變電站智能輔助系統(tǒng)的分析

沈顯慶,朱彥磊,王昌奎

(黑龍江科技大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院 哈爾濱 150022)

變電站智能輔助系統(tǒng)的分析

沈顯慶,朱彥磊,王昌奎

(黑龍江科技大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院 哈爾濱 150022)

為了更好地發(fā)揮變電站智能輔助系統(tǒng)的作用,筆者介紹了變電站智能輔助系統(tǒng)的組成和功能,以及當(dāng)今電網(wǎng)對智能輔助系統(tǒng)的要求,歸納了變電站智能輔助系統(tǒng)建設(shè)存在的問題,展望了未來變電站智能輔助系統(tǒng)。

智能變電站,智能輔助系統(tǒng),智能聯(lián)動,無人值守

在電力系統(tǒng)“發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度”這六大主要環(huán)節(jié)中,變電站處于中心環(huán)節(jié),起著舉足輕重的作用[1-2]。然而目前變電站中“重主設(shè)備、輕輔設(shè)備”的管理模式,使得各輔助系統(tǒng)缺乏實時有效的監(jiān)控管理手段[3],嚴(yán)重影響了變電站的運行效率,且不利于提高變電站自動化水平。所以在無人值守變電站的推廣普及下,提升對變電站輔助系統(tǒng)管理水平和技術(shù)手段的要求就變得越來越迫切。

1 智能變電站輔助系統(tǒng)概述

智能變電站輔助系統(tǒng)是指在保障各子系統(tǒng)獨自運行的前提下,對各子系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)整合并對其進(jìn)行底層控制的系統(tǒng)。它利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器,構(gòu)建了一套全站公用的智能監(jiān)測與輔助控制系統(tǒng),并預(yù)留了新智能化系統(tǒng)的接入端口[4-5]。在統(tǒng)一管理、系統(tǒng)兼容、避免設(shè)備重復(fù)投入和各系統(tǒng)間有效協(xié)作及信息共享上,發(fā)揮優(yōu)勢,從而極大地降低了資源消耗,提高了系統(tǒng)保障能力,達(dá)到了智能化監(jiān)控的目的。尤其是“四遙”功能電力設(shè)備在變電站的應(yīng)用,加速了偏遠(yuǎn)地區(qū)變電站無人值守模式的轉(zhuǎn)變,提高了值班人員的遠(yuǎn)程監(jiān)控能力,減輕了運維人員的工作量,避免了人力資源的浪費,為變電站的建設(shè)和管理節(jié)約了成本[6]。

2 變電站智能輔助系統(tǒng)組成和功能

2.1 系統(tǒng)組成

智能輔助系統(tǒng)是將現(xiàn)有各系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)整合,實行網(wǎng)絡(luò)化連接,各子系統(tǒng)的信息得到集成,從而實現(xiàn)輔助子系統(tǒng)間的信息共享和信息交互,進(jìn)而實現(xiàn)實時視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、智能聯(lián)動等功能[7]。它以綜合服務(wù)器為核心,由視頻監(jiān)控系統(tǒng)和動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成。其中,動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)又包括門禁控制系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、安全警衛(wèi)系統(tǒng)、環(huán)境測量系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)、燈光控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)[8]。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1如示。

視頻監(jiān)控部分采用高清攝像頭,布防變電站各個監(jiān)控點,來遠(yuǎn)程監(jiān)控斷路器、隔離刀閘等現(xiàn)場實際狀態(tài),并將信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)骄C合應(yīng)用服務(wù)器處理,使集控中心能及時準(zhǔn)確地的掌控現(xiàn)場情況,采取相應(yīng)措施[9]。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

門禁系統(tǒng)是現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng),可對變電站內(nèi)各通道進(jìn)行實時監(jiān)控并對人員進(jìn)出進(jìn)行管理,以限制特殊區(qū)域的非法闖入,從而提高變電站運維效率[10]。

