無(wú)人值守變電站智能輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

陳濤　蔡成斌　王若宇

近年來(lái)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展在很大程度上推動(dòng)了電力系統(tǒng)的創(chuàng)新與變革，與此同時(shí)也讓各行業(yè)對(duì)電力能源產(chǎn)生了更高的需求。在新時(shí)期下，智能變電站以及無(wú)人值守變電站開(kāi)始逐步在電網(wǎng)中得以普及運(yùn)用，變電站智能輔助控制系統(tǒng)屬于國(guó)家電網(wǎng)智能化、自動(dòng)化建設(shè)發(fā)展的關(guān)鍵組成部分，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了堅(jiān)實(shí)保障，其重要性逐漸得以凸顯。本文結(jié)合筆者實(shí)際工作研究，分析了傳統(tǒng)變電站輔助系統(tǒng)存在的問(wèn)題，基于無(wú)人值守變電站的實(shí)際業(yè)務(wù)需求，對(duì)智能輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開(kāi)了探討。

一、傳統(tǒng)變電站輔助系統(tǒng)存在問(wèn)題

傳統(tǒng)變電站輔助系統(tǒng)涉及圖像監(jiān)視系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、采暖通風(fēng)系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)，然而傳統(tǒng)輔助系統(tǒng)并未設(shè)置統(tǒng)一的信息管理平臺(tái)，各個(gè)系統(tǒng)模塊之間處于較為獨(dú)立的狀態(tài)，基本上是選擇分散設(shè)計(jì)、獨(dú)立上傳的模式，表現(xiàn)出諸多問(wèn)題。首先是功能具有局限性，傳統(tǒng)變電站輔助系統(tǒng)的功能存在單一化的問(wèn)題，只能夠在出現(xiàn)事故后通過(guò)人工排查手段了解相關(guān)信息，并不具備異常監(jiān)測(cè)、提前預(yù)警以及主動(dòng)防御等功能。其次是通信標(biāo)準(zhǔn)并未統(tǒng)一。傳統(tǒng)輔助系統(tǒng)中的各個(gè)子模塊常常是不同供應(yīng)商支持，其執(zhí)行的通信標(biāo)準(zhǔn)差異較大，部分變電站沒(méi)有配置規(guī)約轉(zhuǎn)換設(shè)備，難以進(jìn)行全局統(tǒng)籌管理，導(dǎo)致不同子模塊無(wú)法進(jìn)行信息傳輸共享，不符合無(wú)人值守變電站智能化運(yùn)行需求。最后是各個(gè)子模塊之間的聯(lián)動(dòng)性較差，其處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)事故后不能夠第一時(shí)間傳遞信息，自身運(yùn)行效率不高，從某種程度上來(lái)說(shuō)提高了維護(hù)成本。

二、無(wú)人值守變電站智能輔助業(yè)務(wù)需求

（一）安全監(jiān)察需求

一方面，現(xiàn)階段大部分變電站都已經(jīng)具備安全警衛(wèi)和消防報(bào)警系統(tǒng)，然而相應(yīng)的系統(tǒng)模塊屬于獨(dú)立運(yùn)行，并未與視頻系統(tǒng)相互聯(lián)動(dòng)，沒(méi)有進(jìn)行統(tǒng)一集中管理，遠(yuǎn)程管理工作人員不能夠第一時(shí)間了解現(xiàn)場(chǎng)具體情況。應(yīng)當(dāng)對(duì)消防以及電子圍欄系統(tǒng)實(shí)施集中管理，確保各個(gè)子系統(tǒng)模塊之間能夠有效銜接，在發(fā)出警報(bào)之后能夠及時(shí)通過(guò)視頻系統(tǒng)呈現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)畫面，進(jìn)而更加準(zhǔn)確高效地找出故障出現(xiàn)位置。另一方面，無(wú)人值守變電站通常情況下的進(jìn)出管理工作需要大門警衛(wèi)工作人員予以執(zhí)行，而進(jìn)站工作管理的直接責(zé)任主體屬于運(yùn)行單位。但一般運(yùn)行單位和變電站之間存在一定的距離，實(shí)際管理上具有一定難度，管理效率難以提升，長(zhǎng)期下去必然會(huì)出現(xiàn)較大漏洞。所以無(wú)人值守變電站應(yīng)當(dāng)通過(guò)科學(xué)策略保證管理人員能夠及時(shí)確認(rèn)進(jìn)出站人員的身份，借助于門禁和可視對(duì)講系統(tǒng)，通過(guò)集控中心與變電站遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)門操作，抑或是利用工作證識(shí)別系統(tǒng)對(duì)進(jìn)出站人員予以識(shí)別，確保變電站的安全。

