智能變電站輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

■ 陳飛凌 孫建東

智能變電站輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)將智能變電站的視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全防范、消防報(bào)警、門禁等輔助子系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控和一體化集成聯(lián)動(dòng)，并降低智能變電站的綜合管理成本。

前言

中國的智能電網(wǎng)技術(shù)研究起步較晚，但發(fā)展迅速，這得益于中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展對(duì)電網(wǎng)建設(shè)的巨大需求和推動(dòng)作用。進(jìn)入21世紀(jì)以來，科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，數(shù)字化技術(shù)成了當(dāng)今世界科技發(fā)展的前沿技術(shù)，隨著我國智能化電氣的不斷發(fā)展，尤其是電子式互感器和智能化開關(guān)等機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的開發(fā)利用以及變電站運(yùn)行操作培訓(xùn)仿真等技術(shù)的日趨成熟等，變電站進(jìn)入了數(shù)字化的新階段。中國電科院和各大電力設(shè)備制造企業(yè)從一開始就高度關(guān)注IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)在電網(wǎng)和變電站系統(tǒng)中的應(yīng)用，并在智能變電站技術(shù)研究中取得了顯著成果。2009年，國家電網(wǎng)公司提出了立足自主創(chuàng)新，以統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)為原則，建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)，智能變電站作為統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和節(jié)點(diǎn)支撐，是必不可少的建設(shè)內(nèi)容。

2005 年“智能電網(wǎng)（Smart Grids）歐洲技術(shù)論壇”正式成立，并提出了智能變電站的概念，其目標(biāo)是將當(dāng)前電網(wǎng)轉(zhuǎn)換成運(yùn)營者和電力用戶能夠?qū)崿F(xiàn)互動(dòng)的服務(wù)網(wǎng)，以提高歐洲輸配電系統(tǒng)的可靠性、安全性及工作效率，并為分布式和可再生能源發(fā)電的大規(guī)模整合提供保障。2007年，歐洲委員會(huì)發(fā)布的第七框架計(jì)劃中能源子項(xiàng)目就包括智能變電站建設(shè)、智能能源網(wǎng)絡(luò)等，該計(jì)劃的發(fā)布進(jìn)一步促進(jìn)了智能變電站在歐洲的發(fā)展。2008年底，歐洲公用事業(yè)電信聯(lián)合會(huì)發(fā)布了一份名為“智能電網(wǎng)—構(gòu)建戰(zhàn)略性技術(shù)規(guī)劃藍(lán)圖”的報(bào)告，以幫助公用事業(yè)公司做好充分地規(guī)劃準(zhǔn)備工作，進(jìn)而更好地制定智能變電站發(fā)展規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)智能變電站的發(fā)展目標(biāo)。

根據(jù)國家電網(wǎng)的智能電網(wǎng)“十二五”規(guī)劃，“十二五”期間，國家電網(wǎng)計(jì)劃投資1.6萬億元建設(shè)智能電網(wǎng)，按照智能變電環(huán)節(jié)占比約20%份額計(jì)算，智能變電環(huán)節(jié)投資額度將達(dá)到3200億元。智能化變電站對(duì)電氣設(shè)備行業(yè)影響巨大，且以IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)為紐帶將促進(jìn)一次設(shè)備和二次設(shè)備企業(yè)的相互合作與滲透。未來智能化變電站將實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的智能化和二次設(shè)備的信息化，通過在變電站的站控層、間隔層以及過程層采用全面的標(biāo)準(zhǔn)IEC 61850通信協(xié)議，避免設(shè)備的重復(fù)投入。

目前很多變電站的視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全防范、消防報(bào)警、門禁等輔助子系統(tǒng)，大多還獨(dú)立運(yùn)行，通過不同通道上傳數(shù)據(jù)，甚至每套系統(tǒng)都配有獨(dú)立的管理人員，很難做到多系統(tǒng)的綜合監(jiān)控、集中管理，無形中降低了系統(tǒng)的集成度和可用性，增加了系統(tǒng)的管理成本。通過本項(xiàng)目的研發(fā)，將最大限度地挖掘現(xiàn)有輔助系統(tǒng)的潛力、節(jié)約成本、提高系統(tǒng)效率。

