淺談變電站遠(yuǎn)程可視化順序控制系統(tǒng)

王 莉

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司淮安供電分公司，江蘇淮安 223000

1 現(xiàn)狀及存在的問題

現(xiàn)江蘇省220kV及以下變電站因具備“四遙”功能，基本都采用無人值班運(yùn)行模式，在實(shí)際運(yùn)行中，在調(diào)控中心一般僅進(jìn)行斷路器分合閘或重合閘等功能投退的遙控操作，大量的倒閘或停電操作仍需要人工來進(jìn)行作業(yè)，而人工本身具有一定的不穩(wěn)定性，容易出現(xiàn)工作上的失誤，并且效率方面也較為低下。

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)的范圍以及可靠性都得以增長，因此可以采用自動(dòng)化程序?qū)ψ冸娬具M(jìn)行遠(yuǎn)程控制。程序化操作也稱為順序控制，在運(yùn)作流程上，首先通過人工的操作，在后臺上擬定之后發(fā)出，當(dāng)程序接收到人工擬定的指令后，會(huì)依照指令與本身的控制邏輯路線對控制目標(biāo)進(jìn)行控制，初步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程變電站控制，并且為了實(shí)現(xiàn)智能化控制，程序還會(huì)對指令進(jìn)行邏輯判斷，即確認(rèn)程序的可行性，并同時(shí)將指令執(zhí)行的效果不斷反饋，人工可以對此進(jìn)行觀測、調(diào)整。由此可見，通過這種方法的實(shí)施，使得人工不用介入實(shí)際的操作，因此避免了人工不穩(wěn)定性的影響。但這種方式是在默認(rèn)設(shè)備提供的電氣量或開關(guān)量完全準(zhǔn)確的前提下進(jìn)行的，而受現(xiàn)有設(shè)備制造水平限制，電氣接點(diǎn)信號存在錯(cuò)誤的可能性，因此對設(shè)備的順控操作存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性，需要采取措施解決[1]。

2 各層級順序控制方案

順序控制即是依照變電站運(yùn)作流程，受人工控制終端控制的變電站控制技術(shù)，在運(yùn)作當(dāng)中，其只接受人工從終端發(fā)送的命令，并在接受完成之后，會(huì)根據(jù)設(shè)備的動(dòng)態(tài)變化，來對單項(xiàng)操作是否完成進(jìn)行判定，當(dāng)操作完成之后系統(tǒng)才會(huì)進(jìn)行之后的命令。在控制系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，針對每個(gè)控制目標(biāo)的命令只能是單個(gè)指令，如果控制目標(biāo)接收到多條命令，則會(huì)不執(zhí)行并發(fā)“錯(cuò)誤”告警。此外，在此控制當(dāng)中如果存在執(zhí)行障礙，那么程序?qū)?huì)自動(dòng)依照當(dāng)前狀態(tài)，尋找可執(zhí)行指令的渠道以此來實(shí)現(xiàn)控制[2]。

在現(xiàn)狀角度上，當(dāng)前順序控制的形式主要可以分為集中順序控制、分散順序控制、混合順序控制。這三種方式均存在差異性，為了分別其優(yōu)劣本文將在下文進(jìn)行逐一分析。

（1）集中順序控制變電站控制系統(tǒng)。集中順序控制變電站控制系統(tǒng)，主要由計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置程序、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信、處理裝置來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于適用性較高，能夠在相對復(fù)雜的條件下，滿足順序控制的需求；而其缺點(diǎn)在于效率較低，當(dāng)運(yùn)作時(shí)該系統(tǒng)的命令執(zhí)行，需要遠(yuǎn)動(dòng)裝置與間隔層測控裝置協(xié)調(diào)才能完成，而這無疑延長的執(zhí)行的路徑，進(jìn)而影響效率性。

（2）分散順序控制變電站控制系統(tǒng)。分散順序控制變電站控制系統(tǒng)，主要由間隔層的測控裝置來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，當(dāng)系統(tǒng)接收到相應(yīng)的命令之后，將對當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行判斷，生成一系列的電氣單元操作步驟，檢查上一步操作完成情況和下一步操作是否完成解鎖。分散順序控制變電站控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)較為明顯，即無需測控裝置以外的設(shè)備即可完成操作，并且具有較高的可靠性，但其缺點(diǎn)為使用范圍相對較小，所以分散順序控制變電站控制系統(tǒng)常見于110kV變電站當(dāng)中[3]。