消防報警系統(tǒng)是為防范變電站內(nèi)發(fā)生火災(zāi)而設(shè)置的,當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時它能及時探明火情并啟動自動滅火裝置或火災(zāi)隔離措施,并同時將信號傳至監(jiān)控中心,以方便有關(guān)人員組織疏散或滅火,從而將損失降到最小[11]。

安全警衛(wèi)系統(tǒng)主要用于防范無關(guān)人員的非法侵入,保障變電站內(nèi)設(shè)備和人員的安全,一旦探測到外來入侵,能及時將入侵信號上傳到監(jiān)控中心,并調(diào)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)以方便工作人員及時查看并作出應(yīng)對[12]。

燈光控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對燈具的遠(yuǎn)程遙控,能改善就地控制照明燈具的不足,且可與其他系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動,擴(kuò)展其他輔助系統(tǒng)夜間和光照不夠時的不足[13]。

2.2 系統(tǒng)特色功能

2.2.1 設(shè)備智能巡檢

智能輔助系統(tǒng)具有替代人員進(jìn)行設(shè)備現(xiàn)場巡檢的功能,可為無人值守變電站的建設(shè)提供技術(shù)支持。該功能可根據(jù)實際需要,設(shè)計自動巡檢路線,通過站內(nèi)布防的攝像機(jī)將巡視的信息傳到集控中心,而無需人員親自到場。輔助系統(tǒng)中還接有設(shè)備狀態(tài)檢測系統(tǒng),可對設(shè)備實時運行參數(shù)狀況進(jìn)行監(jiān)控,協(xié)助智能巡檢功能的實現(xiàn)[14]。

2.2.2 高清視頻和智能視頻分析

智能輔助系統(tǒng)中采用攝像機(jī)提供的高清畫面及關(guān)鍵信息,有助于提高智能視頻分析準(zhǔn)確性,而且基于背景建模和目標(biāo)追蹤技術(shù)的智能視頻分析功能,可對非法侵入行為進(jìn)行分析,對監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)變位進(jìn)行判斷[15]。

2.2.3 智能報警功能

輔助系統(tǒng)報警子系統(tǒng)為每個報警對象設(shè)置了報警屬性,不同報警有不同級別。而且可提供多種報警方式,如畫面、語音、郵件、電話、短信等,以提醒值守人員及時處理[16]。對于較低級別的報警,只需啟動畫面和聲音報警方式即可,對于較高級別的報警不但要啟動聲音和畫面報警方式,還要以郵件、短信和電話的方式提醒值班人員或上一級管理人員。以期得到及時響應(yīng)和處理[17]。

2.2.4 各子系統(tǒng)間智能聯(lián)動

輔助系統(tǒng)整合了各子系統(tǒng),可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和子系統(tǒng)間的聯(lián)動。系統(tǒng)可實時檢測所有探測器的工作狀態(tài),當(dāng)報警條件被觸發(fā)時,能聯(lián)動調(diào)用報警點攝像機(jī),將報警點的實時信息上傳至集控中心,供工作人員查看[18]。如視頻監(jiān)控和門禁系統(tǒng)的聯(lián)動可實現(xiàn)對重要區(qū)域人員過往情況的監(jiān)控,以防范重要區(qū)域的非法闖入,確保設(shè)備和人員人身安全。視頻監(jiān)控和火災(zāi)報警系統(tǒng)的聯(lián)動可將報警點實時畫面呈現(xiàn)出來,便于救援人員及時了解現(xiàn)場情況,提升火災(zāi)報警系統(tǒng)的準(zhǔn)確性[19]。門禁和火災(zāi)系統(tǒng)的聯(lián)動可在火災(zāi)發(fā)生時,及時對報警點的門禁進(jìn)行開鎖斷電處理,以方便人員逃生和救援人員的進(jìn)入。

