)備的類型、構(gòu)成和組織結(jié)構(gòu)，尤其是攝像點(diǎn)的布置和攝像機(jī)的類型數(shù)量差異較大，總體上以滿足圖像監(jiān)控基本目標(biāo)和要求為原則，按照《廣電集團(tuán)電力遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行配置。

對(duì)于室內(nèi)變電站需要考慮攝像設(shè)備的防塵、防腐、防銹、散熱條件。對(duì)于室外變電站需要考慮攝像設(shè)備對(duì)各種環(huán)境和氣候變化的適應(yīng)（加溫降溫、防雨除霜、通風(fēng)防塵以及雨刷等功能，并有遠(yuǎn)動(dòng)功能）。對(duì)高低溫環(huán)境條件特別惡劣的攝像點(diǎn)，應(yīng)采用具備高低溫防護(hù)能力和雨刮器的防護(hù)罩以保護(hù)攝像設(shè)備。

3.2.2 圖像監(jiān)控主站系統(tǒng)

圖像監(jiān)控主站系統(tǒng)應(yīng)配置安裝有專用管理軟件和存儲(chǔ)軟件的服務(wù)器以及顯示終端，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有轄區(qū)內(nèi)變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控。服務(wù)器負(fù)責(zé)用戶和設(shè)備的管理，能夠?qū)崿F(xiàn)分級(jí)權(quán)限控制，數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)，集中存儲(chǔ)和資料查詢點(diǎn)播功能，支持B/S和C/S體系結(jié)構(gòu)，并能夠提供多種控制權(quán)限。

系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可實(shí)時(shí)觀看任意攝像頭，支持同屏多路實(shí)時(shí)監(jiān)看，可全屏模式顯示，并且實(shí)現(xiàn)一幅主畫面和多個(gè)副畫面同屏顯示，也可以設(shè)定多個(gè)輪巡組對(duì)前端監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行輪巡監(jiān)看。能遠(yuǎn)程控制攝像機(jī)的動(dòng)作，包括云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度（上下和左右方向）、攝像機(jī)焦距、景深、亮度等調(diào)整。當(dāng)變電站發(fā)生突發(fā)事件或入侵報(bào)警時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)燈光、視頻、報(bào)警聯(lián)動(dòng)，打開報(bào)警區(qū)域的燈光、攝像機(jī)自動(dòng)到達(dá)預(yù)置點(diǎn)，并進(jìn)行錄像。

3.3 遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)

對(duì)于智能變電站安防系統(tǒng)的遠(yuǎn)程傳輸可以根據(jù)不同的站址環(huán)境選擇不同的方式進(jìn)行。對(duì)于存在布線困難的可以采用無(wú)線傳輸?shù)姆绞?，例如環(huán)境惡劣且不方便安裝網(wǎng)絡(luò)的地方即可采用有線加Wi-Fi無(wú)線方式進(jìn)行視頻圖像的傳輸，既節(jié)約了成本也能達(dá)到系統(tǒng)的要求。對(duì)于布有光纖網(wǎng)絡(luò)的則可以采用有線傳輸方式。例如地理?xiàng)l件優(yōu)越的或是重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，就可以選擇通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻圖像的傳輸，以適應(yīng)監(jiān)控的需求。

鑒于目前電力通信綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)建設(shè)已日趨成熟，其覆蓋范圍廣泛，涵蓋了絕大多數(shù)變電站以及調(diào)度中心。隨著越來(lái)越多無(wú)人/少人值守的智能變電站的建設(shè)，其作為各級(jí)主站端圖像監(jiān)控系統(tǒng)的重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象，建議采用該電力通信綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻圖像的傳輸。對(duì)于信息網(wǎng)絡(luò)還未覆蓋的運(yùn)維主站，則可以采用N×2M專線通道進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

此外，可將監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)劃為一個(gè)VLAN子網(wǎng)，只通過(guò)FE或GE與中心交換機(jī)或路由器建立連接，這樣，變電站內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行信息可直接進(jìn)入電力單位的MIS網(wǎng)絡(luò)，即將圖像、語(yǔ)音、報(bào)警信息送到MIS系統(tǒng)，使得MIS上的被賦予權(quán)限的工作臺(tái)式電腦都可獲得圖像、報(bào)警等信息而無(wú)需額外建設(shè)投資。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和管理技術(shù)系統(tǒng)理論的不斷發(fā)展，變電站安全防護(hù)系統(tǒng)也將隨之提高和完善。變電站安全防護(hù)系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)有的電力通信網(wǎng)對(duì)所屬變電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控、遠(yuǎn)程故障和意外情況告警接收處理，對(duì)于保障變電站的安全可靠運(yùn)行具有重要的意義。