（3）混合順序控制變電站控制系統(tǒng)。混合順序控制變電站控制系統(tǒng)，是結(jié)合上述兩種控制系統(tǒng)的技術(shù)體系，主要由遠(yuǎn)動(dòng)裝置與間隔層測控裝置構(gòu)建而成?；旌享樞蚩刂谱冸娬究刂葡到y(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于功能性較高，并且功能的獨(dú)立性較好，便于操作,而缺點(diǎn)則功能板塊較為分散，一方面不利于操作執(zhí)行，另一方面影響后續(xù)的維護(hù)工作。

結(jié)合現(xiàn)狀來看，大多數(shù)的220kV變電站主接線的結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，所以要對此進(jìn)行順序控制，也需要進(jìn)行相應(yīng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)，例如，倒母線操作設(shè)計(jì)，多臺主變并列或解列操作以及保護(hù)裝置的操作等，往往牽涉到多間隔操作。因此，針對220kV變電站，本文建議采用集中順序控制變電站控制系統(tǒng)，因此模式的復(fù)雜數(shù)據(jù)處理功能較強(qiáng)，可滿足應(yīng)用需求，并且此系統(tǒng)對于設(shè)備的需求較少，所以即使對其設(shè)備進(jìn)行改動(dòng)，也不會(huì)對整體運(yùn)行造成太大的影響，有助于系統(tǒng)穩(wěn)定性的增長。

對于220kV智能變電站，一般由遠(yuǎn)方集控站發(fā)出順序控制的目的操作任務(wù)指令，電氣設(shè)備順序控制票（即不同電氣單元的順序控制具體內(nèi)容和步驟）保存在變電站側(cè)。順序控制執(zhí)行時(shí)，集控站操作人員在終端選擇控制目標(biāo)，之后終端將會(huì)對目標(biāo)當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行分析，以此提供給操作人員選項(xiàng)，再次選擇之后，即實(shí)現(xiàn)了傳輸策略的選定，最終經(jīng)過確認(rèn)即可發(fā)送指令到控制目標(biāo)，完成控制。在順序控制之下，可以避免控制信息不一致的現(xiàn)象，并降低了人工出錯(cuò)的問題影響，對于系統(tǒng)本身而言，此舉具有較高的應(yīng)用價(jià)值，可提高運(yùn)作的可靠性以及實(shí)效性。

3 遠(yuǎn)程可視順控系統(tǒng)

3.1 需求分析

順控功能在實(shí)現(xiàn)的過程中，存在以下問題：（1）設(shè)備狀態(tài)返校信息單一；（2）設(shè)備視頻聯(lián)動(dòng)功能未起到實(shí)質(zhì)性的作用；（3）設(shè)備圖像清晰度受光線影響；（4）對于設(shè)備圖像狀態(tài)缺乏智能分析功能；（5）視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像頭數(shù)量多、布點(diǎn)接線復(fù)雜，影響設(shè)備運(yùn)行，甚至在嚴(yán)重時(shí)會(huì)對檢修人員人身安全造成一定威脅[4]。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

由智能變電站遠(yuǎn)程可視化順控系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖（如圖1）可知：在結(jié)構(gòu)當(dāng)中主要包括了網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)、軌道攝像機(jī)、控制主機(jī)、視頻處理單元、多維可視監(jiān)控綜合主機(jī)、磁盤陣列、圖像智能分析服務(wù)器等硬件設(shè)備，下文對設(shè)備運(yùn)行流程進(jìn)行闡述。

首先，通過高清攝像機(jī)、軌道式攝像機(jī)、角位移傳感器等設(shè)備獲取一、二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息并進(jìn)行圖像識別分析后將圖像及狀態(tài)判斷信息上傳至站端監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)在進(jìn)行順序控制操作過程中獲取圖像識別信息參與操作過程中的邏輯判斷；與此同時(shí)，畫面自動(dòng)切換至被操作設(shè)備，由于圖像識別信息原理有別于電氣位置信號，因此提高了順序控制操作的可靠性。

圖1 變電站順控系統(tǒng)邏輯

3.3 遠(yuǎn)程可視化順控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 視頻技術(shù)及微距攝像頭技術(shù)

通過網(wǎng)絡(luò)高清攝像頭的應(yīng)用，可有效實(shí)現(xiàn)對變電站內(nèi)部電氣設(shè)備的檢測，以此來為控制提供依據(jù)。例如，在刀閘刀口的位置安裝網(wǎng)絡(luò)高清攝像頭，即可實(shí)現(xiàn)直接的可視監(jiān)控。在表計(jì)前加裝微距工作攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)表計(jì)自身可視化，微距工作攝像機(jī)采用無線傳輸模式，減少攝像機(jī)電纜數(shù)量，減輕現(xiàn)場施工工作量。系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，能夠近距離獲取儀表外觀圖片，并通過圖片特征識別算法，智能讀出儀表讀數(shù)。