3 變電站智能輔助系統(tǒng)的特點

3.1 系統(tǒng)具有高可靠性和高效性

基于保障變電站設(shè)備可靠運行而設(shè)計的智能輔助系統(tǒng),在功能設(shè)計方面表現(xiàn)出色,易于改進(jìn)和擴(kuò)展。智能輔助系統(tǒng)對系統(tǒng)的運行維護(hù)有很好的保障,可長時間連續(xù)監(jiān)控[20]。智能輔助系統(tǒng)采用容錯技術(shù),能使系統(tǒng)在數(shù)據(jù)丟失或損壞時繼續(xù)正常運行;智能輔助系統(tǒng)具有多種保護(hù)措施,可在強(qiáng)電磁干擾等多種惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠工作。另外,智能輔助系統(tǒng)采用多種先進(jìn)智能技術(shù),可對采集的多種數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一高效智能化系統(tǒng)分析及對它們進(jìn)行自動化處理[21],有效降低人為干預(yù)所帶來的錯誤和誤差,提高系統(tǒng)的處理能力和準(zhǔn)確性。同時高兼容性的接口設(shè)計能提高系統(tǒng)間協(xié)作效率。

3.2 系統(tǒng)具有視頻聯(lián)動機(jī)制和設(shè)備狀態(tài)智能分析功能

在變電站SCADA系統(tǒng)調(diào)控下,通過“四遙”技術(shù)實現(xiàn)向智能輔助系統(tǒng)發(fā)送相關(guān)斷路器和刀閘信息的功能。輔助系統(tǒng)通過視頻監(jiān)控功能實時監(jiān)控動作設(shè)備的運行狀態(tài),可使工作人員遠(yuǎn)程做出確認(rèn)與決策。視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)的智能分析技術(shù),可在保證切換質(zhì)量的前提下,極大程度地提高倒閘效率,從而實現(xiàn)智能化自動控制[22]。

3.3 系統(tǒng)具有自動巡檢功能

配置重要設(shè)備的巡檢路線,將需要監(jiān)控的點位納入監(jiān)控范圍并自動顯示圖像[23],從而實現(xiàn)自動巡檢功能。設(shè)置監(jiān)控區(qū)域的觸發(fā)條件及聯(lián)動報警機(jī)制,有效提高了巡檢效率;合理安排人員到全站重要設(shè)備處巡檢,避免了人力資源的浪費。

4 目前變電站建設(shè)存在問題

在變電站建設(shè)和管理方面存在的問題,主要包含下幾個方面。

1) 標(biāo)準(zhǔn)體系不統(tǒng)一,系統(tǒng)兼容性差。在變電站輔助系統(tǒng)中存在多廠家設(shè)備共存的情況,這些設(shè)備開發(fā)所使用的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)不盡相同,存在互不兼容的問題,難以形成有效管理,造成各系統(tǒng)間不能相互協(xié)作,無法集成數(shù)據(jù)信息,到處存在信息孤島,給變電站各系統(tǒng)間的信息共享和交互造成巨大障礙。資源不能有效整合利用,嚴(yán)重制約著變電站信息化建設(shè)和應(yīng)用[24]。

2) 各輔助設(shè)施的控制局限性。現(xiàn)有各輔助子系統(tǒng)各自獨立自成體系,各系統(tǒng)間缺乏聯(lián)動策略和機(jī)制,系統(tǒng)間信息檢測和控制功能脫節(jié),在變電站運行維護(hù)方面智能化、自動化程度低。而且在監(jiān)控報警方面多為人為主觀判斷的被動監(jiān)控模式,極易產(chǎn)生誤報、漏報情況[25]。

3) 變電站管理模式固定,經(jīng)營觀念落后。變電站經(jīng)營管理模式存在弊端,條塊分割,信息分散,沒有規(guī)范的建制,導(dǎo)致了變電站信息化建設(shè)缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和管理,機(jī)構(gòu)設(shè)置和人才狀況的滯后,阻礙了信息化的進(jìn)程,而且領(lǐng)導(dǎo)層對信息化的理解和資本的投資存在誤區(qū),也影響了智能變電站電力信息綜合一體化的發(fā)展[26]。

