變電站一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用探討

賈明月，劉 君，周志玉

（國網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001）

變電站一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用探討

賈明月，劉 君，周志玉

（國網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001）

在分析智能變電站發(fā)展前景的基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)不足，提出了變電站一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)的思想。對一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)的功能定位、需要解決的關(guān)鍵問題、系統(tǒng)總體框架設(shè)計進行詳細(xì)闡述。提出變電站視頻監(jiān)控應(yīng)由固定監(jiān)控和移動監(jiān)控2部分構(gòu)成，重點解決輔助運行人員倒閘操作、設(shè)備自動遠(yuǎn)程巡檢問題，并兼顧變電站安防、環(huán)境監(jiān)測等，提高了變電站輔助系統(tǒng)投資效能和變電站一次設(shè)備智能化管理水平，充分體現(xiàn)了智能變電站信息化、自動化和互動化的特征。

變電站；智能；監(jiān)控；巡檢；倒閘操作

1 變電站監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為變電站第“五遙”，在無人值守變電站設(shè)備管理中起到重要作用，但目前更多還是集中在變電站安保方面的應(yīng)用，主要以場區(qū)視頻監(jiān)控視頻信息作為設(shè)備事故或入侵事件的輔助調(diào)查依據(jù)，功能單一，利用率較低。

變電站雖然已無人值守，但設(shè)備倒閘操作、巡視等作業(yè)仍需運行人員到現(xiàn)場查看設(shè)備的實際運行位置和運行狀態(tài)，勞動強度大，工作效率低，且存在一定安全風(fēng)險。

實現(xiàn)變電站智能運行與管理是建設(shè)堅強智能電網(wǎng)最重要的環(huán)節(jié)［1－3］。隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能電器制造技術(shù)的快速發(fā)展，智能變電站實現(xiàn)了全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化；視頻監(jiān)控技術(shù)則實現(xiàn)了智能化、高清化、網(wǎng)絡(luò)化。利用現(xiàn)有高新視頻監(jiān)控技術(shù)，結(jié)合智能變電站設(shè)備特點及現(xiàn)場作業(yè)實際，設(shè)計一套適于智能變電站設(shè)備運行管理的一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以實現(xiàn)變電站運維智能化，同時也使變電站輔助系統(tǒng)投資效益最大化。

2 一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

一體化智能系統(tǒng)應(yīng)使變電站具備可視化監(jiān)控、巡檢和調(diào)度，因此，系統(tǒng)應(yīng)具備如下功能：對儀表進行遠(yuǎn)程監(jiān)控及對熱點測量和報警的功能，運行操作隊、監(jiān)控中心、應(yīng)急指揮中心等相關(guān)部門利用該系統(tǒng)對變電站可以遠(yuǎn)程實時圖像監(jiān)控、遠(yuǎn)程故障和意外情況告警接收處理；系統(tǒng)可以根據(jù)指令完成對指定目標(biāo)的監(jiān)控，對操作后的設(shè)備狀態(tài)進行檢查，代替人工現(xiàn)場校核，實現(xiàn)輔助運行人員倒閘操作；對所有目標(biāo)按照程序指令自動巡檢或按人員指令對特定設(shè)備巡視；對于進入變電站設(shè)備場區(qū)、控制設(shè)備核心區(qū)的外來人或物、場區(qū)發(fā)出的異常聲光能夠報警及跟蹤拍錄。

2.1 音視頻信息傳輸與控制總體框架

一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)宜采用分布式結(jié)構(gòu)，分公司級監(jiān)控中心、變電站運行操作隊和變電站本地控制系統(tǒng)3級。每級中心都分為主控中心、客戶端和接口系統(tǒng)（預(yù)留），用于擴充與其他系統(tǒng)之間的銜接、WEB瀏覽功能，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及系統(tǒng)擴展性。

主控中心包含數(shù)據(jù)庫和管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、權(quán)限控制、實時監(jiān)控、配置管理等全部功能。在變電站和其他必要的電腦上安裝客戶端，根據(jù)不同權(quán)限，操作員可以進行相應(yīng)的監(jiān)控、管理和操作。接口系統(tǒng)通過采用IEC61850通信規(guī)約與綜合自動化等系統(tǒng)接口及聯(lián)動。值班及相關(guān)人員可以WEB瀏覽方式實時監(jiān)控每個變電站區(qū)域的環(huán)境、報警及人員進出等實時狀態(tài)。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備控制子系統(tǒng)、防盜報警子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)、WEB瀏覽子系統(tǒng)等系統(tǒng)之間聯(lián)動，并與自動化系統(tǒng)進行接口，實現(xiàn)包括現(xiàn)場設(shè)備操作聯(lián)動視頻、綜合自動化系統(tǒng)告警、門禁聯(lián)動視頻等用戶自定義的設(shè)備聯(lián)動。

