智慧變電站全面監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)分析

顧明遠(yuǎn)

（國(guó)電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

近年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，變電站設(shè)備規(guī)模不斷擴(kuò)大，運(yùn)維要求不斷提高，當(dāng)前運(yùn)維管理模式與設(shè)備快速增長(zhǎng)的矛盾日益凸顯。為滿足電力系統(tǒng)中運(yùn)維管理中心對(duì)變電站中各類設(shè)備的多元化管理需求，需部署一套設(shè)備全面輔助監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不同業(yè)務(wù)應(yīng)用的監(jiān)控點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、信息資源共享、應(yīng)用功能完備，滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)全局化、整體化的發(fā)展需求。智慧變電站技術(shù)是在智能變電站技術(shù)基礎(chǔ)上的不斷創(chuàng)新和變革，其融合了人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，對(duì)變電站環(huán)境量、物理量、狀態(tài)量及電氣量進(jìn)行全面采集[1]。

1 系統(tǒng)拓?fù)?/h2>

1.1 聯(lián)網(wǎng)模式

智慧變電站輔助設(shè)備全面監(jiān)控系統(tǒng)由站內(nèi)在線監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、巡檢機(jī)器人、環(huán)境監(jiān)測(cè)、消防及照明控制等子系統(tǒng)組成，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與聯(lián)動(dòng)、運(yùn)行監(jiān)視等功能。輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)、工作站、巡檢機(jī)器人主機(jī)及視頻主機(jī)等主要設(shè)備，監(jiān)控主機(jī)部署在安全Ⅱ區(qū)，視頻主機(jī)部署在安全Ⅳ區(qū)，Ⅱ區(qū)部分通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息交互，Ⅵ區(qū)通過(guò)綜合數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)信息交互。

智慧變電站輔助設(shè)備全面監(jiān)控系統(tǒng)承載于電力綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)，用于前端與中心之間的通信。前端系統(tǒng)的遙視、遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)可上傳至中心，供坐席監(jiān)控人員調(diào)用查看，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。

地市調(diào)控中心部署有監(jiān)控平臺(tái)的服務(wù)端及客戶端，可管理地市所有變電站的設(shè)備，接收由前端上報(bào)的設(shè)備和環(huán)境信息。地市調(diào)控中心的軟件平臺(tái)能夠與SCADA事務(wù)服務(wù)器通信，實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的可視化操作復(fù)核。根據(jù)電網(wǎng)公司的管理模式，變電站的運(yùn)維工作由各運(yùn)維站承擔(dān)，因此在各運(yùn)維站將部署坐席工作站。各坐席工作站按區(qū)域進(jìn)行授權(quán)，滿足坐席監(jiān)控人員對(duì)所轄區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)圖像、環(huán)境及設(shè)備工況信息查看、設(shè)備遙控的需求。

1.2 單站模式

在單站模式下，平臺(tái)服務(wù)器及工作站和前端系統(tǒng)將部署在同個(gè)變電站，一般會(huì)部署在運(yùn)維站，應(yīng)用功能和聯(lián)網(wǎng)模式?jīng)]有區(qū)別，最大差別在于生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

方式一：通過(guò)軟報(bào)文方式實(shí)現(xiàn)一鍵順控反饋。通過(guò)正向隔離裝置，通信服務(wù)器將接收順控主機(jī)的信號(hào)。通過(guò)反向隔離裝置，通信服務(wù)器將反饋一鍵順控過(guò)程中分合閘位置分析結(jié)果給順控主機(jī)。通過(guò)硬節(jié)點(diǎn)方式實(shí)現(xiàn)一鍵順控反饋。

方式二：通過(guò)正向隔離裝置，管理服務(wù)器將接收順控主機(jī)的信號(hào)。一鍵順控過(guò)程中分合閘位置分析結(jié)果的反饋，管理服務(wù)器輸出分析結(jié)果，通過(guò)動(dòng)環(huán)監(jiān)控報(bào)警主機(jī)，經(jīng)繼電器模塊和測(cè)控裝置，最后反饋至順控主機(jī)。

