變電站建筑物及輔助設(shè)施監(jiān)控方案設(shè)計(jì)

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州供電局，廣東 惠州 516000)

1 變電站基本概況

目前的變電站基本都屬于無人值班運(yùn)作的模式。相比較以前的變電站有人值班管理模式，極大地節(jié)約了人力成本，提高了安全運(yùn)行水平。如1個(gè)110 kV變電站，有人值班模式需配置4～6名值班人員，無人值班模式只需要配置約1名運(yùn)維人員。無人值班模式的實(shí)現(xiàn)，主要依托于電子及數(shù)字處理技術(shù)的飛速發(fā)展，研發(fā)了各種各樣的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，將變電站的一二次設(shè)備的狀態(tài)工況，集中采集起來，通過網(wǎng)絡(luò)通道，傳達(dá)至1個(gè)區(qū)域的監(jiān)控中心，集中監(jiān)視及控制。而1個(gè)監(jiān)控中心只需在崗2～3名人員進(jìn)行值班，即可監(jiān)控上百個(gè)甚至更多的變電站，人均效率的提升不言而喻。

對(duì)于一二次主設(shè)備而言，已經(jīng)有了比較完備的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。而對(duì)于建筑物及其他輔助系統(tǒng)，目前并沒有較為完整及可靠成熟的系統(tǒng)。如何設(shè)計(jì)一套可靠穩(wěn)定且性價(jià)比較高的系統(tǒng)呢？就需要分析變電站的哪些方面需要納入監(jiān)測(cè)控制，采用什么樣的布局方案，才能獲得較好的效果和付出較低的成本。

在變電站的運(yùn)行中，常見的且由建筑物或輔助系統(tǒng)引起的問題有：建筑物滲漏水造成泡水或濕度升高、設(shè)備箱體進(jìn)水造成泡水或濕度升高長(zhǎng)期腐蝕設(shè)備、長(zhǎng)期大雨造成設(shè)備室特別是高壓室電纜溝泡水危及設(shè)備安全、空調(diào)故障停運(yùn)造成二次設(shè)備運(yùn)行溫度過高、散熱風(fēng)機(jī)故障停運(yùn)造成一次設(shè)備運(yùn)行溫度過高、消防管網(wǎng)因漏水無法維持有效壓力、消防水池因漏水無法保證水池水位、SF6氣體泄漏造成室內(nèi)SF6氣體濃度含量增高等。實(shí)際運(yùn)行工作經(jīng)驗(yàn)中，有需要進(jìn)行遙控的輔助設(shè)施有：遠(yuǎn)程開門禁、空調(diào)因故斷電后遙控開啟、室內(nèi)散熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)和停止、照明回路的遠(yuǎn)程控制等。

根據(jù)以上的問題導(dǎo)向及需求分析，發(fā)現(xiàn)建筑物及輔助設(shè)施的監(jiān)控系統(tǒng)所面對(duì)的監(jiān)控對(duì)象類型多種多樣，分布零散，物理空間上的分布極其無規(guī)律。任何監(jiān)控系統(tǒng)的組成，大致都分為數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)初步處理子站、遠(yuǎn)程中央數(shù)據(jù)及命令處理服務(wù)器這三大部分。1個(gè)變電站內(nèi)部署多個(gè)數(shù)據(jù)采集終端和一個(gè)子站；服務(wù)器應(yīng)部署在區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房，集中管理多個(gè)變電站的子站數(shù)據(jù)和命令；整套系統(tǒng)類似于一二次主設(shè)備的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。

根據(jù)上述分析，建筑物及輔助設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式的選擇，成為了整個(gè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的核心，其將決定系統(tǒng)的可靠性及實(shí)施成本。另外，根據(jù)國(guó)家及電網(wǎng)公司對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全管理的要求，電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的信息系統(tǒng)建設(shè)，應(yīng)與互聯(lián)網(wǎng)有較高的安全隔離防范要求，數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)盡量采用電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的現(xiàn)有資源，確保系統(tǒng)安全和數(shù)據(jù)安全，不應(yīng)考慮采用互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸方案設(shè)計(jì)。