（二）變電運(yùn)行需求

近年來(lái)無(wú)人值守變電站數(shù)量日益增多，變電運(yùn)行業(yè)務(wù)也逐漸對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了新的要求，過(guò)去投入使用的很多變電站在配置視頻監(jiān)控系統(tǒng)的過(guò)程中常常會(huì)重點(diǎn)關(guān)注安防以及人防需要，攝像頭點(diǎn)位較少，當(dāng)前無(wú)人值守變電站在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中提出了如下需求。

首先是倒閘操作輔助確認(rèn)。在進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)和刀閘控制過(guò)程中，過(guò)去會(huì)要求管理人員親臨現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行確認(rèn)，而對(duì)于無(wú)人值守變電站而言，通過(guò)監(jiān)控中心進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和運(yùn)行維護(hù)，管理人員僅僅通過(guò)監(jiān)控中心即可直接對(duì)變電站現(xiàn)場(chǎng)情況予以確認(rèn)。針對(duì)距離較遠(yuǎn)的無(wú)人值守變電站來(lái)說(shuō)，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)狀況之后，現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)模式表現(xiàn)出較大的局限性，無(wú)法第一時(shí)間予以確認(rèn)，此時(shí)便需要聯(lián)結(jié)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在主變以及開(kāi)關(guān)場(chǎng)地分別配備攝像頭進(jìn)行遠(yuǎn)程連線，確保視頻畫面和一次接線圖充分融合，讓變電站內(nèi)的相關(guān)設(shè)備能夠處于視頻監(jiān)控系統(tǒng)之下，從而幫助管理人員及時(shí)了解變電站現(xiàn)場(chǎng)的具體情況。

其次是遠(yuǎn)程設(shè)備巡視需求。為確保變電站中相關(guān)的設(shè)備設(shè)施能夠處于安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，按照運(yùn)行規(guī)程，相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)做到定期對(duì)變電站的設(shè)備設(shè)施實(shí)施巡檢。無(wú)人值守變電站實(shí)施人工巡檢的及時(shí)性較差，需要消耗大量的人工成本，同時(shí)在這一過(guò)程中也容易出現(xiàn)各種風(fēng)險(xiǎn)因素，巡檢效率不足。此時(shí)便必須要依靠遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程巡檢，能在很大程度上促進(jìn)巡視作業(yè)效率提升。借助于合理配置變電站區(qū)域內(nèi)的攝像頭，遠(yuǎn)程對(duì)相關(guān)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行巡查，有效降低工作人員到現(xiàn)場(chǎng)巡視的頻率，從而在減輕工作負(fù)擔(dān)的同時(shí)促進(jìn)巡檢效率提升，能夠第一時(shí)間找出風(fēng)險(xiǎn)因素，確保無(wú)人值守變電站能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）調(diào)度監(jiān)控需求

對(duì)于變電站智能輔助控制系統(tǒng)而言，當(dāng)變電站存在故障問(wèn)題或者發(fā)出相關(guān)警告信號(hào)的情況下，作業(yè)人員需要第一時(shí)間獲取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況并進(jìn)行相應(yīng)處理。因此需要智能輔助控制系統(tǒng)能夠和SCADA系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，當(dāng)出現(xiàn)遙信變位信號(hào)之后，可以直接聯(lián)動(dòng)攝像頭轉(zhuǎn)向故障區(qū)域并實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)畫面，為監(jiān)控人員開(kāi)展管理工作帶來(lái)充分保障。

三、無(wú)人值守變電站智能輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）智能視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