2 系統(tǒng)功能

智慧變電站全面監(jiān)控輔助系統(tǒng)功能多樣性，應(yīng)包含優(yōu)化運(yùn)維監(jiān)控所需的各類便捷功能，主要功能應(yīng)包括但不限于實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、視頻存儲(chǔ)回放、視頻分析、紅外線測(cè)溫、門禁人臉比對(duì)、門禁可視對(duì)講、環(huán)境在線監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)智能聯(lián)動(dòng)、消防數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、設(shè)備遠(yuǎn)程巡檢、生產(chǎn)業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)、告警管理、遠(yuǎn)程維護(hù)、系統(tǒng)對(duì)時(shí)及系統(tǒng)管理等功能。

2.1 實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控

實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控主要對(duì)象為攝像機(jī)和視頻處理單元，能夠?qū)崟r(shí)獲取監(jiān)控區(qū)域內(nèi)清晰的監(jiān)控圖像，各種類型的攝像機(jī)（云臺(tái)、球機(jī)、卡片機(jī)等）可以滿足各類監(jiān)控區(qū)域的需求。視頻監(jiān)控信息包括1/4/9/16多畫面的預(yù)覽方式，支持多角度抓拍、多畫面監(jiān)控、變倍控制及視頻內(nèi)容有無(wú)違規(guī)分析等。

2.2 視頻存儲(chǔ)回放

變電站內(nèi)各類巡檢監(jiān)控設(shè)備的音視頻信息能夠?qū)崟r(shí)存儲(chǔ)，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采用成熟的穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)時(shí)間應(yīng)≥90天，運(yùn)行日志存儲(chǔ)應(yīng)≥1年，支持中心平臺(tái)按需進(jìn)行錄像檢索，并通過(guò)流轉(zhuǎn)發(fā)方式回放或下載指定時(shí)間的錄像。

2.3 視頻分析功能

支持對(duì)設(shè)備狀態(tài)分析、人員行為分析、環(huán)境狀態(tài)分析以及視頻質(zhì)量診斷。

2.4 紅外在線測(cè)溫

紅外在線測(cè)溫包括在線監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等，可通過(guò)紅外的方式檢測(cè)一次設(shè)備（變電器、GIS斷路器、避雷器等）運(yùn)行狀況，監(jiān)測(cè)環(huán)境變化對(duì)設(shè)備的影響，一旦發(fā)現(xiàn)紅外圖像出現(xiàn)異常，輔助全面監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)保存歷史數(shù)據(jù)，以便調(diào)閱分析。

2.5 門禁人臉比對(duì)

人臉識(shí)別一體機(jī)內(nèi)置人臉庫(kù)，當(dāng)識(shí)別出是在庫(kù)人員，聯(lián)動(dòng)電鎖開啟。

2.6 門禁可視對(duì)講

不在庫(kù)人員或未被識(shí)別人員可通過(guò)人臉識(shí)別一體機(jī)內(nèi)置的可視對(duì)講呼叫運(yùn)維班值班人員，出示工作票和工作證并經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后，會(huì)通過(guò)運(yùn)維班值班人員遠(yuǎn)程開啟門禁。

2.7 環(huán)境在線監(jiān)測(cè)

通過(guò)各類傳感器可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外溫濕度、風(fēng)機(jī)、空調(diào)、水浸等對(duì)象的監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、溫濕度、水位、空調(diào)控制及水泵控制等功能需求。通過(guò)動(dòng)環(huán)規(guī)轉(zhuǎn)主機(jī)收集信息轉(zhuǎn)發(fā)至全面監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)生成曲線和報(bào)表，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠在環(huán)境出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)發(fā)出告警信號(hào)聯(lián)動(dòng)處理。

2.8 現(xiàn)場(chǎng)智能聯(lián)動(dòng)

