錢新建，汪衛(wèi)國，張永生

（金華電業(yè)局，浙江 金華 321017）

智能變電站是智能電網(wǎng)的重要組成部分。國家電網(wǎng)公司統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略按研究試點(diǎn)、全面建設(shè)、完善提高3個(gè)步驟實(shí)施。2009年8月—2011年12月為規(guī)劃試點(diǎn)階段，國家電網(wǎng)公司啟動(dòng)了首批9座智能化變電站試點(diǎn)工程，金華電業(yè)局500 kV芝堰變電站作為唯一一座500 kV升級(jí)改造變電站入選。芝堰變電站智能化升級(jí)改造的主要內(nèi)容包括：一次設(shè)備智能化和在線監(jiān)測、統(tǒng)一信息平臺(tái)構(gòu)建、運(yùn)行維護(hù)智能化、輔助系統(tǒng)智能化改造。其中，智能化輔助系統(tǒng)已成為智能變電站的重要支撐部分，它的投運(yùn)將使變電站運(yùn)行維護(hù)更為安全、可靠。

1 智能化輔助系統(tǒng)

目前，很多變電站的視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、安全防范、消防報(bào)警、門禁等輔助子系統(tǒng)大多獨(dú)立運(yùn)行，通過不同通道上傳數(shù)據(jù)，甚至每套系統(tǒng)都配有獨(dú)立的管理人員，很難做到多系統(tǒng)綜合監(jiān)控、集中管理，無形中降低了系統(tǒng)的高效性，增加了系統(tǒng)的管理成本。如何最大限度地挖掘現(xiàn)有輔助系統(tǒng)的潛力，最大程度地節(jié)約成本、提高效率，是智能變電站建設(shè)中亟待解決的問題。智能化輔助系統(tǒng)正是解決這些問題的有效途徑。

芝堰變電站采用iVMS-8800智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)，并以此為核心完成了對(duì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)的集成，構(gòu)成了變電站的智能化輔助系統(tǒng)。

智能化輔助系統(tǒng)縱向負(fù)責(zé)與上級(jí)統(tǒng)一信息平臺(tái)的信息交互，橫向負(fù)責(zé)與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）的信息交互和互動(dòng)，以滿足智能變電站對(duì)輔助系統(tǒng)的新需求。智能變電站的特征是“全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化”，即網(wǎng)絡(luò)通信體系基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)。目前智能化輔助系統(tǒng)與統(tǒng)一信息平臺(tái)都部署在信息Ⅲ區(qū)，與SCADA系統(tǒng)通過隔離裝置利用61850-MMS進(jìn)行通訊。因輔助子系統(tǒng)數(shù)量較多，各類數(shù)據(jù)通過智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)匯總后，利用61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器進(jìn)行各系統(tǒng)間的信息交互。

2 系統(tǒng)組成

智能化輔助系統(tǒng)包含圖1所示內(nèi)容，以智能視頻綜合監(jiān)控子系統(tǒng)為核心，實(shí)現(xiàn)輔助子系統(tǒng)之間的信息共享以及輔助系統(tǒng)與自動(dòng)化系統(tǒng)之間的信息交互。

圖1 智能化輔助系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 智能視頻綜合監(jiān)控子系統(tǒng)

在智能變電站中，智能化輔助系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)整體，而視頻監(jiān)控系統(tǒng)在輔助系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，與其它子系統(tǒng)以及SCADA系統(tǒng)的聯(lián)系十分緊密。

2.1.1 視頻綜合監(jiān)控子系統(tǒng)的主要功能

（1）通過視頻監(jiān)控結(jié)合安防系統(tǒng)，保護(hù)智能變電站設(shè)備的安全。

（2）通過視頻監(jiān)控，結(jié)合遠(yuǎn)程和本地操作人員的經(jīng)驗(yàn)，利用智能視頻分析功能完成對(duì)監(jiān)視對(duì)象的狀態(tài)判斷，為遠(yuǎn)程操作提供輔助的判斷信息。

（3）通過視頻監(jiān)控、燈光聯(lián)動(dòng)、環(huán)境監(jiān)測監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況，起到預(yù)警和保護(hù)作用。

（4）配合其它子系統(tǒng)完成視頻聯(lián)動(dòng)和互動(dòng)。

2.1.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要監(jiān)控點(diǎn)

（1）變電站大門：監(jiān)視進(jìn)出變電站的人員及車輛情況，可配合門禁使用，用于刷卡人員或忘帶卡人員的身份驗(yàn)證。

（2）變電站圍墻：對(duì)變電站周界進(jìn)行防入侵監(jiān)視，安防設(shè)備報(bào)警能聯(lián)動(dòng)視頻。

（3）變電站全景：全面監(jiān)控變電站的現(xiàn)場情況，監(jiān)視進(jìn)出變電站、建筑物、設(shè)備場地的人員、車輛，監(jiān)視設(shè)備場地的環(huán)境狀況。