智能變電站輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)將智能變電站的視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全防范、消防報(bào)警、門禁等輔助子系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控和一體化集成聯(lián)動(dòng)，并降低智能變電站的綜合管理成本。

智能變電站視頻及輔助監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

安防視頻監(jiān)控技術(shù)在電力行業(yè)很早就得到了應(yīng)用，其主要原因是輸電網(wǎng)中變電站地理位置較分散，在幾百甚至上千平方公里內(nèi)星羅棋布，迫切需要聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控。利用電力2M專用通信線路可以較為方便地進(jìn)行視頻監(jiān)控組網(wǎng)，早期的變電站網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)又可稱為：變電站遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)（遙視系統(tǒng)）。經(jīng)過若干年的發(fā)展，變電站遙視系統(tǒng)不僅僅局限于網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控應(yīng)用，將變電站周界防范、環(huán)境監(jiān)控、燈光控制、門禁控制、消防聯(lián)動(dòng)等應(yīng)用一體化整合，按照智能變電站發(fā)展趨勢(shì)，向智能變電站輔助系統(tǒng)不斷演進(jìn)發(fā)展。南自信息自主設(shè)計(jì)研發(fā)了變電站遙視系統(tǒng)、變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能變電站綜合輔助監(jiān)控系統(tǒng)，具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)電網(wǎng)的近萬個(gè)變電站（750KV、500KV、220KV、110KV、66KV、35KV各電壓等級(jí)均有應(yīng)用案例）。

目前很多變電站的視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全防范、消防報(bào)警、門禁等輔助子系統(tǒng)，大多還獨(dú)立運(yùn)行，通過不同通道上傳數(shù)據(jù)，甚至每套系統(tǒng)都配有獨(dú)立的管理人員，很難做到多系統(tǒng)的綜合監(jiān)控、集中管理，無形中降低了系統(tǒng)的集成度和可用性，增加了系統(tǒng)的管理成本。通過智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，將最大限度地挖掘現(xiàn)有系統(tǒng)的潛力、節(jié)約成本、提高系統(tǒng)效率。

變電站的視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全防范等系統(tǒng)在國內(nèi)建設(shè)發(fā)展了很多年，總體上尚有一些需要解決的問題和挑戰(zhàn)，歸納如下：

標(biāo)準(zhǔn)化問題國家電網(wǎng)公司推出了《智能變電站輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺(tái)技術(shù)規(guī)范》，南方電網(wǎng)以廣東電網(wǎng)為代表，推出了《變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，電力行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化相對(duì)于安防系統(tǒng)的其他行業(yè)，是走在前列的。但不容忽視的是，在系統(tǒng)互聯(lián)互通、設(shè)備互相兼容、協(xié)議信令一致性方面，還有很長的路要走。

適應(yīng)電力系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境挑戰(zhàn)問題

變電站中存在強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，對(duì)設(shè)備電磁兼容性能、外殼防護(hù)等級(jí)均提出了較高要求。

智能變電站輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)

近幾年來，隨著IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用和光電互感器的研發(fā)和投入使用，我國智能電網(wǎng)的發(fā)展迅速。數(shù)字化智能變電站概念已在工程實(shí)踐中得到應(yīng)用，全國已建成一定數(shù)量的數(shù)字化智能變電站。

數(shù)字化智能變電站使變電站的所有信息采集、傳輸、處理、輸出過程由過去的模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并建立與之相適應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。數(shù)字化智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個(gè)層次，根據(jù)IEC通信協(xié)議草案定義，這三個(gè)層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。新型數(shù)字化智能變電站主要由為全數(shù)字和光纖的信號(hào)采集系統(tǒng)、數(shù)字化繼電保護(hù)和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、數(shù)字化視頻及環(huán)境監(jiān)測(cè)（智能輔助）系統(tǒng)構(gòu)成。

