無人值班變電站遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

彭明法　王洪儉　陳　剛　王　鳴　錢偉杰

（國網(wǎng)嘉興供電公司，浙江 嘉興　314033）

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無人值班變電站遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

彭明法王洪儉陳剛王鳴錢偉杰

（國網(wǎng)嘉興供電公司，浙江 嘉興314033）

無人值守變電站和大集控管理模式已成為普遍流行的變電站管理模式，在該模式下，變電站內(nèi)輔助系統(tǒng)的技術(shù)提升顯得尤為重要。然而大多數(shù)變電站僅做到對站內(nèi)主設(shè)備的監(jiān)視，相關(guān)輔助控制技術(shù)還未得到廣泛應(yīng)用。本文就嘉興某110kV變電站安裝的一套遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)，對其構(gòu)成、功能及在變電站中的應(yīng)用成效進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

無人值班變電站；智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)；智能輔助一體化平臺；遙視

隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，變電站的數(shù)量急劇增加，為提高勞動效率，合理分配人力資源，現(xiàn)變電站普遍實(shí)行無人值班與集中監(jiān)控模式。在該模式下，變電站內(nèi)的安全問題顯得尤為突出。近年來，變電設(shè)備被破壞，被偷盜的事情時有發(fā)生，導(dǎo)致了一些停電事故。因而，采取切實(shí)可行的技術(shù)手段對變電站內(nèi)相關(guān)輔助系統(tǒng)實(shí)行監(jiān)控，做到無人值班變電站安全管控、智能管控成為一項(xiàng)迫切的需求［1-2］?，F(xiàn)電力行業(yè)普遍采用的“四遙”技術(shù)，即“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)”電力自動化技術(shù)，僅針對站內(nèi)主設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，而對站內(nèi)的輔助系統(tǒng)，例如安保系統(tǒng)、環(huán)境情況等并沒有采取相應(yīng)的監(jiān)視和控制措施，因而并不能完全滿足變電站無人值守和保證變電設(shè)備安全運(yùn)行的需要［3］。隨著智能技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人巡視代替人工巡視已成為可能，其大大減少了人力，為人員的合理調(diào)配提供了幫助。然而由于機(jī)器人的巡視路線、巡視時間比較固定，且巡視內(nèi)容和相應(yīng)的控制功能比較獨(dú)立，并且未與相關(guān)輔助控制系統(tǒng)相結(jié)合，因而并不能實(shí)現(xiàn)站內(nèi)的完全監(jiān)視和控制功能。

近年來隨著通信技術(shù)、自動化技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)、圖像壓縮及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，變電站內(nèi)智能輔助監(jiān)控技術(shù)得到大幅提升，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)真正無人值班已為可能。通過安裝網(wǎng)絡(luò)攝像儀、傳感器、控制器等手段，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、紅外遙控、遠(yuǎn)程控制等功能，達(dá)到對站內(nèi)輔助系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)視和控制的目的，在“四遙”功能之外新增“遙視”的功能［4］。本文就遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)在嘉興供電公司某110kV變電站中的應(yīng)用及其相關(guān)特點(diǎn)進(jìn)行了探討。

1　遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)組成及主要功能

1.1輔控系統(tǒng)的組成

2015年5月，嘉興供電公司某110kV變電站實(shí)行了安裝變電站輔助設(shè)備一體化監(jiān)控子站的項(xiàng)目。該110kV變電站實(shí)行無人值班的監(jiān)控模式，通過集控站以及市屬監(jiān)控兩個部門對站內(nèi)的主要設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控。該站110kV部分采用單母雙分段接線方式，每段母線各有2回進(jìn)線；10kV母分采用單母分段接線。110kV部分和兩臺主變都敞開式布置于戶外，10kV部分以及二次部分布置于戶內(nèi)小室中。該站四周化工廠較多，空氣中粉塵含量大，經(jīng)常會有漂浮的雜物，且該站的地勢比較低，容易積水。由此可見，該站的運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，導(dǎo)致該站設(shè)備發(fā)生異常和缺陷情況較多。因而急需采取必要的措施對該站的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視，保證在第一時間內(nèi)監(jiān)測到設(shè)備的異常，并通過遠(yuǎn)程控制在最短時間內(nèi)采取有效的措施。

遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了全站的“遙視”功能，達(dá)到對站內(nèi)所有輔助設(shè)備的集中監(jiān)控。該監(jiān)控系統(tǒng)主要由視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、安全防衛(wèi)、智能門禁等子系統(tǒng)組成。通過對這些子系統(tǒng)整合、優(yōu)化及管理，運(yùn)用監(jiān)測、預(yù)警、控制等技術(shù)手段，為變電站的安全生產(chǎn)提供可靠保障。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對站內(nèi)重要電氣設(shè)備、運(yùn)行環(huán)境、安防消防等全天候的圖像監(jiān)視。其主要監(jiān)視的對象有：站內(nèi)室外區(qū)域的安保情況、主要電氣設(shè)備的表計讀數(shù)、開關(guān)和刀閘的狀態(tài)、室內(nèi)場景等。

環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對變電站內(nèi)各重要場所和重要設(shè)備的實(shí)時監(jiān)測。主要監(jiān)測對象包括：溫度、濕度、風(fēng)速、SF6氣體濃度、水位、火災(zāi)情況等，可實(shí)現(xiàn)燈光、空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵等輔助設(shè)備的控制功能。該系統(tǒng)主要由溫濕度傳感器、水浸探測器、紅外熱成像攝像儀、空調(diào)控制器、風(fēng)機(jī)控制器、燈光控制單元以及煙霧傳感器等組成。

安全防衛(wèi)系統(tǒng)可在無人值守的情況下，通過遠(yuǎn)程的監(jiān)視，對變電站入侵事件進(jìn)行告知，并通過遠(yuǎn)方喊話系統(tǒng)進(jìn)行警告，變被動為主動。安全防衛(wèi)系統(tǒng)主要由脈沖電子圍欄、聲光報警等設(shè)備組成。

智能門禁系統(tǒng)是變電站一種新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，集自動識別技術(shù)、自動控制技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體，具有對變電站大門等相關(guān)門戶出入遠(yuǎn)程控制，實(shí)時監(jiān)視，狀態(tài)記錄等功能。智能門禁系統(tǒng)可支持刷卡開門、密碼開門、遠(yuǎn)程開門等多種開門方式。

1.2輔助系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能

該輔助控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，智能防范和告知，使變電站真正實(shí)現(xiàn)無人值守的自動化模式，具體功能如下。

1）監(jiān)控、錄像和遠(yuǎn)程自動巡視功能

該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對變電站周邊環(huán)境和儀表設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)視、錄像，并且具備遠(yuǎn)程自動巡視功能，通過球形和槍形攝像機(jī)自動巡視并實(shí)現(xiàn)對表計、油溫、油位等關(guān)鍵點(diǎn)位定時拍攝瀏覽功能。基于輔助一體化監(jiān)控平臺可設(shè)置攝像機(jī)的巡視路徑，通過將巡視結(jié)果（主要為表計讀數(shù)）截圖，反映于遠(yuǎn)程巡視記錄表中，供運(yùn)維人員分析，遠(yuǎn)程巡視記錄表見表1。

表1　智能輔助控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程巡視記錄表

2）表計識別功能

由于一些表計讀數(shù)無法直接通過傳感器獲得，為讀取這些表計的讀數(shù)，提高智能化水平，該系統(tǒng)可通過視頻智能算法，識別指針式表計數(shù)值，并將相關(guān)數(shù)值導(dǎo)入到遠(yuǎn)程巡視表中。

3）周界防護(hù)功能

對變電站內(nèi)原有安防盲區(qū)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對整個變電站非法入侵等突發(fā)狀況報警。通過在圍墻四角新增4個安防攝像頭，對站內(nèi)的邊界進(jìn)行監(jiān)視，具有移動偵測、入侵報警、視頻遮擋等功能，在報警的同時能同步錄像，實(shí)現(xiàn)全站全天候?qū)崟r保衛(wèi)工作。

4）燈光遠(yuǎn)程控制功能

通過在各區(qū)域安裝燈光控制箱，以實(shí)現(xiàn)對主控室、電纜層、10kV開關(guān)室以及戶外區(qū)域燈光遠(yuǎn)程控制，便于巡視及提高攝像機(jī)畫面的清晰度。

在空調(diào)安放的室內(nèi)設(shè)置空調(diào)控制器，當(dāng)監(jiān)測到環(huán)境溫度過高時，對空調(diào)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并具備失電自起功能。

除上述功能外，該系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)水位監(jiān)測、消防告警、門禁控制等功能。

2　智能輔助一體化平臺

2.1智能輔助一體化平臺的結(jié)構(gòu)

該輔助監(jiān)控系統(tǒng)所有功能通過智能輔助一體化平臺得以實(shí)現(xiàn)。該平臺根據(jù)浙江省公司相關(guān)規(guī)范而構(gòu)建［5］。站級輔助一體化子站系統(tǒng)包括站級輔助一體化監(jiān)控子站 AMC和視頻服務(wù)系統(tǒng)兩部分組成，其結(jié)構(gòu)組成如圖1中虛框內(nèi)所示。

