摘要

　　國內(nèi)變電站智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)控對象為變電站場站環(huán)境，而不是針對運行設備。本文主要設計一套針對變電站室內(nèi)外運行設備的智能安全輔助監(jiān)控系統(tǒng)，包括斷路器斷電保護、視頻監(jiān)控、無線測溫、環(huán)境監(jiān)測、消防告警等功能;建立無人值守變電站安全輔助信息的邏輯和推理模型，討論對故障告警信息的分類和過濾策略，自動報告變電站異常，提出故障處理指導意見。系統(tǒng)的智能告警及分析決策能力，可根據(jù)變電站各監(jiān)測單元返回的變電站各項數(shù)據(jù)，運用分析決策機制獲得分析結果，并將分析結果以可視化界面綜合展示，值班員可根據(jù)分析結果進行人工遠程操作，也可授權平臺自動完成遠程控制動作。

　　一、引言

　　隨著近年來我國電網(wǎng)規(guī)模急劇擴大，新投運的變電站數(shù)量的成倍增長。為提高生產(chǎn)管理效率，轉變生產(chǎn)方式，新變電站都按照無人值守變電站進行設計和運行，傳統(tǒng)有人值守變電站也已進行無人值守化升級改造。但是從有人值守到無人值守的轉變絕不僅僅是人員撤離那么簡單。如何切實提高變電站設備運行管理水平，切實保證變電站的安全運行，有效實現(xiàn)對變電站的運行主設備及輔助設施的監(jiān)控及管理，把握設備的實時運行狀況成為研究的主題。

　　在我國東北等高寒地區(qū)，冬季氣溫可達-40℃，冬季對高壓設備運行狀態(tài)及變電站環(huán)境監(jiān)測尤為重要，并且對監(jiān)測設備的低溫運行也提出了更高的挑戰(zhàn)。

　　黑龍江省電科院經(jīng)過對黑龍江省部分無人值守變電站的考察，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

　　1變電站內(nèi)的隔離開關、斷路器等設備沒有實現(xiàn)在線測溫，需要巡視人員定期人工測溫，數(shù)據(jù)受人為因素影響較大，漏測情況時有發(fā)生,當設備溫度出現(xiàn)異常時關鍵點溫度數(shù)據(jù)不能及時上傳，故障無法及時被發(fā)現(xiàn)

　　2變電站室內(nèi)關鍵場所(如：計算機房、繼電保護小室、開關室、蓄電池間)沒有溫、濕度信息采集設備及自動調(diào)溫設備，冬季靠暖氣供熱，一旦發(fā)生暖氣臨時中斷現(xiàn)象，(如蓄電池間)設備在低溫環(huán)境下運行，性能及壽命將受到嚴重影響;機房空調(diào)與溫、濕度監(jiān)測單元沒有形成閉環(huán)聯(lián)動，無法通過集控站干預空調(diào)等調(diào)溫、濕設備的運行

　　3調(diào)度對站內(nèi)隔離開關及斷路器進行遠程分合操作時，由于隔離開關電機或斷路器儲能機構故障，有時會出現(xiàn)分合動作不正常的狀況，超過規(guī)定時間后，可能出現(xiàn)燒毀電機或斷路器分合閘線圈的現(xiàn)象;同時由于隔離開關機械設計的原因，隔離開關動作時可能出現(xiàn)對應輔助節(jié)點無反應的問題，結果導致變電站后臺監(jiān)控畫面的隔離開關分合顯示錯誤

　　4變電站內(nèi)煙霧報警裝置沒有集中管理，沒有與消防系統(tǒng)構成完整閉環(huán)控制系統(tǒng)，在變電站發(fā)生火災等事故時，不能及時啟動消防設備撲救

　　5為解決上述問題，我們將根據(jù)目前黑龍江省內(nèi)220kV及以下無人值守變電站的實際工作現(xiàn)場條件，研發(fā)一套無人值守變電站智能安全輔助監(jiān)控系統(tǒng)，將變電站內(nèi)安全輔助設備、高壓監(jiān)測設備、消防設備進行集中管理，通過現(xiàn)有電力通信網(wǎng)與集控站(或地區(qū)調(diào)度)進行雙向數(shù)據(jù)交互，不但使集控站能及時準確地掌握無人值守變電站各關鍵點的狀態(tài)參數(shù)，而且能實現(xiàn)自動或值班員手動遠程控制變電站安全輔助設備的啟停的目標，為無人值守變電站的安全運行保駕護航。