智能變電站綜合輔助監(jiān)控平臺(tái)主要在國家電網(wǎng)得到了大規(guī)模應(yīng)用，通常包含7大子系統(tǒng)，分別是視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、智能控制子系統(tǒng)、安全警衛(wèi)子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)、消防子系統(tǒng)、四遙聯(lián)動(dòng)子系統(tǒng)。典型站端系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖見圖1。

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)由各種攝像機(jī)、視頻處理單元（DVR/DVS/NVR/視頻存儲(chǔ)服務(wù)器）、三合一防雷器等組成；視頻監(jiān)控子系統(tǒng)通過站端處理單元，將模擬視頻、音頻和數(shù)據(jù)信息壓縮成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，存在在本地存儲(chǔ)單元中，并可通過綜合監(jiān)控平臺(tái)的統(tǒng)一管理經(jīng)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至上級(jí)主站。另外，智

實(shí)用化問題

圖1：智能變電站綜合輔助綜合監(jiān)控站端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

解決方案需要滿足用戶的實(shí)用化需求，符合用戶安全生產(chǎn)和輔助監(jiān)控的需要。能分析功能能夠?qū)崟r(shí)對(duì)變電站重點(diǎn)區(qū)域的情況進(jìn)行分析，對(duì)異常情況進(jìn)行跟蹤錄像，在有突發(fā)事件發(fā)生時(shí)能夠迅速通知相關(guān)人員。

動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)由接入設(shè)備、溫濕度傳感器、SF6探測(cè)器、風(fēng)速傳感器、水浸探測(cè)器、空調(diào)控制器、通信電源接口、風(fēng)機(jī)控制器、水泵控制器等組成。

智能控制子系統(tǒng)由控制單元、輔助設(shè)備等組成；智能控制系統(tǒng)是對(duì)站內(nèi)的輔助設(shè)施進(jìn)行集中智能的控制，包括燈光、通風(fēng)、排水、空調(diào)等設(shè)備的控制，各設(shè)備的控制包括本地控制和軟件控制兩方面，并能夠根據(jù)相關(guān)系統(tǒng)，如報(bào)警及環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制，如當(dāng)室內(nèi)溫濕度情況超過正常溫濕度范圍的房間，通過控制房間內(nèi)的空調(diào)、風(fēng)機(jī)，使房間內(nèi)溫濕度達(dá)到適宜電氣設(shè)備穩(wěn)定高效運(yùn)行的狀態(tài)，保證室內(nèi)電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

安全警衛(wèi)子系統(tǒng)由紅外對(duì)射報(bào)警器、紅外雙鑒報(bào)警器、電子圍欄、按鍵報(bào)警器等組成；安全警衛(wèi)系統(tǒng)是對(duì)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的有利補(bǔ)充，能夠?qū)θ肭肿冸娬镜男袨槠鸬胶芎玫耐丶疤崾咀饔谩?/p>

門禁子系統(tǒng)由門禁控制主機(jī)、讀卡器、開門按鈕、電磁力鎖等組成；門禁子系統(tǒng)能夠有效地防止了外來人員和不相干人員隨便出入變電站，并且每一次的刷卡都有記錄，可供隨時(shí)查看。

消防子系統(tǒng)由接入設(shè)備負(fù)責(zé)與消防系統(tǒng)主機(jī)通信。

四遙聯(lián)動(dòng)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與綜自系統(tǒng)基于遙控操作、事故跳閘等事件的視頻聯(lián)動(dòng)。

智能電網(wǎng)輔助綜合監(jiān)控管理平臺(tái)

