變電站智能輔助綜合監(jiān)控平臺在智能變電站中的應(yīng)用

趙東華

（國網(wǎng)太原供電公司，山西太原030012）

變電站智能輔助綜合監(jiān)控平臺在智能變電站中的應(yīng)用

趙東華

（國網(wǎng)太原供電公司，山西太原030012）

為了進(jìn)一步提高智能變電站的系統(tǒng)安防水平和可靠協(xié)作完成工作的能力，增強(qiáng)各個(gè)技術(shù)系統(tǒng)之間的優(yōu)化配置，最大限度提高智能變電站運(yùn)行的可靠性和準(zhǔn)確性，研發(fā)并應(yīng)用了變電站智能輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程現(xiàn)場圖像控制切換、環(huán)境測控、視頻監(jiān)視、系統(tǒng)互操作等系統(tǒng)的互聯(lián)互通，打破了信息孤島，建立了在智能變電站輔助系統(tǒng)查詢數(shù)據(jù)的新模式，提高了工作效率，有效縮短了故障處理時(shí)間。

智能電網(wǎng)；智能變電站；系統(tǒng)站群；聯(lián)動(dòng)控制

0 引言

近年來，智能變電站已逐步投入正常運(yùn)行，站內(nèi)安全設(shè)施和治安管理日益受到重視，從而對電力公司安全技術(shù)防范的要求也越來越高。由于受變電站傳統(tǒng)管理模式的影響，各系統(tǒng)間信息不能共享，成為了安全范圍的信息孤島，缺乏縱向的有效監(jiān)控。不同的專業(yè)，配置不同的監(jiān)控設(shè)備，對同一技術(shù)事件重復(fù)處理，造成人力、設(shè)備的嚴(yán)重浪費(fèi)。

變電站智能輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)將變電站現(xiàn)有的各類設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)以及安全防范系統(tǒng)進(jìn)行歸類整合，實(shí)行集成聯(lián)網(wǎng)、集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度，達(dá)到在同一平臺上實(shí)現(xiàn)安防、消防、環(huán)境、視頻、門禁、照明、SF6、排澇子系統(tǒng)集中控制的目標(biāo)，建立智能變電站輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)資源共享以及優(yōu)化配置，節(jié)約了人力、財(cái)力、物力資源，極大降低了勞動(dòng)成本，提高了員工的工作效率。

1 運(yùn)行現(xiàn)狀

以山西省電力公司晉中供電公司北田220 kV變電站為例，該站內(nèi)監(jiān)控區(qū)域的電子圍欄、消防、環(huán)境、門禁、視頻圖像以及照明等以獨(dú)立運(yùn)行的方式工作。

由于各系統(tǒng)繁多，系統(tǒng)硬件類型和種類也不相同且點(diǎn)多面廣，采集同一數(shù)據(jù)，采用了生產(chǎn)、營銷、調(diào)度等多套子系統(tǒng)，造成了人力資源和設(shè)備的浪費(fèi)，限制了各類終端設(shè)備的協(xié)同工作的發(fā)揮，影響了各系統(tǒng)工作效率。

該站的弱電系統(tǒng)的管理工作各自為政，對維護(hù)人員的職責(zé)界定不清晰，處于分散管理狀態(tài)，使得維管困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)力效率低，綜合防范的能力差，造成缺少對事前預(yù)防、事中跟蹤、事后分析的工作預(yù)案。缺乏必要的監(jiān)督和考核手段，對系統(tǒng)維護(hù)和值守人員不能統(tǒng)一指揮和調(diào)度，使得變電站的安保工作無法實(shí)現(xiàn)精確化管理與智能化轉(zhuǎn)型的要求。

站內(nèi)的防范報(bào)警信息處于多頭管理狀態(tài)，報(bào)警界面模糊，缺少流程管理，巡查無計(jì)劃性以及無專人統(tǒng)一監(jiān)控等現(xiàn)狀，造成問題和隱患不能及時(shí)處置和追責(zé)，使得無法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理站內(nèi)的弱電系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)平臺構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)站群構(gòu)成

變電站組織架構(gòu)是由省電力公司管理下屬各地區(qū)供電公司及超高壓公司、各地區(qū)供電公司管理直屬部門和縣支公司的35/110/220 kV等級變電站、超高壓公司管理全省500 kV及以上等級變電站，根據(jù)山西省電力公司的組織架構(gòu)，變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)可按省級主站、地區(qū)級主站、站端系統(tǒng)三級構(gòu)建。其中，根據(jù)構(gòu)建的進(jìn)度和規(guī)劃，一般地區(qū)級先行建制，然后擇機(jī)構(gòu)建和接入省級平臺。習(xí)慣上，省級主站和地區(qū)級主站，都稱為主站，可以分為省級主站、地級主站、特高壓主站、縣局主站或者操作隊(duì)主站。