全面監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)主輔設(shè)備之間的聯(lián)動(dòng)、輔助設(shè)備之間子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。主輔設(shè)備聯(lián)動(dòng)即為對(duì)一次設(shè)備的遙控指令能夠根據(jù)操作命令選擇相應(yīng)的視頻信息預(yù)覽，能夠?qū)σ淮卧O(shè)備的異常變位選擇相應(yīng)的視頻信息預(yù)覽并同步錄像。輔助設(shè)備之間子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)有：當(dāng)有安全防范入侵系統(tǒng)時(shí)能夠自動(dòng)打開警防區(qū)的燈光照明聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控，彈出視頻監(jiān)控預(yù)覽窗口并同步錄像；能夠與消防之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)消防照明，啟動(dòng)聲光報(bào)警，支持空調(diào)、風(fēng)機(jī)的開啟與關(guān)閉等功能。

2.9 設(shè)備遠(yuǎn)程巡檢

輔助系統(tǒng)全面監(jiān)控系統(tǒng)包括視頻監(jiān)控，通過(guò)提前部署的視頻信息或巡檢機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢代替人工的預(yù)案。部署之前先制定各類站內(nèi)巡檢的方案，制定巡檢要求。巡檢過(guò)程中記錄存儲(chǔ)并分析巡檢結(jié)果，對(duì)存在嚴(yán)重安全隱患的及時(shí)出發(fā)提醒。巡檢結(jié)束能夠輸出巡檢分析報(bào)告。

2.10 生產(chǎn)業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)

通過(guò)通信服務(wù)器對(duì)接后，當(dāng)遙控操作或設(shè)備故障時(shí)，輔助設(shè)備全面監(jiān)控系統(tǒng)將收到生產(chǎn)系統(tǒng)（調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、站端順控主機(jī)）發(fā)送的信號(hào)，聯(lián)動(dòng)相關(guān)監(jiān)控點(diǎn)的預(yù)置點(diǎn)實(shí)現(xiàn)抓圖上傳，實(shí)現(xiàn)可視化運(yùn)行管理。

2.11 告警管理功能

中心平臺(tái)接收變電站前端系統(tǒng)的信號(hào)，能夠形成告警事件，并支持告警信息儲(chǔ)存管理；支持處理多事件多點(diǎn)告警，告警信息不得丟失和誤報(bào)。

2.12 系統(tǒng)對(duì)時(shí)功能

全面監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)支持主流對(duì)時(shí)方式對(duì)時(shí)，時(shí)鐘源應(yīng)采用變電站統(tǒng)一的時(shí)間同步系統(tǒng)，輔助設(shè)備監(jiān)控主機(jī)采用簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（Simple Network Time Protocol，SNTP）方式，網(wǎng)關(guān)機(jī)、巡檢主機(jī)、采集模塊等采用IRIG-B或簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議。

2.13 系統(tǒng)管理功能

全面監(jiān)控系統(tǒng)管理應(yīng)支持用戶及權(quán)限的管理，支持告警等級(jí)分類與提示方式設(shè)置，支持聯(lián)動(dòng)策略配置，支持視頻錄像、數(shù)據(jù)日志等存儲(chǔ)與備份。

3 核心應(yīng)用

3.1 設(shè)備溫度監(jiān)控

變電站原有設(shè)備紅外測(cè)溫方式，基本采用便攜式紅外測(cè)溫儀，由運(yùn)維人員以人工巡檢方式進(jìn)行，由于使用中的不便和方法中存在缺陷，無(wú)法滿足變電站全面監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性和易用性等方面日益增長(zhǎng)的需求。

采用紅外在線測(cè)溫方式，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備自動(dòng)巡檢、異常報(bào)警及溫度分析等功能，提高運(yùn)行人員對(duì)設(shè)備缺陷識(shí)別能力和預(yù)見(jiàn)性。溫度預(yù)警后，運(yùn)維人員能及時(shí)采取相應(yīng)的措施，用減少負(fù)荷或改變系統(tǒng)運(yùn)行方式等手段，確保設(shè)備運(yùn)行的安全。