對(duì)于無(wú)人值守變電站智能輔助控制系統(tǒng)而言，視頻監(jiān)控子系統(tǒng)屬于十分關(guān)鍵的組成部分，它與其他子系統(tǒng)之間能夠進(jìn)行有效聯(lián)動(dòng)，屬于核心所在。這一系統(tǒng)的主要作用表現(xiàn)為如下幾點(diǎn)：首先是能夠在安防系統(tǒng)的輔助下確保無(wú)人值守變電站中相關(guān)設(shè)備設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行。其次是遠(yuǎn)程管理人員能夠通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)里實(shí)時(shí)掌握變電站的運(yùn)行狀態(tài)。再次是視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以全天候?qū)ψ冸娬驹O(shè)備的運(yùn)行情況予以監(jiān)控，為管理人員提供信息支持。最后是視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備預(yù)警與保護(hù)功能，可以有效聯(lián)動(dòng)其他子系統(tǒng)為變電站安全運(yùn)行帶來(lái)保障。

（二）智能火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)

智能火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)涉及火災(zāi)報(bào)警控制器以及火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)也融合了輔助監(jiān)控以及聯(lián)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)?；馂?zāi)報(bào)警控制器屬于其重要組成部分，它能夠非常穩(wěn)定地為火災(zāi)報(bào)警功能帶來(lái)動(dòng)力支持。在上述設(shè)備的共同配合之下，智能火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)可以有效對(duì)自身實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施監(jiān)控，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)火災(zāi)信號(hào)予以科學(xué)處置，還可以非常準(zhǔn)確地定位具體報(bào)警區(qū)域，記錄報(bào)警時(shí)間。這一系統(tǒng)通常情況下主要是用于無(wú)人值守變電站存在火災(zāi)隱患或者疑似火災(zāi)的情況下，能夠第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)提醒值班人員，從而及時(shí)采取策略確?；馂?zāi)事故得以有效處理，降低變電站可能遭受的損失。除開(kāi)通知值班人員外，該子系統(tǒng)還可以聯(lián)動(dòng)安全報(bào)警系統(tǒng)全面收集火災(zāi)信號(hào)，若收集到的信號(hào)表明變電站內(nèi)部環(huán)境符合滅火條件，則能夠依靠遠(yuǎn)程手動(dòng)或自動(dòng)打開(kāi)滅火裝置同時(shí)切斷非消防電源來(lái)及時(shí)滅火，在這一過(guò)程中視頻監(jiān)控子系統(tǒng)能夠持續(xù)不斷地傳輸現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面并進(jìn)行上傳記錄。

（三）智能安全警戒子系統(tǒng)

電子安全圍欄屬于現(xiàn)代化的安防產(chǎn)品，其主要是按照阻擋為主、報(bào)警為輔的基本原則進(jìn)行設(shè)計(jì)的安全警戒系統(tǒng)，它能夠發(fā)出非致命性脈沖高壓有效擊退入侵人員，在發(fā)出攻擊后的第一時(shí)間將入侵信號(hào)遠(yuǎn)程傳遞到值班工作人員，發(fā)揮出震懾、阻擋以及報(bào)警等多種功能。安全警戒子系統(tǒng)包含了高強(qiáng)度電子導(dǎo)線、掛線柱、緊線器等組成，設(shè)置于變電站圍墻附近，也能夠根據(jù)實(shí)際情況選擇合適位置安裝。系統(tǒng)控制器能夠以每秒一次的速度發(fā)出低頻率脈沖電壓，同時(shí)源源不斷朝著電子纜線傳遞脈沖信號(hào)。如果外來(lái)侵入者碰到脈沖電壓會(huì)第一時(shí)間受到觸及，這一觸及雖是非致命性的，但可以對(duì)入侵者帶來(lái)心理威懾，有效嚇退不法分子。

（四）動(dòng)力與環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

一般來(lái)說(shuō)無(wú)人值守變電站環(huán)境監(jiān)測(cè)是為了對(duì)內(nèi)部溫濕度等信息實(shí)施采集，同時(shí)把獲取的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心，它能夠提供不同的報(bào)警方式，還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)，借助于子模塊對(duì)環(huán)境狀態(tài)實(shí)施調(diào)控。環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)會(huì)第一時(shí)間傳遞給值班人員。動(dòng)力監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的關(guān)鍵性工作在于對(duì)變電站開(kāi)關(guān)室風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施監(jiān)控，比如說(shuō)10kV開(kāi)關(guān)室和GIS開(kāi)關(guān)室中分別配備一套軸流風(fēng)機(jī)電氣控制箱，借助于溫濕度監(jiān)測(cè)儀以及傳感器能夠讓風(fēng)機(jī)在特定情形下自動(dòng)啟動(dòng)，還能夠提供自動(dòng)調(diào)溫功能。除此之外，環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)能夠?qū)F6開(kāi)關(guān)室實(shí)施監(jiān)測(cè)，在其中配備完善的監(jiān)測(cè)設(shè)備，包括SF6監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)、變送器和風(fēng)控器等，可以對(duì)SF6氣體監(jiān)測(cè)信號(hào)予以精準(zhǔn)識(shí)別。

