趙東華

（國網(wǎng)太原供電公司，山西太原030012）

變電站智能輔助綜合監(jiān)控平臺在智能變電站中的應用

趙東華

（國網(wǎng)太原供電公司，山西太原030012）

為了進一步提高智能變電站的系統(tǒng)安防水平和可靠協(xié)作完成工作的能力，增強各個技術(shù)系統(tǒng)之間的優(yōu)化配置，最大限度提高智能變電站運行的可靠性和準確性，研發(fā)并應用了變電站智能輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程現(xiàn)場圖像控制切換、環(huán)境測控、視頻監(jiān)視、系統(tǒng)互操作等系統(tǒng)的互聯(lián)互通，打破了信息孤島，建立了在智能變電站輔助系統(tǒng)查詢數(shù)據(jù)的新模式，提高了工作效率，有效縮短了故障處理時間。

智能電網(wǎng)；智能變電站；系統(tǒng)站群；聯(lián)動控制

0 引言

近年來，智能變電站已逐步投入正常運行，站內(nèi)安全設施和治安管理日益受到重視，從而對電力公司安全技術(shù)防范的要求也越來越高。由于受變電站傳統(tǒng)管理模式的影響，各系統(tǒng)間信息不能共享，成為了安全范圍的信息孤島，缺乏縱向的有效監(jiān)控。不同的專業(yè)，配置不同的監(jiān)控設備，對同一技術(shù)事件重復處理，造成人力、設備的嚴重浪費。

變電站智能輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)將變電站現(xiàn)有的各類設備監(jiān)控系統(tǒng)以及安全防范系統(tǒng)進行歸類整合，實行集成聯(lián)網(wǎng)、集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度，達到在同一平臺上實現(xiàn)安防、消防、環(huán)境、視頻、門禁、照明、SF6、排澇子系統(tǒng)集中控制的目標，建立智能變電站輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺，實現(xiàn)資源共享以及優(yōu)化配置，節(jié)約了人力、財力、物力資源，極大降低了勞動成本，提高了員工的工作效率。

1 運行現(xiàn)狀

以山西省電力公司晉中供電公司北田220 kV變電站為例，該站內(nèi)監(jiān)控區(qū)域的電子圍欄、消防、環(huán)境、門禁、視頻圖像以及照明等以獨立運行的方式工作。

由于各系統(tǒng)繁多，系統(tǒng)硬件類型和種類也不相同且點多面廣，采集同一數(shù)據(jù)，采用了生產(chǎn)、營銷、調(diào)度等多套子系統(tǒng)，造成了人力資源和設備的浪費，限制了各類終端設備的協(xié)同工作的發(fā)揮，影響了各系統(tǒng)工作效率。

該站的弱電系統(tǒng)的管理工作各自為政，對維護人員的職責界定不清晰，處于分散管理狀態(tài)，使得維管困難，費時費力效率低，綜合防范的能力差，造成缺少對事前預防、事中跟蹤、事后分析的工作預案。缺乏必要的監(jiān)督和考核手段，對系統(tǒng)維護和值守人員不能統(tǒng)一指揮和調(diào)度，使得變電站的安保工作無法實現(xiàn)精確化管理與智能化轉(zhuǎn)型的要求。

站內(nèi)的防范報警信息處于多頭管理狀態(tài)，報警界面模糊，缺少流程管理，巡查無計劃性以及無專人統(tǒng)一監(jiān)控等現(xiàn)狀，造成問題和隱患不能及時處置和追責，使得無法實現(xiàn)閉環(huán)管理站內(nèi)的弱電系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)平臺構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)站群構(gòu)成

變電站組織架構(gòu)是由省電力公司管理下屬各地區(qū)供電公司及超高壓公司、各地區(qū)供電公司管理直屬部門和縣支公司的35/110/220 kV等級變電站、超高壓公司管理全省500 kV及以上等級變電站，根據(jù)山西省電力公司的組織架構(gòu)，變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)可按省級主站、地區(qū)級主站、站端系統(tǒng)三級構(gòu)建。其中，根據(jù)構(gòu)建的進度和規(guī)劃，一般地區(qū)級先行建制，然后擇機構(gòu)建和接入省級平臺。習慣上，省級主站和地區(qū)級主站，都稱為主站，可以分為省級主站、地級主站、特高壓主站、縣局主站或者操作隊主站。

按照設計方案要求，在北田220 kV變電站設立智能輔助系統(tǒng)主站作為晉中地區(qū)的監(jiān)控主站（地級主站），又分為主站服務端、主站客戶端、主控工作站和分控工作站，主站之間可以視情況實現(xiàn)多級級聯(lián)。

主站以下的分站作為一個站端層的接入個體，通過以太網(wǎng)與站外其他位置進行數(shù)據(jù)交換和傳輸。實現(xiàn)在同系統(tǒng)平臺下，分站的容量可以達到數(shù)千量級，使用電力數(shù)據(jù)專用的以太網(wǎng)傳輸主站與分站的數(shù)據(jù)。根據(jù)不同的區(qū)域，省地之間、分站內(nèi)外的每個獨立網(wǎng)絡為了數(shù)據(jù)安全考慮，都會構(gòu)建符合需求的防火墻，輔以網(wǎng)管策略，實現(xiàn)對網(wǎng)絡的帶寬分配、安全管理和網(wǎng)絡配置等（見圖1）。