中心管理服務(wù)子系統(tǒng)完成設(shè)備管理、用戶管理、權(quán)限認(rèn)證、報警信息管理、信息查詢、業(yè)務(wù)管理、日志管理等。

接入服務(wù)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)響應(yīng)客戶端和設(shè)備提交的系統(tǒng)請求服務(wù)，并進行視頻分發(fā)和存儲的調(diào)度管理。如視頻的調(diào)閱、云臺控制請求、報警處理請求等，工作流程見圖1。

圖1 系統(tǒng)工作流程

分發(fā)服務(wù)子系統(tǒng)用于節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬，存儲管理子系統(tǒng)根據(jù)管理員設(shè)定的存儲策略自動將需要的錄像保存到存儲設(shè)備中。網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)子系統(tǒng)將系統(tǒng)運行狀態(tài)信息顯示給維護管理人員，并在出現(xiàn)異常情況下給出相應(yīng)的告警信息。平臺互聯(lián)子系統(tǒng)為各級應(yīng)用平臺之間的跨平臺提供聯(lián)網(wǎng)共享接口，負(fù)責(zé)聯(lián)網(wǎng)過程中的控制命令和音視頻數(shù)據(jù)的傳輸和轉(zhuǎn)換。報警服務(wù)子系統(tǒng)，對監(jiān)控報警聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)內(nèi)所有報警信號集中采集管理，遠(yuǎn)程調(diào)用報警主機信息，對報警源、音視頻通道進行布防、撤防，完成系統(tǒng)級別的聯(lián)動處理，實現(xiàn)對報警信息的音視頻聯(lián)動等功能。

2.2 音視頻獲取系統(tǒng)設(shè)計

一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)提供的音視頻功能主要包括輔助運行人員倒閘操作、設(shè)備巡檢、變電站安防及場區(qū)作業(yè)人員安全監(jiān)察。

系統(tǒng)實現(xiàn)輔助運行人員倒閘操作的基礎(chǔ)是能夠快速提供變電站場區(qū)開關(guān)類設(shè)備操作前后狀態(tài)信息，實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動巡檢的基礎(chǔ)是能夠準(zhǔn)確提供一次設(shè)備儀表顯示值。因此，變電站視頻監(jiān)控信息應(yīng)包括開關(guān)類設(shè)備操作前后狀態(tài)、一次設(shè)備儀表顯示和安防、設(shè)備故障報警等信息。

變電站中每一個監(jiān)控點均設(shè)置攝像機才能代替人工巡檢及設(shè)備操作后狀態(tài)校核，但不易實現(xiàn)。解決這一問題的可行方法是將二自由度云臺攝像機安裝在一個移動平臺上，根據(jù)指令實現(xiàn)對指定目標(biāo)的監(jiān)控或自動巡檢。固定監(jiān)控與移動監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，相互補充盲點，共同完成變電站一次設(shè)備音視頻信息采集。固定監(jiān)控主要完成設(shè)備內(nèi)部分合閘指示器顯示、設(shè)備異常狀態(tài)圖像監(jiān)視、安防系統(tǒng)視頻采集、作業(yè)人員安全監(jiān)察等，移動監(jiān)控系統(tǒng)完成設(shè)備表面狀態(tài)信息采集（GIS隔離開關(guān)分合閘指示器、氣室SF6表檢查、設(shè)備故障后音視頻信息采集等）。

2.2.1 固定監(jiān)控系統(tǒng)

SCADA系統(tǒng)與智能監(jiān)控系統(tǒng)連接，實現(xiàn)可靠的隔離開關(guān)操作。當(dāng)SCADA系統(tǒng)控制隔離開關(guān)進行不同工作狀態(tài)切換時，智能監(jiān)控系統(tǒng)自動將攝像機對準(zhǔn)到執(zhí)行此次動作的相關(guān)設(shè)備，并顯示對應(yīng)的視頻信息，便于操作人員對操作結(jié)果進行確認(rèn)，SCADA系統(tǒng)與智能監(jiān)控系統(tǒng)通過正向隔離裝置（網(wǎng)閘）單向通信，保證電網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的安全。設(shè)備內(nèi)部分合閘指示監(jiān)控點采用高清（720P與1080P）網(wǎng)絡(luò)化攝像機實現(xiàn)對設(shè)備的定點監(jiān)測。

變電站安防視頻、場區(qū)設(shè)備異常監(jiān)視視頻系統(tǒng)、場區(qū)作業(yè)實時安全監(jiān)察采用智能網(wǎng)絡(luò)球機。依托智能分析器的視頻分析和行為分析技術(shù)，當(dāng)報警產(chǎn)生時，智能網(wǎng)絡(luò)球機自動跟蹤到對應(yīng)的報警觸發(fā)物上，可以直觀地監(jiān)測到報警現(xiàn)場。為防止變電站周邊發(fā)生誤闖行為，基于全景L／F雙攝像機跟蹤系統(tǒng)提前警戒并告知，見圖2。