2 在數(shù)據(jù)采集終端與子站之間的數(shù)據(jù)通信可選擇的方案

2.1 數(shù)據(jù)終端與子站之間布設(shè)數(shù)據(jù)線纜

每個(gè)數(shù)據(jù)終端與子站之間布設(shè)數(shù)據(jù)線纜，數(shù)據(jù)采集終端的工作電源可就地尋找電源接入或統(tǒng)一敷設(shè)線纜供電，市電220 V供電。此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高，傳輸帶寬高，安全性好，但最大的缺點(diǎn)是在全站幾十個(gè)甚至上百個(gè)以上的數(shù)據(jù)終端至子站之間敷設(shè)線路，成本高昂，施工難度極高。

2.2 電力載波技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)

在數(shù)據(jù)采集終端與子站處分別安裝電力載波模塊單元，經(jīng)站內(nèi)220 V配電線路進(jìn)行高頻載波通信，其優(yōu)點(diǎn)是不需重新布線，施工難度小，帶寬高。缺點(diǎn)就是穩(wěn)定性稍差，原因是變電站內(nèi)的220 V布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本來就復(fù)雜，載波數(shù)據(jù)終端單元多了之后，相互干擾變強(qiáng)，傳輸可靠性難以保證，調(diào)試糾錯(cuò)比較困難，載波模塊單價(jià)較高。

2.3 藍(lán)牙傳輸

藍(lán)牙為高頻傳輸技術(shù)，其傳輸特征是帶寬較高，功耗小，但其覆蓋范圍非常有限，根本滿足不了1個(gè)變電站內(nèi)的傳輸需求。

2.4 WIFI傳輸

WIFI是一種比較成熟的高頻傳輸技術(shù)，布點(diǎn)靈活，傳輸帶寬高，但其覆蓋范圍依然是比較有限。雖然可以通過橋接組網(wǎng)的方式布設(shè)多個(gè)AP熱點(diǎn)進(jìn)行整個(gè)變電站的無線信號(hào)覆蓋，但此種拓?fù)洳季W(wǎng)方式下信號(hào)穩(wěn)定性、布設(shè)施工難度、調(diào)試復(fù)雜度、布設(shè)成本都不理想。

2.5 Lora傳輸

Lora是一種相對(duì)新型的中頻433 MHz通信技術(shù)，主要用在傳輸帶寬要求低，覆蓋范圍要求廣，通信要求穩(wěn)定的場(chǎng)景，其主要是應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。1個(gè)Lora基站即可確保覆蓋整個(gè)變電站的通信范圍，且單個(gè)終端通信模塊的價(jià)格及基站的價(jià)格也在較為合理的區(qū)間，成本不高容易實(shí)施。

經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，Lora傳輸符合了變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征：傳輸數(shù)據(jù)量少、覆蓋范圍廣、通信穩(wěn)定等，是本系統(tǒng)的理想傳輸方式。

3 在子站與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信可選擇的方案

3.1 互聯(lián)網(wǎng)通信

根據(jù)之前所述，因數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)安全的要求，不可取。

3.2 系統(tǒng)內(nèi)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)通信

綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)所承載的的業(yè)務(wù)類型多種多樣，有OA辦公通信，遙視系統(tǒng)等等，若本單位的業(yè)務(wù)管理允許，是一種便捷的可選的通信方式，只需要做通信策略上的配置即可，成本低，實(shí)施方便。

3.3 系統(tǒng)內(nèi)業(yè)務(wù)專線通信

申請(qǐng)專用的業(yè)務(wù)專線進(jìn)行通信，1個(gè)子站1條專線至服務(wù)器，只需要在專線兩側(cè)增加通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器，再配置相應(yīng)通信策略即可，也是一種可選的方式。只是在子站數(shù)量多了之后，通道也多了，管理起來稍顯繁雜一些。

3.4 系統(tǒng)內(nèi)業(yè)務(wù)VPN專網(wǎng)通信

在系統(tǒng)內(nèi)已有的通信資源下，專門建立一個(gè)給輔助監(jiān)控系統(tǒng)使用的可覆蓋所有變電站的VPN專網(wǎng)，不需增加通信設(shè)施硬件，只需配置相應(yīng)通信策略即可。其優(yōu)點(diǎn)是專用通信，安全性好，子站接入便捷，管理方便，在子站數(shù)量多的情況下，是一種理想的通信方式。