（五）智能照明子系統(tǒng)

目前很多變電站所采用的照明系統(tǒng)基本上屬于熒光燈，表現(xiàn)出使用壽命短、工作效率低以及維護(hù)繁瑣等缺陷，同時(shí)其燈光自控性能不能夠聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際需求，智能輔助控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)選擇綠色環(huán)保照明設(shè)備，合理選用燈具設(shè)備，促進(jìn)照明質(zhì)量提升。

四、無(wú)人值守變電站智能輔助系統(tǒng)之間的協(xié)同聯(lián)動(dòng)

第一，無(wú)人值守變電站環(huán)境子系統(tǒng)可以對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果出現(xiàn)關(guān)鍵信息波動(dòng)的情況下，能夠在發(fā)出報(bào)警之后上傳相關(guān)數(shù)據(jù)。第二，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可以和消防管控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)偵測(cè)到火警信號(hào)之后可以第一時(shí)間向消防管控系統(tǒng)發(fā)出指令，如此一來(lái)消防管控系統(tǒng)能夠第一時(shí)間傳輸信息，幫助遠(yuǎn)程監(jiān)控人員制定相應(yīng)的對(duì)策。第三，安全系統(tǒng)和其他各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，這主要是因?yàn)榘踩到y(tǒng)需要監(jiān)控的范圍較大，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況制定有針對(duì)性的防控策略。當(dāng)該系統(tǒng)偵測(cè)到非法闖入之后，智能輔助控制系統(tǒng)能夠按照開(kāi)關(guān)量信號(hào)做出準(zhǔn)確判斷，依托于視頻監(jiān)控系統(tǒng)了解現(xiàn)場(chǎng)情況并進(jìn)行信息傳送，做出對(duì)應(yīng)的處理措施。第四是照明子系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，按照消防子系統(tǒng)以及安全系統(tǒng)提出的報(bào)警信息第一時(shí)間開(kāi)啟對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)的燈光，如果不存在風(fēng)險(xiǎn)還可以在系統(tǒng)規(guī)定時(shí)間內(nèi)關(guān)閉燈光。第五是環(huán)境子系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)之間的有效聯(lián)動(dòng)，在全面監(jiān)測(cè)分析無(wú)人值守變電站內(nèi)部環(huán)境溫濕度的基礎(chǔ)上，借助于控制通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)來(lái)對(duì)環(huán)境予以調(diào)控。同時(shí)這一系統(tǒng)還可以和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，如果火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)后它能夠第一時(shí)間控制變電站內(nèi)部空氣流動(dòng)。第六，在相關(guān)條件允許的基礎(chǔ)上，無(wú)人值守變電站排水系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)也能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)動(dòng)，以控制自身的開(kāi)啟與關(guān)閉。另外還應(yīng)當(dāng)預(yù)留與其他設(shè)備設(shè)施之間的聯(lián)動(dòng)功能，以便于未來(lái)對(duì)智能輔助系統(tǒng)進(jìn)行更新和完善。

五、結(jié)語(yǔ)

總而言之，無(wú)人值守變電站智能輔助系統(tǒng)的運(yùn)用在很大程度上促進(jìn)了變電站管控水平提升，有效保障變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)一步降低人工管理成本，促進(jìn)運(yùn)行效率不斷提高。與此同時(shí)，近年來(lái)現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展，無(wú)人值守變電站智能輔助控制系統(tǒng)中涉及的相關(guān)子系統(tǒng)也得到了不斷地更新和完善，相信在未來(lái)會(huì)有更多現(xiàn)代技術(shù)得以普及應(yīng)用，確保變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（作者單位：大唐共和清潔能源有限公司）