圖2 接近告警

對于場區(qū)重點區(qū)域設(shè)置警戒區(qū)，在周圍人為設(shè)定禁止區(qū)域，基于圖像的行為分析系統(tǒng)，在作業(yè)人員違規(guī)操作、超范圍活動時馬上報警，從而實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)實時安全監(jiān)察。在變電站大門等重要部位，設(shè)置監(jiān)視器移動偵測報警功能，在沒有經(jīng)過門禁系統(tǒng)解除狀態(tài)下，人員和物體進入，有任何圖像變化都會導(dǎo)致中心報警，提示工作人員針對畫面中出現(xiàn)的情況作出相應(yīng)處理，見圖3。

圖3 警戒監(jiān)察

2.2.2 移動監(jiān)控系統(tǒng)

移動監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)指令實現(xiàn)對制定目標(biāo)的監(jiān)控或所有目標(biāo)的循環(huán)自動巡檢。為實現(xiàn)對智能變電站設(shè)備順序控制操作后的實際狀態(tài)檢查，該系統(tǒng)必須具備精確定位、高速運行的特點。采用輪子或履帶行走方式，存在導(dǎo)航精度差、行走速度慢、定位精度低等缺點，且不適合全天候運行，難以實現(xiàn)變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)全天候自動巡檢的要求。移動平臺宜采用軌道式移動機構(gòu)，既可提高運行速度又便于定位，見圖4。

圖4 移動機構(gòu)

移動機構(gòu)利用編碼器、定位塊以及行程開關(guān)、激光定位等技術(shù)，實現(xiàn)在預(yù)定位置的精確停車，攜帶的攝像機對多點目標(biāo)進行精確定位觀察，即對指定設(shè)備進行整體掃描、針對重點部位拉近觀測等。

針對北方特殊環(huán)境，移動平臺設(shè)計還應(yīng)有除塵、除雪、除冰、除霜、紅外防撞裝置。除塵裝置由驅(qū)動電動機和除塵毛刷構(gòu)成，除塵毛刷的連續(xù)旋轉(zhuǎn)可使軌道的上表面保持清潔；機器人上的除雪、除冰、除霜裝置由熱風(fēng)槍和導(dǎo)熱槽組成，可向軌道的上表面進行高溫加熱，用于去除雪、冰、霜，保證在冬天惡劣天氣環(huán)境下也能夠順利工作。

移動機構(gòu)動力電源依靠滑線取電裝置供電。在軌道的一側(cè)安裝滑觸線，滑觸線內(nèi)接入電源，見圖5?；€取電的方式保證了機器人在移動過程中可以獲得連續(xù)的電力供應(yīng)。同時利用交流電力載波通信傳輸技術(shù)，實現(xiàn)機器人與后臺控制系統(tǒng)的控制信息、視頻數(shù)據(jù)雙向傳輸。這種有線數(shù)據(jù)傳輸方式保障了信息傳輸?shù)母叨确€(wěn)定性和可靠性。

圖5 移動機構(gòu)供電裝置

2.2.3 移動平臺操作與控制

移動機構(gòu)可以實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)視、就地及遠(yuǎn)程控制，并將獲取的音頻和視頻圖像上傳至一體化監(jiān)控系統(tǒng)存儲子系統(tǒng)，移動平臺由控制、監(jiān)督、視頻監(jiān)控、音頻監(jiān)控、電子地圖、通信等模塊組成。

視頻監(jiān)控模塊將攝像機采集的視頻數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)存儲上傳，以供查詢和調(diào)用。音頻采集分析模塊通過音頻采集設(shè)備采集特定采集點的音頻數(shù)據(jù)，獲取音頻數(shù)據(jù)的頻率和幅值信息，將其與設(shè)備正常工作的聲音頻率及幅值進行對比。一旦出現(xiàn)異常，進行報警，并將采集數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，以供查詢和調(diào)用。通過對設(shè)備音視頻的監(jiān)視，及時發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的內(nèi)外缺陷，并能診斷設(shè)備運行中的事故隱患和故障先兆，對設(shè)備聲音異常、移動目標(biāo)等自動判斷和報警，以便及時采取措施消除事故隱患。

電子地圖模塊進行電子地圖的繪制和巡檢任務(wù)點的標(biāo)識，在電子地圖上標(biāo)識出變電站的平面圖和巡檢路線圖。

2.2.4 輔助運行人員操作及自動巡檢功能的實現(xiàn)