5 變電站智能輔助系統(tǒng)的未來展望

隨著科技的飛速發(fā)展未來變電站中將會應(yīng)用更多先進(jìn)技術(shù)來滿足智能化管理和運行方面的需要。

5.1 提高智能輔助系統(tǒng)性能

未來變電站將會整合IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)、高清視頻監(jiān)控技術(shù)、智能視頻識別等技術(shù),開發(fā)變電站一體化信息平臺,以實現(xiàn)變電站全景數(shù)據(jù)統(tǒng)一建模、智能控制、系統(tǒng)處理等高級應(yīng)用功能[27]。高清視頻監(jiān)控技術(shù)和智能視頻識別技術(shù)的應(yīng)用,可對檢修人員進(jìn)行智能監(jiān)督管理,以規(guī)范其檢修安全作業(yè)操作。特別是與在線檢測系統(tǒng)后臺的整合,可有效提高巡視人員的巡視質(zhì)量。而且變電站信息系統(tǒng)的安全防護(hù),也將從多層次、多方位進(jìn)行加強(qiáng),已達(dá)到系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行[28]。

5.2 智能輔助系統(tǒng)采用統(tǒng)一的信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo),加快變電站信息化標(biāo)準(zhǔn)工作,制定統(tǒng)一的信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化體系有利于變電站各輔助系統(tǒng)間的信息共享和交互式操作,便于不同廠商設(shè)備接口上的兼容,便于變電站一體化監(jiān)控平臺的管控。

5.3 專家系統(tǒng)應(yīng)用

在無人值守的變電站,采集到的數(shù)據(jù)信息將全部傳動到集控調(diào)度中心,如果一個監(jiān)控中心監(jiān)控的變電站數(shù)量比較多,就會在短時間內(nèi)積累大量信息,這些信息種類繁多,眼花繚亂,往往令值守人員無所是從,這樣故障告警信息就可能得不到及時處理甚至遺漏,從而埋下安全隱患。如果應(yīng)用具有智能告警的專家系統(tǒng)來處理這些收集到的信息,將使各種告警信息得到及時處理,并保障變電站可靠運行,極大簡化工作人員的工作量。

6 結(jié) 語

隨著智能電網(wǎng)的不斷建設(shè),在變電站內(nèi)實施并推廣智能輔助系統(tǒng),可有效降低人力資源浪費,減輕監(jiān)控人員工作量,減小人為干預(yù)帶來的錯誤。變電站智能輔助系統(tǒng)完美體現(xiàn)了智能變電站對于全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化的要求,通過整合變電站圖像、安防、環(huán)境、消防等輔助子系統(tǒng),實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動化、主動化、綜合化、智能化的發(fā)展要求。同時為變電站的安全防范、智能巡檢、節(jié)能減排等提供了更為全面、可靠的技術(shù)保障。

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(責(zé)任編輯 郭金光)

Analysis of substation intelligent auxiliary system

SHEN Xianqing, ZHU Yanlei, WANG Changkui

(School of Electrical and Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China)

In order to make intelligent auxiliary system playing an important role in substations, the author introduced the composition and functions of substation intelligent auxiliary system and the requirement for the intelligent auxiliary system of power grid nowadays, summarized the problems existing in the construction of substation intelligent auxiliary system, and prospected the future substation intelligent auxiliary system.

intelligent substation; intelligent auxiliary system; intelligent linkage; unattended operation

2015-04-24。

沈顯慶(1969—),男,工學(xué)博士,教授,主要研究方向為變電站智能輔助系統(tǒng)。

黑龍江省教育廳(12541697)

TP18

A

2095-6843(2015)05-0381-04