站級輔助一體化監(jiān)控子站 AMC主要由后臺主機(jī)、傳輸設(shè)備，綜合控制機(jī)柜、數(shù)據(jù)接入設(shè)備以及各類輔助生產(chǎn)子系統(tǒng)組成。在各子系統(tǒng)相對獨(dú)立運(yùn)行和自動閉環(huán)控制的前提下，后臺主機(jī)以標(biāo)準(zhǔn)的IEC 61850通信和建模規(guī)約與各輔助生產(chǎn)子系統(tǒng)通信，通過各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對變電站現(xiàn)場視頻以及各種生產(chǎn)信息的采集、處理、監(jiān)控等功能。

圖1　遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

視頻服務(wù)系統(tǒng)將模擬攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)接入視頻服務(wù)器，且能夠?qū)ζ溥M(jìn)行管理和控制。通過攝像頭對站內(nèi)情況進(jìn)行監(jiān)視和錄像，并保存于硬盤錄像機(jī)DVR和網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻錄像機(jī)NVR中，上傳于視頻服務(wù)器。視頻監(jiān)控系統(tǒng)后臺如圖2所示，其能夠?qū)σ曨l服務(wù)的綜合整體進(jìn)行管理，以界面菜單的形式展示各種數(shù)據(jù)和日志等，可以導(dǎo)入/導(dǎo)出設(shè)備臺賬等；且可實(shí)現(xiàn)與智能視頻技術(shù)的融合，采用圖像智能視頻分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)周界侵入識別，匯控柜指示燈識別，油壓表、避雷器泄露電流表、SF6壓力表等儀表讀數(shù)分析及遠(yuǎn)程讀取功能。

圖2　視頻監(jiān)控后臺

2.2輔助一體化平臺架構(gòu)及通信

該輔助一體化平臺分運(yùn)維站、省公司2級部署，全省只部署一個輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，如圖3所示。圖3（a）中，輔助數(shù)據(jù)接入變電站AMC，AMC通過相關(guān)協(xié)議上傳到運(yùn)維站一體化平臺、嘉興管控平臺和省輔助一體化平臺；視頻信號存儲在NVR上，省輔助一體化平臺、運(yùn)維站輔助一體化平臺、嘉興管控平臺通過B接口向變電站視頻服務(wù)器請求視頻，視頻服務(wù)器從NVR獲取視頻流并轉(zhuǎn)發(fā)。省視頻統(tǒng)一平臺通過B接口或者SDK訪問變電站NVR，獲取視頻流。圖3（b）中，省公司部署數(shù)據(jù)總線，統(tǒng)一訪問數(shù)據(jù)庫；省部署CAG，用來接收變電站輔助數(shù)據(jù)，部署B(yǎng)接口服務(wù)來訪問視頻；運(yùn)維站只部署B(yǎng)接口服務(wù)程序和客戶端，通過數(shù)據(jù)總線訪問數(shù)據(jù)庫；運(yùn)維站人員通過運(yùn)維站客戶端來查看視頻和數(shù)據(jù)；其他人員可用省公司客戶端來查看視頻和數(shù)據(jù)。

where Ktis the torque coefficient of the motor;Jmis the total rotational inertia which is equivalent to that of the motor;Bm is the total damp coefficient which is equivalent to that of the motor;Tpis the load torque of the brushless DC motor by which the pump is driven to work,and Tp=DpPl.

圖3　智能輔助一體化平臺的架構(gòu)與通信方式

3　遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用

該變電站采用半戶外式結(jié)構(gòu)，其中110kV設(shè)備全部位于室外，而 10kV以及二次設(shè)備全部位于室內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)全站輔助監(jiān)控，系統(tǒng)總裝共計41臺攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)了變電站室內(nèi)100%和室外92%的覆蓋率；安裝的紅外熱成像儀實(shí)現(xiàn)了站內(nèi)覆蓋率 87.6%，覆蓋區(qū)域溫度識別率達(dá)100%；由于智能標(biāo)記識別成本較高，因而在該站中僅選取一個表計，通過智能算法對其數(shù)據(jù)進(jìn)行識別，識別率達(dá)到100%。據(jù)統(tǒng)計該系統(tǒng)的搭建投資成本較少，總價為85萬元。