　　二、國內(nèi)外研究水平綜述

　　國外發(fā)達國家現(xiàn)已全面進入變電站無人值守階段，所有監(jiān)控信息均實現(xiàn)遠程監(jiān)控及操作，將監(jiān)測的重點放在變壓器、SF6開關及GIS設備、電力電纜、MOA等關鍵設備監(jiān)測技術的發(fā)展上，可以實現(xiàn)對變電站內(nèi)設備進行綜合性診斷監(jiān)測。如：法國阿爾斯通公司開發(fā)了變壓器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，通過局域網(wǎng)可實現(xiàn)對變壓器頂層油溫、環(huán)境溫度、變壓器負載電流、三相電壓、絕緣油氣體組分、有載開關分接位置、風扇切換狀態(tài)、鐵芯、夾件、高壓套管絕緣等在線狀態(tài)的監(jiān)測;美國通用電氣開發(fā)了集成變電站監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)斷路器狀態(tài)監(jiān)測，同時可實現(xiàn)冷卻系統(tǒng)和有載調(diào)壓開關的最優(yōu)動態(tài)控制，通過局域網(wǎng)實現(xiàn)了狀態(tài)監(jiān)測與狀態(tài)維修。且發(fā)達國家如美國在無人值守變電站的基礎上大力推廣智能變電站，所以其變電站建設的總體規(guī)劃更加智能化，可靠性更高。

　　我國十年前開始逐步推廣變電站的無人值守改造與建設，但在初期僅僅實現(xiàn)基本的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等基本功能，部分實現(xiàn)了紅外監(jiān)測、氣體監(jiān)測的功能。國內(nèi)變電站智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)集成了視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、消防告警子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)等相關輔助子系統(tǒng)。但其主要監(jiān)控對象為變電站場站環(huán)境，而不是針對運行設備。更沒有將隔離開關及斷路器的斷電保護、隔離開關、開關柜及接頭溫度監(jiān)測、匯控箱的溫度監(jiān)測、蓄電池間自動控溫系統(tǒng)以及煙霧報警與消防噴淋系統(tǒng)集中在一個綜控平臺，沒有實現(xiàn)綜合智能化管控等高級功能。

　　三、綜合智能安全

　　輔助監(jiān)控系統(tǒng)實施方案

　　圖1 智能安全輔助監(jiān)控系統(tǒng)結構示意圖

　　1、隔離開關故障保護子系統(tǒng)

　　在隔離開關操作機構電源側加裝電源切斷裝置，隔離開關驅動電機或斷路器彈簧儲能不能正常動作時，切斷操作機構電源保護電氣設備及控制回路，切斷裝置與調(diào)度后臺(SCADA)互聯(lián)，切斷裝置動作的同時向SCADA系統(tǒng)發(fā)送動作信號以免發(fā)生錯誤判別，視頻監(jiān)控系統(tǒng)彈出相應隔離開關實時畫面，發(fā)出聲光報警信號。

　　高壓帶電顯示裝置能在帶電設備

　　安全距離外檢測設備是否帶電

　　2、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

　　利用槍式攝像機主要監(jiān)控刀閘觸點狀態(tài)、變壓器有載開關分接頭位置等設備信息，球型攝像機監(jiān)控場站環(huán)境狀態(tài)信息。系統(tǒng)通過攝像機采集的現(xiàn)場圖像，經(jīng)編碼器和視頻服務器后，視頻信號直接變換成數(shù)字信號進入網(wǎng)絡系統(tǒng)，各監(jiān)控點的實時圖像經(jīng)光纖或其它網(wǎng)絡系統(tǒng)傳輸?shù)娇刂浦行模诳刂浦行幕蚶靡苿咏K端實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的實時監(jiān)視與控制，實現(xiàn)視頻聯(lián)動。

　　視頻監(jiān)控攝像頭可清晰監(jiān)控

　　場站內(nèi)設備及場站環(huán)境圖像

　　清晰監(jiān)控刀閘開合狀態(tài)

　　在出現(xiàn)消防告警信號時清晰監(jiān)控主要設備的狀態(tài)

　　3、無線測溫子系統(tǒng)

　　無線測溫子系統(tǒng)采用短程無線測量技術采集溫度數(shù)據(jù)并匯聚于一點，再通過遠程(GPRS/CDMA)無線網(wǎng)絡傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。無線測溫模塊可以采用高能電池供電或無源SAW傳感器，以減少高低壓之間的電氣聯(lián)系，采用全數(shù)字方式工作。無線測溫模塊把溫度信號通過無線的方式直接或經(jīng)過無線中繼站傳送給無線匯聚終端，無線匯聚終端可以接收多個測溫模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)。采用短程無線網(wǎng)絡的方式，多個測溫模塊分布在無線匯聚終端模塊的周圍，在有效的通訊范圍內(nèi)可以隨意添加、刪除、移動測溫模塊。無線發(fā)射器采用專用頻段，使功率控制不對變電站內(nèi)設備造成干擾。

