基于信息融合技術(shù)的變電站智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)研究

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù)融合；變電站；智能運(yùn)維；安防系統(tǒng)

引言

新時期，變電站在運(yùn)行維護(hù)、安全防范等方面，均面臨巨大壓力和挑戰(zhàn)。尤其部分變電站運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜、內(nèi)部設(shè)備眾多，需要運(yùn)維人員適當(dāng)增加檢修次數(shù)。加上周邊人員往來頻繁，導(dǎo)致各種安全隱患時有發(fā)生。而想要規(guī)避安全風(fēng)險，就要充分發(fā)揮信息融合技術(shù)的作用和優(yōu)勢，構(gòu)建智能化運(yùn)維系統(tǒng)和安防系統(tǒng)，盡可能從源頭減少變電站安全隱患。與傳統(tǒng)變電站運(yùn)維及安防模式相比，智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)不僅能夠提高工作質(zhì)量和效率，還能夠減輕工作人員勞動強(qiáng)度，使其將更多時間、精力應(yīng)用到有價值的工作領(lǐng)域。此外，在智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)支持下，變電站運(yùn)營效率也會顯著提升。

一、基于信息融合技術(shù)的變電站智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性

隨著變電站設(shè)備類型逐漸增多、運(yùn)行環(huán)境日益復(fù)雜，其管理難度也進(jìn)一步加大?；谛畔⑷诤霞夹g(shù)對變電站運(yùn)維及安防系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，已經(jīng)成為變電站智能化發(fā)展的大勢所趨。結(jié)合大量實(shí)踐來看，構(gòu)建智能化運(yùn)維及安防系統(tǒng)，就是采用服務(wù)器或?yàn)g覽器模式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交互。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中分為多個層次，包括數(shù)據(jù)層、模型層、控制層等，在信息處理方面使用并行手段，以此來提高通信效率，也就是將傳感裝置采集的變電站信息實(shí)時傳入客戶端。在此基礎(chǔ)上，對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行快速處理、深入分析，進(jìn)而真實(shí)掌握變電站運(yùn)行狀況，并判斷是否存在問題[1]。眾所周知，變電站本身設(shè)備數(shù)量較多，并且類型不盡相同，其中既包括一次設(shè)備，也包括二次設(shè)備，這些設(shè)備在運(yùn)行階段會產(chǎn)生各種運(yùn)維數(shù)據(jù)。所以，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理、分析，能夠?yàn)楣ぷ魅藛T分析變電站運(yùn)營能力提供可靠依據(jù)?？梢詫?shù)據(jù)管理功能概括為信息記錄、可視化展示、實(shí)時監(jiān)督、數(shù)據(jù)預(yù)警等方面。針對變電站各類設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)運(yùn)維需求，可以將數(shù)據(jù)信息分為三種，分別為正常運(yùn)行狀態(tài)、報警狀態(tài)以及緊急狀態(tài)。通過狀態(tài)可以對設(shè)備運(yùn)行模式進(jìn)行真實(shí)反映，這對于提高變電站運(yùn)維及監(jiān)事能力來說有積極影響。在信息融合技術(shù)支持下，變電站想要建立智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)，就要采用IEC61850通信協(xié)議，并充分利用CAN總線及相關(guān)協(xié)議平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息協(xié)議交換。如此能夠滿足數(shù)據(jù)信息集中管理、統(tǒng)一處理需求。在設(shè)計(jì)過程中，通過智能化運(yùn)維及安防系統(tǒng)對變電站進(jìn)行24小時全天候監(jiān)控，通過傳感裝置和監(jiān)控設(shè)備收集準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，并在局域網(wǎng)中傳輸。以此來提高變電站運(yùn)維效果和安防水平。