（4）主變壓器場地：監(jiān)視主變壓器的外觀、油位、檔位、套管、瓷瓶、滲漏油、風(fēng)扇等狀態(tài)。

（5）500 kV場地：監(jiān)視該區(qū)域斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘的外觀狀態(tài)、分/合狀態(tài)；監(jiān)視該區(qū)域并聯(lián)電抗、TA、TV、避雷器和瓷瓶等設(shè)備的外觀狀態(tài)。

（6）220 kV場地：監(jiān)視該區(qū)域斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘的外觀狀態(tài)、分/合狀態(tài)；監(jiān)視該區(qū)域TA、TV、避雷器和瓷瓶等設(shè)備的外觀狀態(tài)。

（7）35 kV場地：監(jiān)視該區(qū)域斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘的外觀狀態(tài)、分/合狀態(tài)；監(jiān)視該區(qū)域電容器、避雷器、瓷瓶、TA和TV等設(shè)備的外觀狀態(tài)。

（8）高壓室：監(jiān)視變電站內(nèi)高壓室（所用變壓器室）的環(huán)境情況，運(yùn)行設(shè)備的外觀狀況。

（9）室內(nèi)重要區(qū)域：監(jiān)視進(jìn)出室內(nèi)（主控室、主控樓繼保室、就地繼保室、通信室、蓄電池室）的人員情況及室內(nèi)設(shè)備的外觀狀態(tài)。

2.2 其他子系統(tǒng)

2.2.1 環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測包括溫度采集、濕度采集、水浸采集等，溫/濕度通過4～20 mA電流信號(hào)、水浸通過開關(guān)量信號(hào)將數(shù)據(jù)上傳至智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)，完成實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測及OSD視頻疊加，越限可以聯(lián)動(dòng)聲光報(bào)警、短信報(bào)警、啟動(dòng)相應(yīng)子系統(tǒng)（溫/濕度關(guān)聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)、水浸關(guān)聯(lián)給排水系統(tǒng)）等預(yù)案，同時(shí)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至統(tǒng)一信息平臺(tái)。

2.2.2 消防報(bào)警子系統(tǒng)

消防報(bào)警子系統(tǒng)自成系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制。當(dāng)產(chǎn)生火警信號(hào)時(shí)，消防系統(tǒng)啟動(dòng)自動(dòng)滅火裝置或火災(zāi)隔離措施，同時(shí)通過RS-232將信號(hào)上傳至智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)接收到火警信息后，調(diào)用相應(yīng)預(yù)置位，視頻監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)彈出視頻窗口、聯(lián)動(dòng)聲光報(bào)警、短信報(bào)警，并將火警信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至統(tǒng)一信息平臺(tái)。消防報(bào)警子系統(tǒng)與智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)之間單向聯(lián)系，只發(fā)送信息，不接收信息。

2.2.3 安全防范子系統(tǒng)

變電站安全防范子系統(tǒng)由電子圍欄、紅外雙監(jiān)、紅外對(duì)射、震動(dòng)傳感器、門禁等設(shè)備組成，其主要功能如下：

（1）對(duì)圍墻、大門、窗戶進(jìn)行監(jiān)視和入侵探測，防止非法侵入，保障變電站周邊環(huán)境的安全。

（2）對(duì)變電站全站進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)入侵，保障變電站空間范圍內(nèi)的建筑、設(shè)備的安全。

（3）各種探測器可以方便布防、撤防，并可按時(shí)間自動(dòng)投入或自動(dòng)撤防。

當(dāng)出現(xiàn)非法闖入后，入侵信號(hào)上傳至智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)，調(diào)用相應(yīng)預(yù)置位、視頻監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)彈出視頻窗口、聯(lián)動(dòng)聲光報(bào)警、短信報(bào)警，并將入侵信號(hào)上傳至統(tǒng)一信息平臺(tái)。

2.2.4 門禁子系統(tǒng)

門禁子系統(tǒng)屬于智能弱電系統(tǒng)中的安防系統(tǒng)，是一種新型的現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，集自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施于一體。網(wǎng)絡(luò)化門禁系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了智能變電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力、出入權(quán)限的管理能力、數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)和問題分析的水平，提高運(yùn)行維護(hù)效率，降低成本。

門禁子系統(tǒng)主要由門禁控制器、讀卡器、電控鎖、門磁和電鎖電源等組成，安裝在建筑物的主要出入口、設(shè)備機(jī)房等重要區(qū)域的通道口，實(shí)現(xiàn)對(duì)出入口的控制。