智能變電站控制保護系統(tǒng)分為過程層、設(shè)備層（間隔層）和站控層。站控層能夠通過間隔層裝置實現(xiàn)變電站的控制［4］，即根據(jù)運行人員輸入的命令實現(xiàn)斷路器、隔離開關(guān)、保護裝置復(fù)歸和主變分接頭等設(shè)備的操作。由于軌道式移動平臺速度快，具備多重定位技術(shù)保障，在運行人員下達(dá)操作命令后，根據(jù)順序控制指令，可以迅速、準(zhǔn)確到達(dá)被操作設(shè)備的指定監(jiān)視位置，對斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的操作后狀態(tài)進行視頻監(jiān)視，確認(rèn)是否操作到位。避免了人工完成倒閘操作后還需要運行人員實地進行設(shè)備運行狀態(tài)確認(rèn)。

當(dāng)操作員設(shè)定自動巡檢程序后，移動機構(gòu)按照巡檢設(shè)備流程，依次將設(shè)備儀表顯示值及設(shè)備狀態(tài)音視頻上傳服務(wù)器，固定視頻也按照巡檢設(shè)備流程，依次獲取定點監(jiān)測媒體數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器。

3 一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)勢

與現(xiàn)有變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)不但具有變電站日常安防功能，更多應(yīng)用于設(shè)備的日常管理，雖然增加一定投資，但是利用率大幅提高。

a.代替運行人員進行倒閘操作后的設(shè)備實際位置校核，運行操作人員只需在主控室或控制中心，使智能變電站設(shè)備真正實現(xiàn)遠(yuǎn)方操作。

b.通過后臺系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站遠(yuǎn)方無人巡檢。

c.系統(tǒng)增加了設(shè)備異常信息搜集功能，對于設(shè)備故障診斷分析、事故處理提供了形象、直觀的音視頻資料。

d.視頻監(jiān)控增加了圖像跟蹤功能，不但提高了安保水平，還可應(yīng)用于變電站場區(qū)作業(yè)安全監(jiān)察。

e.監(jiān)控系統(tǒng)后臺具有開放性，可以將變電站一次設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)（如SF6在線監(jiān)測、GIS局部放電在線監(jiān)測、溫度在線監(jiān)測等）通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將報警信號與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動。在故障信息智能診斷基礎(chǔ)上實現(xiàn)后臺監(jiān)控人員判斷。

4 結(jié)束語

智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)，利用現(xiàn)有智能化、高清化、網(wǎng)絡(luò)化音視頻監(jiān)控設(shè)備，結(jié)合智能機器人技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，對變電站場區(qū)及設(shè)備智能化管理，變電站日常安防、輔助倒閘操作、巡檢作業(yè)實現(xiàn)設(shè)備一體化，同時也為電力系統(tǒng)作業(yè)實時視頻安全監(jiān)督及可視化生產(chǎn)指揮擴大了基礎(chǔ)。變電站輔助系統(tǒng)功能多樣化，提高了輔助系統(tǒng)利用率，降低了變電站輔助系統(tǒng)的投資。設(shè)備巡檢作業(yè)及操作遠(yuǎn)程化，更是實現(xiàn)了變電站運行維護智能化，充分體現(xiàn)了智能變電站信息化、自動化和互動化的特征［5］。因此，加快研究信息技術(shù)、自動化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變電站運維管理方面的應(yīng)用，促進變電站輔助管理系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計智能化、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化是智能變電站建設(shè)的重要發(fā)展方向之一。

［1］高 濤，鄧 玲.智能電網(wǎng)及其國內(nèi)外發(fā)展概述［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（2）：5－10.

［2］張幼明，高忠繼，黃 旭.智能變電站技術(shù)應(yīng)用研究分析［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（5）：1－3.

［3］郭哲強.淺談智能化變電站的實施和應(yīng)用［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（3）：44－48.

［4］GB／T 30155—2013，智能變電站技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［5］Q／GDW 679—2011，智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范［S］.

Design and Application Discussion of Integrated Intelligent Monitoring System in Substation

JIA Ming?yue，LIU Jun，ZHOU Zhi?yu
（State Grid Anshan Electric Power Supply Company，Anshan，Liaoning 114001，China）

Based on the analysis of development prospect of intelligent substation，this paper puts forward the design thought of intelli?gent monitoring system of substation integration.The intelligent monitoring system functions，the key problem and the main framework of system design are elucidated in detail.Substation video monitoring is divided into two parts：stationary and mobile surveillance moni?toring，solving the switch operation of auxiliary operator and automatic remote monitoring，as well as taking into account the substation security and environmental monitoring，which can improve investment efficiency of substation and the management level，as well as il?lustrate the characteristics of information，automation and interaction.

Substation；Intelligence；Monitor；On?site inspection；Switching operation

TM76；TM63

A

1004－7913（2015）09－0030－04

賈明月（1979—），男，碩士，高級工程師，從事電氣工程及其自動化方向研究。

2015－06－30）