3.2 設(shè)備遠(yuǎn)程巡檢

設(shè)備遠(yuǎn)程巡檢應(yīng)用主要根據(jù)變電站巡檢規(guī)程，配置巡檢類型，結(jié)合視頻能力對(duì)站內(nèi)的電氣設(shè)備按計(jì)劃進(jìn)行人工以及智能巡檢。人工巡檢是指人工按順序?qū)﹄姎庠O(shè)備下的巡檢點(diǎn)位通過(guò)人工抓圖、錄像、巡檢記錄等方式進(jìn)行巡檢。智能巡檢是指進(jìn)行自動(dòng)抓圖并對(duì)配有智能分析項(xiàng)的進(jìn)行智能分析，最終人工進(jìn)行確認(rèn)的一套流程。

3.3 可視生產(chǎn)復(fù)核

當(dāng)平臺(tái)通過(guò)通信服務(wù)器與SCADA事務(wù)服務(wù)器（調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)）、順控主機(jī)（一鍵順控系統(tǒng)），可視生產(chǎn)復(fù)核主要應(yīng)用如下。

在船員管理過(guò)程中，不管是在編船員還是外包船員都應(yīng)該一視同仁，平等對(duì)待，強(qiáng)化以人為本的管理理念，一方面增強(qiáng)對(duì)他們的尊重和信任，包括尊重人格、勞動(dòng)權(quán)益、確保獲得知情權(quán)、參與權(quán)等；另一方面船舶管理部門突出服務(wù)意識(shí)，強(qiáng)化服務(wù)功能，多組織慰問(wèn)活動(dòng)，尤其在重大節(jié)日和航標(biāo)集中保養(yǎng)期間，工會(huì)部門多下基層，到船舶送慰問(wèn)品，增強(qiáng)他們對(duì)單位的認(rèn)同感和歸屬感。

以220 kV場(chǎng)地一個(gè)線路間隔為例，主要包括母線側(cè)隔離開關(guān)（俗稱母線刀閘，分正母刀閘、付母刀閘）、斷路器（俗稱開關(guān)）、線路側(cè)隔離開關(guān)（俗稱線路刀閘）等帶電設(shè)備，如圖1所示。

圖1 變電站220 kV典型線路間隔示意圖

合閘操作可遙控操作，首先合上正母刀閘或者付母刀閘，其次合上線路刀閘，最后合上開關(guān)。

分閘操作可遙控操作，首先斷開開關(guān)，其次斷開線路刀閘，最后斷開正母刀閘或者付母刀閘。

開關(guān)中的SF6氣體具有滅弧功能，使開關(guān)能夠帶電分合。

合上開關(guān)是在合閘操作最后一步執(zhí)行，斷開開關(guān)是在分閘操作第一步執(zhí)行。

當(dāng)執(zhí)行遠(yuǎn)方遙控操作時(shí)，生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)某設(shè)備發(fā)出遙控指令后，系統(tǒng)自動(dòng)顯示該設(shè)備的所有現(xiàn)場(chǎng)圖像信息，以及該設(shè)備所在區(qū)域的工業(yè)環(huán)境信息。操作人員通過(guò)查看視頻預(yù)覽信息可以確認(rèn)一次設(shè)備真實(shí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)三確認(rèn)，確保了操作的準(zhǔn)備性、可靠性和安全性。

3.4 設(shè)備跳閘視頻復(fù)核

當(dāng)某條線路出現(xiàn)故障時(shí)，開關(guān)跳閘由合位到分位，故障信息通過(guò)事件報(bào)文上送至生產(chǎn)系統(tǒng)（EMS系統(tǒng)/SCADA系統(tǒng)），系統(tǒng)自動(dòng)彈出故障設(shè)備的所有圖像信息以及該設(shè)備所在區(qū)域的工業(yè)環(huán)境信息，存儲(chǔ)錄像以便查看分析。

3.5 遙信變位智能分析

3.6 一鍵順控服務(wù)

一鍵順控操作和傳統(tǒng)人工倒閘操作相比較，除了節(jié)約操作人時(shí)，還能節(jié)省交通成本、降低交通風(fēng)險(xiǎn)。一鍵順控服務(wù)將輸出圖像智能分析結(jié)果信號(hào)作為一鍵順控操作的輔助判據(jù)，基于可視生產(chǎn)復(fù)核而優(yōu)于可視生產(chǎn)復(fù)核[2]。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