3.1遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

與智能機(jī)器人巡檢相比較，該系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有：

1）遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全站全天候的監(jiān)視作用，且遠(yuǎn)方可實(shí)時獲得現(xiàn)場情況的圖像；機(jī)器人監(jiān)控僅按照規(guī)定的時間或特殊需要對站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行巡檢，無法做到全天候?qū)崟r的效果。

遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)的覆蓋率達(dá)90%以上，對于一些特殊地點(diǎn)能夠起到明顯的監(jiān)視作用，為運(yùn)維及檢修作業(yè)提供有效的安全管控；機(jī)器人在站內(nèi)的巡視仍按照規(guī)定的路徑，對于變壓器上部等視野無法探測的地方存在盲區(qū)。

2）遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)的投資為85萬元，且可實(shí)現(xiàn)全站的安全、智能管控；機(jī)器人在變電站的總投資為200萬元左右，主要實(shí)現(xiàn)站內(nèi)巡視和告警功能，目前還未能實(shí)現(xiàn)全站聯(lián)動的功能。

3）通過以上對遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行梳理，相比智能機(jī)器人巡視有一些自身的特點(diǎn)，尤其對于采用半戶外式布置結(jié)構(gòu)的110kV變電站，采用智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)在便捷性、經(jīng)濟(jì)性方面具有一定優(yōu)勢；同時，對于配置智能機(jī)器人巡視的變電站，也可采用智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)作為其巡視技術(shù)的補(bǔ)充，相輔相成提高巡視效率和成效。

3.2遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)的具體應(yīng)用

1）對于運(yùn)行人員無需到現(xiàn)場許可的工作，可通過電話許可的方式許可工作。通過遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時查看工作班安全措施是否布置妥當(dāng)，工作班成員在工作中是否有違章現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)違章行為，可通過電話立即制止。該監(jiān)控系統(tǒng)為工作中的各部門提供了有效的視頻監(jiān)控證明，加強(qiáng)了工作班成員的責(zé)任心。

2）對于發(fā)生大風(fēng)以及大雨等一系列惡劣天氣后，可按需要對該站進(jìn)行特巡，若是夜間，可通過開啟燈光進(jìn)行夜巡，及時發(fā)現(xiàn)站內(nèi)的缺陷，而無需運(yùn)行人員再到現(xiàn)場，有效提高了變電站運(yùn)維的效率。

綜上，遠(yuǎn)程智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)具有覆蓋率廣、實(shí)時性強(qiáng)、功能全面、經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)，該系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用可有效提升管理水平，提高運(yùn)維效率。

4　結(jié)論

在變電站內(nèi)實(shí)現(xiàn)輔助系統(tǒng)的集中監(jiān)控可有效提高站內(nèi)設(shè)備的安全運(yùn)行水平，使得變電站在“四遙”功能之外增加“遙視”功能。由于表計讀數(shù)大部分仍通過截圖的方式提供給集控站人員，智能化表計識別功能的費(fèi)用相對較高，因而如何在較低成本下實(shí)現(xiàn)輔控系統(tǒng)的完全智能化還需進(jìn)一步探究。

［1］ 蘇陸軍，魏勇，楊東海，等. 智能型變電站輔控系統(tǒng)設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)研究［J］. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014（5）︰29-30，32.

［2］ 劉海忠. 智能變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用［J］. 安防科技，2011（5）︰32-33，40.

［3］ 陳飛凌，孫建東. 智能變電站輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢［J］. 中國公共安全，2013（21）︰222-225.

［4］ 高建勛，周丹. 變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在SCADA 系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］. 電力系統(tǒng)通信，2011，32（10）︰39-44.

［5］ 國網(wǎng)浙江電力公司. 國網(wǎng)浙江電力公司電力變電站輔助設(shè)備一體化監(jiān)控子站功能規(guī)范［Z］. 2014.

Application of Smart Auxiliary Supervisory System in Unattended Substation

Peng MingfaWang HongjianChen GangWang MingQian Weijie
（State Grid Jiaxing Power Supply Company，Jiaxing，Zhejiang314033）

The unattended substation and large centralized control management model has been an universal management model of substation currently. So the improvement of auxiliary system technology becomes particularly important. However，most of the substations do well in monitoring the primary device. The supervisory of auxiliary facility has not been applied widely. This paper introduced one smart auxiliary supervisory system in one of the substations in Jiaxing. The constitution、function and application effect of the system was detailed illustrated.

unattended substation； smart auxiliary supervisory system； smart auxiliary integrated platform； Remote monitoring

彭明法（1989-），男，江蘇鹽城人，碩士，主要從事變電運(yùn)維工作。