智能電網(wǎng)輔助綜合監(jiān)控管理平臺(tái)可對(duì)一定區(qū)域分布的多個(gè)智能變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)管理，可支持變電站—〉集控站—〉縣區(qū)級(jí)平臺(tái)—〉市級(jí)平臺(tái)—〉省級(jí)平臺(tái)多級(jí)聯(lián)網(wǎng)管理。南自信息公司自2000年起就致力于電力行業(yè)系統(tǒng)軟件平臺(tái)的研究和開發(fā)工作，針對(duì)電力行業(yè)需求開發(fā)了SAS-3000智能變電站輔助系統(tǒng)平臺(tái)軟件，并成功應(yīng)用于國內(nèi)多個(gè)電力系統(tǒng)項(xiàng)目中。

國際電工技術(shù)委員會(huì) IEC 定義的兩個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)IEC61968和IEC61970定義了一種電力系統(tǒng)通用信息模型CIM和組件接口規(guī)范CIS。CIM現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用。國內(nèi)電力行業(yè)在相關(guān)技術(shù)規(guī)范中已對(duì)視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)間互聯(lián)規(guī)范做出明確而詳細(xì)的描述，面向SOA架構(gòu)，采用SIP+XML協(xié)議進(jìn)行互聯(lián)通信。

圖2：系統(tǒng)多級(jí)互聯(lián)示意圖

SAS-3000智能變電站輔助綜合監(jiān)控平臺(tái)軟件系統(tǒng)架構(gòu)

SAS-3000智能變電站輔助綜合監(jiān)控平臺(tái)軟件由南自信息完全自主研發(fā)，按照五層體系結(jié)構(gòu)劃分為平臺(tái)支撐層、中間服務(wù)層、公共服務(wù)層、應(yīng)用層。平臺(tái)支撐層由操作系統(tǒng)平臺(tái)、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議構(gòu)成。中間服務(wù)層主要為系統(tǒng)使用的各類中間件，包括數(shù)據(jù)訪問中間件、對(duì)象代理中間件、消息中間件。公共服務(wù)層由系統(tǒng)提供的各類公共服務(wù)構(gòu)成，其中包括圖形、報(bào)表、曲線、權(quán)限、告警、流媒體服務(wù)等等。服務(wù)構(gòu)建層提供一致的服務(wù)模型給上層應(yīng)用，主要表現(xiàn)為服務(wù)接口、服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)查找、服務(wù)訪問。應(yīng)用層主要為面向在線監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、綜合信息查詢顯示的各種應(yīng)用模塊，其中涉及采集、計(jì)算、查詢、分析、流媒體功能及相關(guān)人機(jī)交互界面。

圖3：系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)體系圖

SAS-3000智能變電站輔助綜合監(jiān)控平臺(tái)軟件功能特點(diǎn)

● 跨區(qū)域異構(gòu)平臺(tái)級(jí)聯(lián)

● 綜合信息全景視圖

● 全組態(tài)化設(shè)計(jì)

● 變電站及輸電線路三維建模

● 變電站全景高清視頻監(jiān)視

● 遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控桌面

● 視頻監(jiān)視與變電站巡檢結(jié)合

● 基于設(shè)備熱區(qū)的展示與選擇

● 基于一次接線圖的設(shè)備選擇及視頻聯(lián)動(dòng)

● 內(nèi)建插件機(jī)制

● 高清視頻的圖像矯正與虛擬云臺(tái)技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)趨勢(shì)

基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)

系統(tǒng)采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)與第三方平臺(tái)對(duì)接，通過該標(biāo)準(zhǔn)采集第三方廠家設(shè)備的相關(guān)信息，并將采集到的信息上報(bào)給系統(tǒng)平臺(tái)或者其他廠家的系統(tǒng)平臺(tái)。這樣大大提升智能變電站輔助系統(tǒng)與第三方平臺(tái)接入能力，有利于智能變電站輔助系統(tǒng)在變電站實(shí)施部署。

圖形的組態(tài)化設(shè)計(jì)