按照設(shè)計(jì)方案要求，在北田220 kV變電站設(shè)立智能輔助系統(tǒng)主站作為晉中地區(qū)的監(jiān)控主站（地級主站），又分為主站服務(wù)端、主站客戶端、主控工作站和分控工作站，主站之間可以視情況實(shí)現(xiàn)多級級聯(lián)。

主站以下的分站作為一個(gè)站端層的接入個(gè)體，通過以太網(wǎng)與站外其他位置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和傳輸。實(shí)現(xiàn)在同系統(tǒng)平臺下，分站的容量可以達(dá)到數(shù)千量級，使用電力數(shù)據(jù)專用的以太網(wǎng)傳輸主站與分站的數(shù)據(jù)。根據(jù)不同的區(qū)域，省地之間、分站內(nèi)外的每個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)為了數(shù)據(jù)安全考慮，都會構(gòu)建符合需求的防火墻，輔以網(wǎng)管策略，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的帶寬分配、安全管理和網(wǎng)絡(luò)配置等（見圖1）。

圖1 智能輔助系統(tǒng)主站

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)智能變電站的建設(shè)要求和現(xiàn)場的實(shí)際情況，為智能變電站輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)了4個(gè)層次，分別是源數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)持久層、業(yè)務(wù)邏輯層、表示層。

2.2.1 源數(shù)據(jù)采集層

為不同的前端設(shè)備、存儲設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備等物理介質(zhì)提供相應(yīng)設(shè)備接入的統(tǒng)一接口，使上層用戶能夠透明地訪問各種類型的設(shè)備，忽略底層的復(fù)雜物理特性，為系統(tǒng)整體管理、配置、檢索所有的設(shè)備提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 數(shù)據(jù)持久層

數(shù)據(jù)持久層負(fù)責(zé)平臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯聚、管理，包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)這兩大類型的數(shù)據(jù)存儲，可為上層應(yīng)用提供高效、統(tǒng)一、便捷的數(shù)據(jù)訪問接口。

2.2.3 業(yè)務(wù)邏輯層

該層包括短信網(wǎng)關(guān)、視頻分發(fā)服務(wù)器、通信服務(wù)器、接口服務(wù)器等。它們提供平臺所有的業(yè)務(wù)服務(wù)功能模塊。這些模塊包括：告警服務(wù)、告警聯(lián)動(dòng)、設(shè)備控制信息管理、視頻瀏覽監(jiān)控、錄像存儲回訪、用戶權(quán)限管理、電子地圖信息管理等。所有的業(yè)務(wù)功能模塊構(gòu)成系統(tǒng)的核心處理部分，為上層行業(yè)用戶提供通用的可擴(kuò)展的服務(wù)接口。

2.2.4 表示層

是平臺與用戶交互的接口。包括報(bào)表審計(jì)、權(quán)限管理、系統(tǒng)管理、視頻的實(shí)時(shí)圖像、電視墻顯示、遠(yuǎn)程訪問、電話短信通知等。該層為用戶建立提供主管能動(dòng)的控制接口，實(shí)現(xiàn)不同行業(yè)用戶的個(gè)性化服務(wù)。監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對各種類型的前端設(shè)備的控制、管理、資源的遠(yuǎn)程訪問，建立統(tǒng)一的應(yīng)急指揮系統(tǒng)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為滿足北田220 kV變電站集中安全監(jiān)控要求，同時(shí)降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和部署成本，系統(tǒng)平臺采用本地網(wǎng)集中監(jiān)控的方式。監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控現(xiàn)場、傳輸網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控中心組成，監(jiān)控站內(nèi)的消防、視頻、門禁管理、電子圍欄及環(huán)境信息，將監(jiān)控信息傳送至監(jiān)控中心，管理人員、監(jiān)控人員、安保人員、維護(hù)人員使用遠(yuǎn)程方式根據(jù)權(quán)限訪問、操作、管理該站的輔助系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)指揮中心的集中統(tǒng)一管理。

3 系統(tǒng)實(shí)施

晉中電力公司北田220 kV變電站作為山西省電力公司首批變電站智能化改造試點(diǎn)，成為晉中首座實(shí)現(xiàn)輔助系統(tǒng)智能集中控制的變電站。該系統(tǒng)為兩層三處接入，分為主站和分站兩層，市調(diào)度中心、操作隊(duì)和分站均具備管其后，220 kV昔陽變電站是該工區(qū)操作隊(duì)駐地，因此作為系統(tǒng)的服務(wù)端，市調(diào)控中心和北田采用遠(yuǎn)程瀏覽方式，進(jìn)行分權(quán)管理。