二、變電站運(yùn)維及安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

變電站智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下基本原則：第一，技術(shù)先進(jìn)性與實(shí)用性原則。在變電站智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要充分發(fā)揮信息融合技術(shù)的優(yōu)勢，積極使用人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，使多種技術(shù)能夠聯(lián)合使用、優(yōu)勢互補(bǔ)，保證設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠。這就需要遵循技術(shù)先進(jìn)性和實(shí)用性原則，使所選的技術(shù)與實(shí)際運(yùn)維需求相匹配，進(jìn)而確保其實(shí)用價值[2]。第二，實(shí)時監(jiān)控原則。變電站智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)，應(yīng)對站內(nèi)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，同時傳感裝置還要準(zhǔn)確記錄溫濕度、電壓、電流等參數(shù)，進(jìn)而為設(shè)備運(yùn)行狀況評估提供可靠依據(jù)，保證設(shè)備始終處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。第三，日志管控。變電站智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)應(yīng)具備記錄日志的功能，使后期審計(jì)能夠根據(jù)記錄的實(shí)踐完成分析工作。第四，高效性與安全性原則。隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的運(yùn)維模式難以滿足現(xiàn)代的需求。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮提高運(yùn)維效率，減少人工干預(yù)，同時確保系統(tǒng)的安全性。第五，環(huán)境智能實(shí)時監(jiān)測。系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崟r監(jiān)測變電站的環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度等，確保運(yùn)行環(huán)境的安全。第六，人員安全智能評估。系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)M(jìn)入變電站的人員進(jìn)行安全評估，確保人員的安全。第七，信息融合技術(shù)。為了提高系統(tǒng)的信息化程度，應(yīng)考慮采用信息融合技術(shù)，將各種信息整合在一起，為運(yùn)維和管理提供全面的數(shù)據(jù)支持。可以看出，變電站智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮技術(shù)、效率、安全和實(shí)用等多方面的因素，確保系統(tǒng)的高效運(yùn)行和安全穩(wěn)定。

三、基于信息融合技術(shù)的變電站智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)的組成

變電站智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的重要組成部分，通過集成化、智能化的方式，提高了變電站的運(yùn)行效率和安全性。該系統(tǒng)主要由兩部分組成：智能巡視系統(tǒng)和綜合安防系統(tǒng)。

（一）智能巡視系統(tǒng)

作為變電站智能化運(yùn)維的核心，智能巡視系統(tǒng)在變電站站端部署方面發(fā)揮的作用不容小覷，該系統(tǒng)是由多個設(shè)備組合而成，包括巡視主機(jī)、智能分析主機(jī)、機(jī)器人、高清視頻等。其中巡視主機(jī)能夠?qū)⒀矙z任務(wù)指令及時下發(fā)給其他系統(tǒng)，機(jī)器人和高清視頻在接收到巡檢任務(wù)后，及時開展室內(nèi)外設(shè)備聯(lián)合巡視作業(yè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、自動巡視、智能分析、實(shí)時監(jiān)控、智能聯(lián)動、遠(yuǎn)程遙控等功能。此外，智能巡視系統(tǒng)還采用一次設(shè)備狀態(tài)感知、主輔設(shè)備全面監(jiān)視、一鍵順控、壓板在線感知、冗余測控、站域保護(hù)、設(shè)備智能標(biāo)簽、智能電能質(zhì)量監(jiān)測、遠(yuǎn)程智能巡視等技術(shù)，全面提升變電站的智能化水平。這些技術(shù)的應(yīng)用，使得變電站的運(yùn)維工作更加高效[3]，同時也大大提高了變電站的安全性。

（二）安防系統(tǒng)

安防系統(tǒng)是變電站安全運(yùn)行的重要保障，安防系統(tǒng)主要以網(wǎng)絡(luò)通信為核心，完成站端音視頻、環(huán)境數(shù)據(jù)、火災(zāi)報警信息、SF6、門禁以及防盜報警等數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，并將以上信息遠(yuǎn)傳到監(jiān)控中心或調(diào)度中心。該系統(tǒng)采用分層、分區(qū)的分布式結(jié)構(gòu)，按綜合安防系統(tǒng)省級要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施。這種設(shè)計(jì)方式，使得安防系統(tǒng)能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境和需求，同時也提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性、在智能變電站建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大的背景下，無人值守已經(jīng)成為一種能夠?qū)崿F(xiàn)的運(yùn)行模式。但由于變電站周圍環(huán)境復(fù)雜，人員往來頻繁，所以會在一定程度上加大安全隱患，想要在無人值守的情況下提高安防效果，就要設(shè)置門禁系統(tǒng)[4]。門禁系統(tǒng)的主要功能，是準(zhǔn)確識別運(yùn)維人員身份信息，使其合法進(jìn)出變電站，同時避免非法入侵者進(jìn)入變電站。為了滿足變電站在人員管理方面的要求，可以在變電站門禁系統(tǒng)中引入人臉識別技術(shù)，也就是通過掃描人的面部特征，對進(jìn)出變電站的人員進(jìn)行準(zhǔn)確識別，這對于提高變電站門禁管理綜合水平來說有積極意義。以下將對幾種常見的門禁系統(tǒng)進(jìn)行闡述：