3.3.2 角位移傳感器

刀閘合閘到位監(jiān)測裝置，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)包括角位移傳感器和數(shù)據(jù)處理裝置。角位移傳感器包括轉(zhuǎn)動(dòng)部件和固定部件，其中，固定部件主要分為兩個(gè)形式，即外殼與隔離開關(guān)連接、轉(zhuǎn)動(dòng)部件與隔離開關(guān)軸端連接。此外，數(shù)據(jù)處理裝置方面主要有比較處理單元、信號接收單元、基準(zhǔn)單元等。

當(dāng)隔離開關(guān)在合閘時(shí)，角位移傳感器因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)部件的旋轉(zhuǎn)而在傳感器固定部件的線圈上產(chǎn)生4～20mA電流信號，信號隨著轉(zhuǎn)動(dòng)的角度增大而增大并發(fā)送給數(shù)據(jù)處理裝置。信號接收單元接收到該電流信號后，將在判別之后對進(jìn)行處理，之后以信號的形式將處理結(jié)果傳輸至比較處理單元，當(dāng)比較處理單元接受到信號之后，將會(huì)把結(jié)果與基準(zhǔn)單元的基準(zhǔn)信號進(jìn)行對比，以此來確認(rèn)合閘的正確性，并通過通信傳送單元發(fā)送確認(rèn)信號到上位機(jī)，如果不在基準(zhǔn)信號范圍內(nèi)，則說明合閘不到位并發(fā)送合閘失敗信號。上位機(jī)中已有了一維監(jiān)控即基于輔助接點(diǎn)的開關(guān)量，而角度感應(yīng)量的監(jiān)控判斷作為第二維監(jiān)控，只有二者均判斷為合閘到位，才能確認(rèn)合閘成功。

3.3.3 圖像智能分析技術(shù)

首先對配置儀表的初始參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以此形成標(biāo)準(zhǔn)值，在此基礎(chǔ)上，可采用分析表對圖像中的位置進(jìn)行判斷，以此得出當(dāng)前儀表的讀數(shù)，如果讀數(shù)大于報(bào)警值，系統(tǒng)則會(huì)觸發(fā)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。圖像智能分析技術(shù)的實(shí)施步驟為：首先根據(jù)初始數(shù)據(jù)信息對儀表的表盤刻度計(jì)算出橢圓度。再將表盤區(qū)域的圖像規(guī)范化，并得到規(guī)范后的RGB圖、灰度圖。

3.3.4 視頻圖像傳輸

遠(yuǎn)程可視化智能圖像監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備與集控中心，是相互串聯(lián)的兩個(gè)環(huán)節(jié)，串聯(lián)渠道在于視頻圖像傳輸系統(tǒng)，在此串聯(lián)關(guān)系之下，即可形成圖像信息的交互應(yīng)用。視頻圖像傳輸系統(tǒng)的作用，首先，能夠?qū)崿F(xiàn)前端設(shè)備信息傳輸至終端系統(tǒng)的功能，其次，實(shí)現(xiàn)終端的控制指令傳輸?shù)角岸嗽O(shè)備，由其解碼下發(fā)，即實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化智能圖像監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備與集控中心的雙向互聯(lián)。在最新的傳輸技術(shù)概念之下，傳輸功能的實(shí)現(xiàn)主要可以依靠信號格式轉(zhuǎn)換技術(shù)以及傳輸設(shè)備，通過現(xiàn)有的通信傳輸路徑來實(shí)現(xiàn)傳輸功能，也可借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)語

在現(xiàn)代發(fā)展之下，社會(huì)對于電能的需求逐漸增長，導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行的要求更高，不但要注重提高電能供給，還需避免電網(wǎng)運(yùn)行的故障現(xiàn)象。因此，建立穩(wěn)定性高、安全性高的電網(wǎng)控制系統(tǒng)十分重要，但要實(shí)現(xiàn)此目的，就必須重視智能化的應(yīng)用，其除了要求智能化的一次設(shè)備和自動(dòng)化的二次系統(tǒng)以外，還需要建設(shè)功能完善的遠(yuǎn)程可視化操作系統(tǒng)。本文為實(shí)現(xiàn)此目的，結(jié)合了江蘇省220kV及以下變電站現(xiàn)狀進(jìn)行分析，在其變電站基礎(chǔ)上進(jìn)行了遠(yuǎn)程可視化操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。