子站至服務(wù)器的通信方式選擇，可根據(jù)自身所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及需求合理選擇。在數(shù)據(jù)終端、子站、服務(wù)器三大部分的通信方案確定之后，系統(tǒng)的骨架已經(jīng)搭建起來，需要詳細(xì)考慮的是數(shù)據(jù)采集終端的應(yīng)用方式，以下就各種具體的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行舉例分析。

3.4.1 溫濕度監(jiān)測(cè)及加熱器控制

在數(shù)據(jù)終端模塊上配置溫濕度傳感器接口以及常開繼電器接口，將溫濕度傳感器接入模塊，即可采集所需場(chǎng)景的溫濕度信息，最終傳輸至服務(wù)器進(jìn)行綜合應(yīng)用。若所在場(chǎng)景有加熱器，可在服務(wù)器配置策略，根據(jù)溫濕度條件，決定是否自動(dòng)啟動(dòng)場(chǎng)景內(nèi)的加熱器，也可手動(dòng)啟停。加熱器啟?？赏ㄟ^模塊繼電器接點(diǎn)介入控制，繼電器接點(diǎn)可遠(yuǎn)程控制導(dǎo)通及斷開。

3.4.2 空調(diào)監(jiān)控

溫度傳感器感知出風(fēng)口溫度，霍爾傳感器接入動(dòng)力電源回路感知工作電流，紅外接收器感知空調(diào)的故障紅外燈狀態(tài)，遙控器接入模塊繼電器控制空調(diào)的啟停。通過以上傳感器信息可綜合判斷空調(diào)的運(yùn)作狀態(tài)，控制啟停。傳感器均采用外掛方式，是為了不影像空調(diào)原來的使用控制方式。

3.4.3 風(fēng)機(jī)監(jiān)控

霍爾傳感器接入動(dòng)力電源回路感知工作電流，風(fēng)機(jī)啟停可通過模塊繼電器接點(diǎn)介入控制原風(fēng)機(jī)的接觸器，原風(fēng)機(jī)無接觸器的增加1個(gè)控制接觸器。

3.4.4 水浸監(jiān)測(cè)

在容易泡水的地方安裝水位檢測(cè)傳感器，可安裝多個(gè)傳感器感知不同水位信息，即可對(duì)即時(shí)的水位區(qū)間有效判別，提前預(yù)控。

3.4.5 照明監(jiān)控

霍爾傳感器接入動(dòng)力電源回路感知工作電流，照明啟?？赏ㄟ^模塊繼電器接點(diǎn)介入控制原照明的接觸器，原照明回路無接觸器的可增加1個(gè)控制接觸器，若照明回路容量較小也可以不增加接觸器直接用繼電器的接點(diǎn)進(jìn)行痛斷控制。也可接入亮度傳感器，根據(jù)亮度進(jìn)行自動(dòng)控制。

4 變電站建筑物及輔助設(shè)施監(jiān)控方案的應(yīng)用

通過以上舉例，可以看出，只要數(shù)據(jù)采集終端模塊集成了數(shù)字接口、模擬接口、繼電器接口，就可接入相應(yīng)的各種類型的傳感器，將數(shù)據(jù)通過傳感器采集，將控制命令經(jīng)過繼電器進(jìn)行執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的監(jiān)測(cè)與控制。采用不同的傳感器或者不同的傳感器組合，可實(shí)現(xiàn)多種多樣的應(yīng)用場(chǎng)景的拓展。除以上列舉的：溫濕度傳感器、霍爾電流傳感器、紅外接收傳感器、亮度傳感器，變電站可以應(yīng)用到的還包括：SF6氣體含量傳感器、氧氣含量傳感器、水壓傳感器、紅外感應(yīng)傳感器、紅外無線測(cè)溫探頭、激光傳感器、聲音分貝傳感器等。再借助遙控器、接觸器、繼電器的使用，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能。

5 結(jié)語

構(gòu)建一套穩(wěn)定可靠的變電站建筑物及輔助設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)，關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)傳輸方式的選擇以及數(shù)據(jù)感知類型的挖掘及組合。設(shè)計(jì)得當(dāng)，才能在保證效果的前提下，將實(shí)施成本有效控制。