1.人臉識別門禁系統(tǒng)

變電站智能安防系統(tǒng)中的人臉識別門禁系統(tǒng)，是一種智能化的門禁管理方式，可以通過人臉識別技術(shù)來對人員進(jìn)行身份識別，從而實(shí)現(xiàn)對變電站內(nèi)部的人員進(jìn)出進(jìn)行管理和控制。這種技術(shù)可以提高變電站的安全性和管理效率。例如，在國網(wǎng)行業(yè)中，可以在變電站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)中嵌入EasyCVR人臉識別技術(shù)，通過智能分析服務(wù)器捕獲視頻流中的人臉，根據(jù)預(yù)先建立好的人臉數(shù)據(jù)庫區(qū)分進(jìn)行識別比對等，一旦發(fā)現(xiàn)無關(guān)人員或非法人員時，立即發(fā)出報警信號，

2.門鎖系統(tǒng)

門鎖系統(tǒng)是變電站安防系統(tǒng)中的一個重要的組成部分，可以通過自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、視頻壓縮技術(shù)、射頻識別技術(shù)以及智能控制等多種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對變電站動力環(huán)境、智能鎖控等方面的綜合管理。這些技術(shù)的應(yīng)用使得變電站門鎖系統(tǒng)具有更高的安全性和可靠性，能夠有效地防止未經(jīng)授權(quán)的人員進(jìn)入變電站區(qū)域，保障電力設(shè)備的正常運(yùn)行[5]。

目前，針對變電站通道控制的技術(shù)方案，有直接借助安防領(lǐng)域中的門禁系統(tǒng)的方案，也有采用智能鎖具管理系統(tǒng)來控制各個通道門的方案。這兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。智能鎖具管理系統(tǒng)是一種集中式管理平臺，可以對所有門鎖進(jìn)行統(tǒng)一管理和監(jiān)控。它可以實(shí)現(xiàn)對門鎖的遠(yuǎn)程開鎖、關(guān)閉、監(jiān)控等功能，并且可以對所有門鎖進(jìn)行統(tǒng)一授權(quán)和管理。同時，每次操作完成都可以生成相關(guān)的操作記錄，包含開鎖人、時間、通道門名稱等信息。這些信息可以幫助管理人員更好地了解變電站內(nèi)人員進(jìn)出情況，及時發(fā)現(xiàn)并處理異常情況。