通過門禁監(jiān)控主機(jī)，能夠?qū)Ω魍ǖ揽诘耐ㄐ袑?duì)象及通行時(shí)間等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制或設(shè)定程序控制。用智能卡代替鑰匙開門，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別智能卡上的身份信息和門禁權(quán)限信息，持卡人只有在規(guī)定的時(shí)間和有權(quán)限的門禁點(diǎn)刷卡，門禁點(diǎn)才會(huì)自動(dòng)開門放行；當(dāng)忘記關(guān)門時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

有人刷卡時(shí)，相應(yīng)信號(hào)上送至智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)，聯(lián)動(dòng)視頻錄像，通過可視化功能進(jìn)一步加強(qiáng)出入管理。

2.2.5 控制子系統(tǒng)

控制子系統(tǒng)（照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)）根據(jù)事件（如入侵報(bào)警、消防報(bào)警、溫濕度報(bào)警、水浸報(bào)警）自動(dòng)對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行開啟和關(guān)閉操作，也可在統(tǒng)一信息平臺(tái)及智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)中控制設(shè)備的開啟和關(guān)閉。

3 系統(tǒng)功能

智能化輔助系統(tǒng)的目的并不是取代傳統(tǒng)變電站中已經(jīng)存在的各項(xiàng)子系統(tǒng)，而是集成各子系統(tǒng)的信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視、智能視頻分析、信息采集匯總、遠(yuǎn)程控制、智能聯(lián)動(dòng)等功能，從而使智能化變電站的信息更加完整，功能更加完善，運(yùn)行更加安全。

3.1 實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視

通過視頻監(jiān)視實(shí)時(shí)了解變電站內(nèi)設(shè)備的信息，確定主變壓器運(yùn)行狀態(tài)，確定斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘等的分/合閘狀態(tài)，確定刀閘接觸情況是否良好。雖然這些信息已通過SCADA遙測、遙信功能進(jìn)行采集，但沒有視頻監(jiān)控清晰直觀。視頻監(jiān)視的范圍還包括變電站戶外設(shè)備場地和主要設(shè)備間（包括主控室、高壓室、安全工具室等），使監(jiān)控中心能了解監(jiān)控場地內(nèi)的一切情況。

3.2 智能視頻分析

采用基于背景建模和目標(biāo)追蹤技術(shù)的智能視頻分析（IVS）技術(shù)，不僅能對(duì)穿越警戒面、進(jìn)入或離開入侵區(qū)域等行為進(jìn)行分析，還能對(duì)監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)變位進(jìn)行判斷，為遠(yuǎn)程操作開關(guān)、刀閘等設(shè)備提供輔助的判斷信息。

3.3 信息采集匯總

變電站的穩(wěn)定運(yùn)行離不開站內(nèi)設(shè)備的安全運(yùn)行，而自然條件等因素將影響設(shè)備的安全運(yùn)行，高溫、雷雨、冰雪、臺(tái)風(fēng)天氣時(shí)，設(shè)備事故的發(fā)生率特別高，因此監(jiān)控人員需要實(shí)時(shí)掌握溫度、濕度、風(fēng)力、水浸等環(huán)境信息，通過采集、處理和上傳，生成曲線和報(bào)表，方便實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史查詢、統(tǒng)計(jì)分析。通過視頻監(jiān)控結(jié)合消防報(bào)警、安全防范系統(tǒng)，可以對(duì)防火、防盜等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保護(hù)變電站人員和設(shè)備的安全。

3.4 遠(yuǎn)程控制

監(jiān)控人員通過客戶端和瀏覽器可對(duì)變電站任一攝像機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)遙控云臺(tái)的動(dòng)作和鏡頭的變倍/聚焦，對(duì)攝像機(jī)預(yù)置位和巡航進(jìn)行的設(shè)置控制具有唯一性和權(quán)限性；可在電子地圖上對(duì)門禁、照明、空調(diào)和給排水系統(tǒng)的開啟進(jìn)行控制。

3.5 智能聯(lián)動(dòng)

智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)：當(dāng)安全防范、消防報(bào)警設(shè)備被觸發(fā)時(shí)，有預(yù)置功能的攝像機(jī)能自動(dòng)轉(zhuǎn)到預(yù)置點(diǎn)，按需設(shè)置聯(lián)動(dòng)錄像功能；預(yù)設(shè)的報(bào)警能彈出窗口，并配合電子地圖顯示；當(dāng)水浸監(jiān)測到電纜溝高液位時(shí)，能自動(dòng)啟動(dòng)給排水系統(tǒng)；當(dāng)溫/濕度越限時(shí)，能自動(dòng)啟動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)。條件允許時(shí)，可以與SCADA互聯(lián)，操作時(shí)可以聯(lián)動(dòng)相應(yīng)位置的攝像機(jī)，對(duì)整個(gè)操作過程進(jìn)行全程管控。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