4.1 智慧物聯(lián)

本方案應(yīng)用以視頻為核心的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)智能攝像機(jī)、紅外熱成像、非視頻傳感器，綜合采集變電站內(nèi)的人員行為、設(shè)備溫度及工況、環(huán)境狀態(tài)，實(shí)時(shí)在線連接站內(nèi)的“人、機(jī)、環(huán)”，實(shí)現(xiàn)泛在物聯(lián)[3]。

4.2 邊緣智理

變電站實(shí)現(xiàn)了泛在物聯(lián)，部署有智能攝像機(jī)、紅外熱成像、人臉識(shí)別一體機(jī)及各類非視頻傳感器。

視頻監(jiān)控類設(shè)備具備智能感知功能，能夠在設(shè)備端實(shí)現(xiàn)安全帽檢測(cè)、防誤跑間隔檢測(cè)、吸煙檢測(cè)，并通過(guò)外接音柱報(bào)警或內(nèi)置聲光報(bào)警，提醒現(xiàn)場(chǎng)人員及時(shí)停止違章行為。人臉識(shí)別一體機(jī)具備人臉比對(duì)功能，比對(duì)成功能夠聯(lián)動(dòng)開門。

非視頻傳感器主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，依托動(dòng)環(huán)監(jiān)控報(bào)警主機(jī)，實(shí)現(xiàn)觸發(fā)報(bào)警、閥值越限報(bào)警，除了聯(lián)動(dòng)打開對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)畫面、切換預(yù)置位、抓拍、錄像，還能聯(lián)動(dòng)對(duì)應(yīng)的智能設(shè)備啟動(dòng)，調(diào)節(jié)站內(nèi)運(yùn)行環(huán)境，確保電氣設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。在突發(fā)情況下，即使與調(diào)控中心通信中斷，也能實(shí)現(xiàn)站內(nèi)的邊緣智理。

4.3 物信融合

物信融合是電力物聯(lián)網(wǎng)與電力數(shù)據(jù)信息網(wǎng)的全面融合，其根本在于數(shù)據(jù)的打通和共用。過(guò)去大數(shù)據(jù)呈現(xiàn)大多采用平面方式，近年來(lái)企業(yè)會(huì)優(yōu)先選擇三維地圖呈現(xiàn)方式，但三維地圖操作體驗(yàn)不佳且后期擴(kuò)容還需建模。通過(guò)AR實(shí)景畫面作為呈現(xiàn)底圖，真實(shí)感強(qiáng)，通過(guò)標(biāo)簽點(diǎn)擊展開各類關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，為運(yùn)維管理提供多維數(shù)據(jù)支撐[4]。AR全景視圖應(yīng)用實(shí)現(xiàn)秒級(jí)切換，操作便捷，即學(xué)即會(huì)，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，大大提高了響應(yīng)速度。AR全景視圖應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了物信融合，助力運(yùn)維站全局監(jiān)控，滿足現(xiàn)代化運(yùn)維管理要求，提高了管理水平和工作效率。

5 結(jié) 論

智慧站全面監(jiān)控技術(shù)，能夠?yàn)殡娋W(wǎng)用戶“提質(zhì)增效、安全生產(chǎn)”提供堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)保障，助力電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)[5]。建立功能完善的變電站輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輔助設(shè)備在運(yùn)維班、地市公司遠(yuǎn)程遙控、報(bào)警遠(yuǎn)方確認(rèn)、信號(hào)遠(yuǎn)方復(fù)位，減少運(yùn)檢人員往返現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間，提高工作效率，降低運(yùn)維成本，提升變電站輔助設(shè)備監(jiān)控規(guī)范化、智能化水平。變電站輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)作為配套建設(shè)，提供視頻監(jiān)控、安全防護(hù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、輔助控制等功能，使變電站的運(yùn)行更為安全、可靠，已成為變電站信息化建設(shè)的重要支撐部分。