系統(tǒng)提供快速構(gòu)建控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具，處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，其預(yù)置的各種軟件模塊可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能。系統(tǒng)提供了完整而豐富的電力、環(huán)境、安防等專業(yè)圖元庫，系統(tǒng)使用者可按需要從數(shù)據(jù)庫中抽取數(shù)據(jù)，產(chǎn)生所需的功能報(bào)表、歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線等查詢視圖，支持對(duì)實(shí)時(shí)視頻、錄像、系統(tǒng)對(duì)象列表、數(shù)據(jù)點(diǎn)、曲線等多種數(shù)據(jù)源自由組合，實(shí)現(xiàn)界面定制化，支持對(duì)現(xiàn)有一次接線圖、平面圖等圖像的導(dǎo)入、導(dǎo)出功能，支持多種矢量圖形及柵格圖像格式。內(nèi)建標(biāo)準(zhǔn)SIP和RTSP協(xié)議支持，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域多級(jí)異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)

SIP協(xié)議是一種信令控制協(xié)議，通過在監(jiān)控終端中增加對(duì)SIP協(xié)議的支持，使得任何支持SIP協(xié)議的終端都可以加入到系統(tǒng)中獲得監(jiān)控信息。這樣就可以形成一個(gè)開放的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地視頻監(jiān)控。

RTSP是用來控制聲音或影像的多媒體串流協(xié)議，允許同時(shí)多個(gè)串流需求控制，并供了一個(gè)可擴(kuò)展框架，使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的受控、點(diǎn)播成為可能。

SIP和RTSP協(xié)議都是國際標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用層協(xié)議，支持這兩種協(xié)議，使得涉及多級(jí)區(qū)域間不同廠家異常系統(tǒng)的互聯(lián)互通成為了可能。

系統(tǒng)插件機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型設(shè)備的即插即用

通過軟件插件機(jī)制，定義了對(duì)監(jiān)控設(shè)備接入的統(tǒng)一接口規(guī)范，實(shí)現(xiàn)對(duì)編碼設(shè)備、攝像機(jī)、門禁、數(shù)據(jù)采集模塊、輔助設(shè)備等多種類型設(shè)備的即插即用功能，可以實(shí)現(xiàn)在不修改平臺(tái)軟件代碼、只配置設(shè)備參數(shù)的前提下完成對(duì)新設(shè)備的接入。這樣不但廠家自身可以實(shí)現(xiàn)基于設(shè)備統(tǒng)一接口規(guī)范的插件實(shí)現(xiàn)，第三方廠家也可以根據(jù)提供的設(shè)備統(tǒng)一接口規(guī)范獨(dú)立實(shí)現(xiàn)插件，并接入到系統(tǒng)中。

結(jié)束語

目前國內(nèi)在智能變電站輔助系統(tǒng)方面的研究主要是從不同廠商從所擅長領(lǐng)域切入，以自身特長為重點(diǎn)研發(fā)，在標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)一體化集成聯(lián)動(dòng)、實(shí)用性等方面均有所不足。因此，南自信息通過多年對(duì)變電站視頻監(jiān)控、安全防范、環(huán)境監(jiān)測(cè)、門禁管理、消防聯(lián)動(dòng)的研發(fā)積累和理解，將進(jìn)一步推動(dòng)智能變電站輔助系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化和集成度，提高系統(tǒng)實(shí)用性。

隨著IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的推廣應(yīng)用，智能變電站概念已在工程中獲廣泛實(shí)踐，全國已建成一定數(shù)量的智能變電站。同時(shí)我國智能堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的規(guī)劃試點(diǎn)已經(jīng)啟動(dòng)，智能變電站領(lǐng)域的研究和建設(shè)工作也將為智能電網(wǎng)的發(fā)展打下基礎(chǔ)，智能變電站綜合輔助監(jiān)控系統(tǒng)必將為變電站無人值班發(fā)展趨勢(shì)奠定基礎(chǔ)。