針對晉中北田220 kV變電站實(shí)際情況，按照整合利舊的原則，智能化輔助系統(tǒng)監(jiān)控平臺（以下簡稱平臺）將該站的安防、消防、環(huán)境、視頻、門禁、照明、SF6、排澇子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能集中控制，采用組態(tài)開發(fā)模式，具有統(tǒng)一界面，具備子系統(tǒng)內(nèi)和跨子系統(tǒng)的告警布撤防預(yù)案、告警聯(lián)動(dòng)預(yù)案。

3.1 設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控智能變電站運(yùn)行設(shè)備的重要管控體系。它是由變電站環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、照明子系統(tǒng)、SF6檢測子系統(tǒng)、排澇子等系統(tǒng)構(gòu)成，在智能變電站的運(yùn)行中起著保護(hù)設(shè)備以及預(yù)防設(shè)備故障的作用，使操作隊(duì)人員及時(shí)掌握變電站設(shè)備存在的問題和隱患，主動(dòng)采取防范措施。

對于環(huán)境監(jiān)測方面，變電站環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)，是在站內(nèi)原使用的壁掛式普通溫濕度探測器的基礎(chǔ)上，新增主控室、繼電保護(hù)室、35 kV高壓室，2個(gè)蓄電池室新增安裝溫濕度傳感器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集變電站的溫濕度，提高了對溫濕度的監(jiān)控力度。當(dāng)溫濕度超過標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，系統(tǒng)會自動(dòng)報(bào)警提示，起到防范設(shè)備運(yùn)行溫度過高，導(dǎo)致設(shè)備損壞的事故。此外，在照明子系統(tǒng)中增加燈光控制功能，實(shí)現(xiàn)平臺控制操作，增加隨攝像頭追蹤開啟的功能，當(dāng)發(fā)生非法入侵、火災(zāi)報(bào)警、變電站事故跳閘等事件時(shí)，攝像頭根據(jù)事件進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)、對焦啟動(dòng)平臺聯(lián)動(dòng)機(jī)制，開啟相應(yīng)的照明燈。當(dāng)夜間需要進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻巡視時(shí)，燈光應(yīng)根據(jù)攝像頭巡視路徑相應(yīng)開啟和關(guān)閉。

對于該站終端GIS設(shè)備，SF6監(jiān)測子系統(tǒng)加裝分布式的氣體監(jiān)測裝置，接入平臺實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，自動(dòng)完成預(yù)定區(qū)域的空氣中的SF6、O2等氣體的濃度檢測，在超過預(yù)定指標(biāo)的情況下，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)等裝置，進(jìn)行排風(fēng)換氣等補(bǔ)救措施。

排澇子系統(tǒng)是在站內(nèi)加裝液體位置探測傳感器，接入平臺實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)發(fā)生浸水事故時(shí)，平臺向排水泵控制箱發(fā)出啟動(dòng)指令，遠(yuǎn)程開啟排水泵。若當(dāng)主水泵出現(xiàn)故障，導(dǎo)致水位上升至某一高度時(shí)，實(shí)現(xiàn)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)調(diào)用攝像機(jī)轉(zhuǎn)到相應(yīng)預(yù)置位，同時(shí)并啟動(dòng)備用水泵。在35 kV高壓室和1/2號蓄電池室增加風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)并加裝除濕機(jī)控制系統(tǒng)；主控室和繼電保護(hù)室增加空調(diào)控制；接入平臺，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

3.2 安全防范系統(tǒng)

安全防范系統(tǒng)是確保智能變電站安全運(yùn)行的重要手段。它包括防盜子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、消防子系統(tǒng)等，在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上更加實(shí)時(shí)地、全面地掌握變電站運(yùn)行動(dòng)態(tài)，及時(shí)消除隱患、處理缺陷，使操作隊(duì)人員安全管理工作更加直觀、便捷、高效。

為了保證主控室的安全運(yùn)行，防盜子系統(tǒng)增加主控室內(nèi)紅外傳感器，用于非法入侵防范和鑒別，建立紅外雙鑒、移動(dòng)偵測以及視音頻等配套措施全方位的監(jiān)控變電站。將原有北田站未接入任何系統(tǒng)的主控室室外紅外對射和電子圍欄，通過環(huán)境轉(zhuǎn)接單元，實(shí)現(xiàn)告警信號系統(tǒng)共享后接入平臺。

在北田站主控樓東門新增門禁監(jiān)控系統(tǒng)，由平臺統(tǒng)一監(jiān)控控制，實(shí)現(xiàn)變電站開關(guān)門的記錄采集、進(jìn)入的合法性檢測、遠(yuǎn)程對門進(jìn)行開合控制和異常情況（門超時(shí)未關(guān)、暴力破門等管理），用以考勤管理和安全防范。

