摘要

　　國內變電站智能輔助監(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。為提高生產管理效率，轉變生產方式，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等調溫、濕設備的運行

　　3調度對站內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)控點的實時圖像經光纖或其它網(wǎng)絡系統(tǒng)傳輸?shù)娇刂浦行?，在控制中心或利用移動終端實現(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提供重要保障。