　　無線測溫匯集終端

　　可將無線測溫探頭采集的數(shù)據(jù)集中轉發(fā)至監(jiān)控后臺

　　無線測溫趨勢曲線

　　4、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)

　　該子系統(tǒng)能對站內(nèi)的溫度、濕度、風力、水浸、SF6濃度等環(huán)境信息進行實時采集、處理和上傳，采集周期小于5秒;環(huán)境信息數(shù)據(jù)的變化上傳智能輔助控制系統(tǒng)，可設置不同級別的環(huán)境量告警信息。環(huán)境量超限報警聯(lián)動，當環(huán)境量超過報警限值時，根據(jù)設置好的聯(lián)動預案，自動聯(lián)動相關攝像頭的預置點，并進行告警錄像。一個環(huán)境量支持聯(lián)動多路視頻，即當一個環(huán)境量超限報警時，可以同時聯(lián)動多個攝像機，從不同角度不同方位將現(xiàn)場的信息傳到監(jiān)控中心。越限可以聯(lián)動聲光報警、短信報警、啟動相應子系統(tǒng)(溫濕度關聯(lián)取暖系統(tǒng)、水浸關聯(lián)給排水系統(tǒng))等預案，同時將數(shù)據(jù)轉發(fā)上傳至統(tǒng)一信息平臺。

　　5、消防告警子系統(tǒng)

　　此系統(tǒng)將消防設備提供的通信數(shù)據(jù)、干接點信號或區(qū)域性的有源信號，通過以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集器傳送到消防告警子系統(tǒng)，實時監(jiān)測每個區(qū)域的火災情況。消防設備一旦發(fā)生報警，消防告警子系統(tǒng)立即以聲音報警、文字提示、電子地圖和彈出實時圖像等多種形式報出警情，并向預先設定的固定電話自動播放告警語音、向預先設定的手機發(fā)送告警短信，同時把信號上傳至智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)通過智能輔助控制系統(tǒng)接收到火警信息后，相應采取一系列措施，如調(diào)用相應預置位、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)中彈出視頻窗口、自動巡航相關區(qū)域等，并把火警信號轉發(fā)上傳至統(tǒng)一信息平臺。消防告警子系統(tǒng)以文字方式顯示報警事故的時間、地點和報警狀態(tài)。警情處理解除后，報警紀錄以歷史記錄的方式存在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務器中。同時系統(tǒng)具有報警查詢、數(shù)據(jù)導入導出、權限管理等功能。

　　主控室內(nèi)安裝煙感探頭及視頻監(jiān)控設施

　　6、遠程控制子系統(tǒng)

　　遠程控制子系統(tǒng)(照明系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、給排水系統(tǒng))根據(jù)事件(如消防報警、溫濕度報警、水浸報警)自動對站內(nèi)設備進行開啟和關閉操作，位于集控站的值班員也可在統(tǒng)一信息平臺及智能輔助控制系統(tǒng)中控制設備的開啟和關閉。支持本地/遠程控制電暖氣、排風扇、抽水泵的啟動和關閉。

　　7、智能巡檢子系統(tǒng)

　　智能巡檢子系統(tǒng)是依托視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、無線測溫子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)，單獨開發(fā)的遠程變電站巡檢系統(tǒng)，巡檢人員只需在電腦前選擇智能巡檢，系統(tǒng)就能根據(jù)預設的巡檢程序通過高清攝像頭對關鍵設備進行遠程巡檢、播放巡檢畫面，自動生成巡檢報告。

　　電子圍欄

　　8、變電站智能安全輔助監(jiān)控系統(tǒng)平臺

　　此平臺安裝于集控站，可作為一個功能模塊納入集控站現(xiàn)有中心監(jiān)控系統(tǒng)，也可單獨自成一體并與中心監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，該平臺具有智能告警及分析決策能力，可根據(jù)變電站各監(jiān)測單元返回的變電站各項數(shù)據(jù)，運用分析決策機制獲得分析結果，并將分析結果以簡潔明了的可視化界面綜合展示，值班員可根據(jù)分析結果進行人工遠程操作，也可授權平臺自動完成遠程控制動作。

　　場站全景監(jiān)控

　　四、小結

　　本項目完成后，形成的無人值守變電站智能安全輔助監(jiān)控方案能夠為后續(xù)智能變電站建設提供參考，建成的監(jiān)控平臺可實現(xiàn)變電站后臺、各級集控站與調(diào)度之間的信息共享和信息互動，并對相關環(huán)節(jié)實現(xiàn)智能化管理，從而為變電站降低運維成本、優(yōu)化資源配置、提升運行效率及安全生產(chǎn)提供重要保障。