4.1 應(yīng)用高清視頻監(jiān)控技術(shù)

芝堰變電站采用了大量網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，分辨率達(dá)720線。完整的高清方案需要前端、平臺(tái)、傳輸、存儲(chǔ)、顯示等環(huán)節(jié)均滿足高清標(biāo)準(zhǔn)。

高清視頻監(jiān)控相比標(biāo)清視頻監(jiān)控具有明顯的技術(shù)和應(yīng)用優(yōu)勢：

（1）圖像清晰度更高，在變電站的一些重要監(jiān)控點(diǎn)（重要儀表的監(jiān)視），采用高清攝像機(jī)可以獲取高清晰度的監(jiān)控畫面，能更清楚地呈現(xiàn)儀表讀數(shù)。

（2）場景覆蓋范圍更廣，減少單位面積監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)量，可以提高監(jiān)控效能，減少設(shè)備投資。

（3）細(xì)節(jié)更清晰，大大提高智能視頻分析的精度，有利于圖像識(shí)別和智能視頻分析的應(yīng)用。

4.2 應(yīng)用SCADA系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)視頻及設(shè)備狀態(tài)智能分析技術(shù)

在變電站SCADA系統(tǒng)下發(fā)遙控命令或非遙控操作產(chǎn)生遙信變位時(shí)，通過隔離裝置使用61850-MMS進(jìn)行通訊，將相關(guān)斷路器、刀閘信息傳送至智能變電站輔助系統(tǒng)。輔助系統(tǒng)調(diào)用動(dòng)作設(shè)備周圍的多個(gè)攝像機(jī)預(yù)置點(diǎn)，自動(dòng)將攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)到相關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)相關(guān)多角度視頻信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控，便于工作人員對(duì)設(shè)備變位結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，避免了去現(xiàn)場確認(rèn)的環(huán)節(jié)。

作為智能巡檢機(jī)器人的有效補(bǔ)充，智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用了智能分析技術(shù)，可以辨別出一次設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，大大提高了倒閘效率并保證切換質(zhì)量，從而解除了程序化操作中的人為干預(yù)，實(shí)現(xiàn)一鍵式順序控制。

4.3 應(yīng)用自動(dòng)化巡檢技術(shù)

通過多個(gè)攝像機(jī)的不同預(yù)置點(diǎn)將重要設(shè)備的巡檢添加到序列中，配置成巡航路線，自動(dòng)顯示需要巡檢設(shè)備的圖像并停留?？梢砸淮涡詫⒆冸娬舅性O(shè)備需監(jiān)控的點(diǎn)位添加完成，實(shí)現(xiàn)變電站的設(shè)備自動(dòng)巡檢。自動(dòng)化巡檢支持暫停功能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)點(diǎn)異常時(shí)，可以停留供人工仔細(xì)察看，確認(rèn)無誤后再繼續(xù)巡檢其他監(jiān)控點(diǎn)。重要區(qū)域（如主變壓器等）的巡檢可采用智能分析和移動(dòng)偵測技術(shù)，對(duì)需要監(jiān)控的區(qū)域設(shè)置觸發(fā)條件，按需設(shè)置穿越警戒面檢測、進(jìn)入/離開入侵區(qū)域檢測，在布防狀態(tài)下，一旦觸發(fā)就能聯(lián)動(dòng)相應(yīng)報(bào)警。自動(dòng)化巡檢功能的使用，使巡檢人員無需去現(xiàn)場就能對(duì)全站重要設(shè)備進(jìn)行巡檢，有效提高了巡檢效率，避免漏檢；當(dāng)工作人員誤跑間隔時(shí)，監(jiān)控人員也能及時(shí)提醒。

5 結(jié)語

智能化輔助系統(tǒng)在變電站的實(shí)施和推廣，對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)具有重要意義。系統(tǒng)投運(yùn)后有效提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少了人為誤操作的可能，減輕了監(jiān)控人員的工作量，使智能電網(wǎng)的運(yùn)行更安全可靠。

[1]劉振亞.加快建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)國家電網(wǎng)促進(jìn)中國能源可持續(xù)發(fā)展[J].中國電力，2006，39（9）:23-27.

[2]周明，任建文，李庚銀，等.基于多智能體的電網(wǎng)調(diào)度操作票指導(dǎo)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2004，24（4）:25-32.

[3]謝開，劉永奇，朱治中，等.面向未來的智能電網(wǎng)[J].中國電力，2008，41（6）:44-48.

[4]漆逢吉.通信電源[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社.2004.

[5]周明，林靜懷，楊桂鐘，等.新型智能電網(wǎng)調(diào)度操作票自動(dòng)生成與管理系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28（11）:22-25.