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)將站內(nèi)原使用的監(jiān)控設(shè)備通過1臺DVR接入視頻監(jiān)控系統(tǒng)；增加帶環(huán)通DVR，將原信號分給原有DVR和新增的1臺DVR；通過485線分配器實(shí)施雙DVR云臺控制；通過增加1臺硬盤錄像機(jī)和485分配器，實(shí)現(xiàn)視頻信號和控制系統(tǒng)的接入；室外增加1個(gè)高速球，監(jiān)控南側(cè)各門口人員出入情況。

為了增加變電站發(fā)生火災(zāi)等突發(fā)事件的應(yīng)急措施，在北田站內(nèi)消防系統(tǒng)主機(jī)及探頭上增加通訊板，接入平臺協(xié)議為實(shí)現(xiàn)變電站轄區(qū)內(nèi)的火災(zāi)隱患預(yù)防以及發(fā)生災(zāi)害時(shí)的應(yīng)對措施，加裝電纜接頭測溫分布式檢測裝置，實(shí)現(xiàn)纜線資源的老化和異常檢測，配合平臺遠(yuǎn)動(dòng)和自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)裝置，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生后的第一時(shí)間隔離，降低影響。

220 kV北田變電站通過該平臺的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)操作隊(duì)員工實(shí)時(shí)采集變電站環(huán)境、照明、SF6以及排澇設(shè)備的各類運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以便根據(jù)數(shù)據(jù)分析設(shè)備運(yùn)行情況；通過平臺的安全防范系統(tǒng)為變電站操作人員提供防盜子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、消防子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，以便相關(guān)人員及時(shí)決策處理方案。

夜視自動(dòng)跟蹤攝像機(jī)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)視頻系統(tǒng)具備影像的同步采集、傳輸和錄制功能，同時(shí)為各種告警或者故障提供的視頻追蹤功能以滿足取證需要。實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障出現(xiàn)早期現(xiàn)場警報(bào)，并具備語音提示及時(shí)通知危險(xiǎn)地點(diǎn)內(nèi)人員疏散，保護(hù)運(yùn)行設(shè)備。

實(shí)現(xiàn)了分站、操作隊(duì)、集控中心、主站分布部署和多級服務(wù)級聯(lián)，以及按照預(yù)案切換自動(dòng)和手工見識的策略，為無人值守變電站的安全運(yùn)行，打下了良好的安防基礎(chǔ)（見圖2）。

4 結(jié)論

晉中供電公司220 kV北田變電站智能輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，使得主站操作人員只需按流程操作，便可接收所有納入本系統(tǒng)平臺的報(bào)警信息，及時(shí)處理前端的多方位的安全告警事件。通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，變電站的設(shè)備安全運(yùn)行事件由原來的13 340 h提升至21 956 h，設(shè)備安全運(yùn)行率提升了61%，變電站主設(shè)備年故障次數(shù)由20次降至7次，故障率降低了64.6%；站內(nèi)GIS設(shè)備的檢修次數(shù)由以前的每季度1至2次，降至每年1次，且縮小了故障偏差范圍，大大提升了設(shè)備的運(yùn)行效率。通過防盜、視頻等子系統(tǒng)的接入，大大提高了變電站的安全運(yùn)行水平，極大提升了該站應(yīng)對火災(zāi)等突發(fā)事件的應(yīng)急能力。真正實(shí)現(xiàn)監(jiān)控人員能“看”，即能切換到任何一個(gè)現(xiàn)場圖像；能“控”，即可以遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場的門鎖、視頻、防范狀態(tài)；能“查”，即設(shè)備、人員、環(huán)境、進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢。該系統(tǒng)采用的先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、新型傳感技術(shù)、視頻壓縮與傳輸技術(shù)等設(shè)計(jì)，為探索安全集中化監(jiān)控管理變電站的新模式打下基礎(chǔ)。

The App lication of Intelligent Auxiliary M onitoring Platform in Intelligent Substation

ZHAO Dong-hua
（State Grid Taiyuan Power Supply Com pany，Taiyuan，Shanxi 030012，China）

In order to further improve the security leveland cooperative reliability of intelligentsubstation，to enhance the optimal allocation between each system，intelligent auxiliary monitoring system was developed and applied，which realized remote image conversing control，environmentmonitoring，videomonitoring，and the system interconnection.The information isolated island was thus overcome and a newmodel is built for data to be searched with intelligentsubstation auxiliary system,which improvesworking efficiency，and shortens time for fault treatment.

SmartGrid；intelligentsubstation；station group；coordinated control

圖2 智能化集中控制輔助系統(tǒng)監(jiān)控平臺

TM76

A

1671-0320（2014）05-0034-04

2014-06-30，

2014-08-28

趙東華（1977-），女，山西洪洞人，2011年畢業(yè)于山西大學(xué)工程學(xué)院電力自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事運(yùn)營監(jiān)控、分析各類系統(tǒng)數(shù)據(jù)工作。