四、基于信息融合技術(shù)的變電站智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路

（一）系統(tǒng)構(gòu)架

新時期，信息融合技術(shù)發(fā)展迅速，將其應(yīng)用到變電站運(yùn)維及安防管理工作中勢在必行。這一形勢下，設(shè)計(jì)智能化運(yùn)維及安防系統(tǒng)，應(yīng)從幾個方面入手：第一，設(shè)備狀態(tài)檢測。該層面主要以監(jiān)督和管理變電站內(nèi)部設(shè)備為主，其中包括一次設(shè)備、二次設(shè)備等。眾所周知，由于傳統(tǒng)人力管理影響因素較多、周期較長，所以很多潛在隱患無法及時發(fā)現(xiàn)。所以在智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分發(fā)揮信息技術(shù)的融合優(yōu)勢，在設(shè)備狀態(tài)檢測中引入遠(yuǎn)程監(jiān)測、智能巡檢以及離線監(jiān)測等功能[6]。第二，人員管控。人員管控是變電站智能安防系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，主要作用是保證工作人員安全，確保各項(xiàng)工作有序進(jìn)行，避免無關(guān)人員進(jìn)入關(guān)鍵區(qū)域等，合理設(shè)計(jì)人員管控系統(tǒng)，能夠從源頭降低安全事故發(fā)生率。在設(shè)計(jì)過程中，可以使用身份識別技術(shù)，對變電站進(jìn)出人員進(jìn)行精準(zhǔn)識別。將識別結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的人員信息進(jìn)行比對，確保只有合法人員才能進(jìn)入相應(yīng)區(qū)域?；蛘呤褂枚ㄎ蛔粉櫦夹g(shù)，如GPS、藍(lán)牙等，來追蹤變電站工作人員的位置，確保工作人員始終在規(guī)定活動區(qū)域內(nèi)。此外，還可以引入視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在變電站的關(guān)鍵區(qū)域安裝高清攝像頭，實(shí)時監(jiān)控人員活動情況。視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備智能分析功能，如行為分析、異常行為檢測等，以便及時發(fā)現(xiàn)并處理安全隱患。第三，高級應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過程中需要明確高級應(yīng)用的作用，也就是提高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)利用率。高級應(yīng)用系統(tǒng)是由多個子系統(tǒng)組成的，包括應(yīng)急指揮、智能巡檢、設(shè)備監(jiān)測等。每個子系統(tǒng)都有相應(yīng)的功能，需要結(jié)合變電站管理需求進(jìn)行合理設(shè)定[7]。在設(shè)計(jì)過程中，要充分利用智能運(yùn)維平臺收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和分析，進(jìn)而為運(yùn)維決策提供可靠依據(jù)。

（二）系統(tǒng)功能

變電站智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)主要包括以下幾個方面：第一，實(shí)時監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集。通過安裝在變電站內(nèi)的各種傳感器和監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時采集變電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如電壓、電流、溫度、濕度等。同時，監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時顯示這些數(shù)據(jù)，以便運(yùn)維人員了解變電站的運(yùn)行狀態(tài)。第二，故障診斷與預(yù)警。通過對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，系統(tǒng)可以自動識別出異常情況，并及時發(fā)出預(yù)警信息。這有助于運(yùn)維人員及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障，提前采取措施，避免事故的發(fā)生。第三，遠(yuǎn)程控制與操作。運(yùn)維人員可以通過系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制變電站內(nèi)的設(shè)備，如開關(guān)、斷路器等。這大大提高了運(yùn)維效率，降低了運(yùn)維成本。第四，巡檢管理。系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)的巡檢計(jì)劃，自動分配巡檢任務(wù)給運(yùn)維人員。運(yùn)維人員可以通過手機(jī)APP或電腦端接收巡檢任務(wù)，完成巡檢后，可以在系統(tǒng)中記錄巡檢結(jié)果。這有助于提高巡檢工作的規(guī)范性和準(zhǔn)確性。第五，設(shè)備管理。系統(tǒng)可以對變電站內(nèi)的所有設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，包括設(shè)備的基本信息、運(yùn)行狀態(tài)、維修記錄等。運(yùn)維人員可以通過系統(tǒng)查詢設(shè)備的詳細(xì)信息，方便設(shè)備的維護(hù)和管理[8]。第六，安防監(jiān)控。系統(tǒng)可以實(shí)時監(jiān)控變電站周邊的安全狀況，如入侵報警、火災(zāi)報警等。一旦發(fā)生安全事件，系統(tǒng)會立即發(fā)出警報，通知運(yùn)維人員進(jìn)行處理。第七，數(shù)據(jù)分析與報表。系統(tǒng)可以對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成各種報表，如能耗報表、設(shè)備運(yùn)行報表等。這有助于運(yùn)維人員了解變電站的運(yùn)行狀況，為優(yōu)化運(yùn)維工作提供依據(jù)。

結(jié)束語

綜上所述，在信息融合技術(shù)發(fā)展背景下，建立變電站智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)迫在眉睫。結(jié)合實(shí)踐來看，合理使用智能系統(tǒng)能夠更加精準(zhǔn)地監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，更加快速地處理異常情況。未來，變電站智能運(yùn)維及安防系統(tǒng)將更加集成化，能夠?qū)⒏鞣N監(jiān)測、控制、安防等功能整合在一起，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一站式的運(yùn)維管理目標(biāo)。