圖1 智能輔助系統(tǒng)主站

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)智能變電站的建設要求和現(xiàn)場的實際情況，為智能變電站輔助系統(tǒng)設計了4個層次，分別是源數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)持久層、業(yè)務邏輯層、表示層。

2.2.1 源數(shù)據(jù)采集層

為不同的前端設備、存儲設備、服務器設備等物理介質(zhì)提供相應設備接入的統(tǒng)一接口，使上層用戶能夠透明地訪問各種類型的設備，忽略底層的復雜物理特性，為系統(tǒng)整體管理、配置、檢索所有的設備提供統(tǒng)一標準。

2.2.2 數(shù)據(jù)持久層

數(shù)據(jù)持久層負責平臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯聚、管理，包括業(yè)務數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)這兩大類型的數(shù)據(jù)存儲，可為上層應用提供高效、統(tǒng)一、便捷的數(shù)據(jù)訪問接口。

2.2.3 業(yè)務邏輯層

該層包括短信網(wǎng)關、視頻分發(fā)服務器、通信服務器、接口服務器等。它們提供平臺所有的業(yè)務服務功能模塊。這些模塊包括：告警服務、告警聯(lián)動、設備控制信息管理、視頻瀏覽監(jiān)控、錄像存儲回訪、用戶權(quán)限管理、電子地圖信息管理等。所有的業(yè)務功能模塊構(gòu)成系統(tǒng)的核心處理部分，為上層行業(yè)用戶提供通用的可擴展的服務接口。

2.2.4 表示層

是平臺與用戶交互的接口。包括報表審計、權(quán)限管理、系統(tǒng)管理、視頻的實時圖像、電視墻顯示、遠程訪問、電話短信通知等。該層為用戶建立提供主管能動的控制接口，實現(xiàn)不同行業(yè)用戶的個性化服務。監(jiān)控中心實現(xiàn)對各種類型的前端設備的控制、管理、資源的遠程訪問，建立統(tǒng)一的應急指揮系統(tǒng)。

2.3 網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)

為滿足北田220 kV變電站集中安全監(jiān)控要求，同時降低系統(tǒng)的復雜度和部署成本，系統(tǒng)平臺采用本地網(wǎng)集中監(jiān)控的方式。監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控現(xiàn)場、傳輸網(wǎng)絡及監(jiān)控中心組成，監(jiān)控站內(nèi)的消防、視頻、門禁管理、電子圍欄及環(huán)境信息，將監(jiān)控信息傳送至監(jiān)控中心，管理人員、監(jiān)控人員、安保人員、維護人員使用遠程方式根據(jù)權(quán)限訪問、操作、管理該站的輔助系統(tǒng)，實現(xiàn)指揮中心的集中統(tǒng)一管理。

3 系統(tǒng)實施

晉中電力公司北田220 kV變電站作為山西省電力公司首批變電站智能化改造試點，成為晉中首座實現(xiàn)輔助系統(tǒng)智能集中控制的變電站。該系統(tǒng)為兩層三處接入，分為主站和分站兩層，市調(diào)度中心、操作隊和分站均具備管其后，220 kV昔陽變電站是該工區(qū)操作隊駐地，因此作為系統(tǒng)的服務端，市調(diào)控中心和北田采用遠程瀏覽方式，進行分權(quán)管理。

針對晉中北田220 kV變電站實際情況，按照整合利舊的原則，智能化輔助系統(tǒng)監(jiān)控平臺（以下簡稱平臺）將該站的安防、消防、環(huán)境、視頻、門禁、照明、SF6、排澇子系統(tǒng)實現(xiàn)智能集中控制，采用組態(tài)開發(fā)模式，具有統(tǒng)一界面，具備子系統(tǒng)內(nèi)和跨子系統(tǒng)的告警布撤防預案、告警聯(lián)動預案。

3.1 設備監(jiān)控系統(tǒng)

設備監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控智能變電站運行設備的重要管控體系。它是由變電站環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、照明子系統(tǒng)、SF6檢測子系統(tǒng)、排澇子等系統(tǒng)構(gòu)成，在智能變電站的運行中起著保護設備以及預防設備故障的作用，使操作隊人員及時掌握變電站設備存在的問題和隱患，主動采取防范措施。

對于環(huán)境監(jiān)測方面，變電站環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)，是在站內(nèi)原使用的壁掛式普通溫濕度探測器的基礎上，新增主控室、繼電保護室、35 kV高壓室，2個蓄電池室新增安裝溫濕度傳感器，實現(xiàn)實時采集變電站的溫濕度，提高了對溫濕度的監(jiān)控力度。當溫濕度超過標準值時，系統(tǒng)會自動報警提示，起到防范設備運行溫度過高，導致設備損壞的事故。此外，在照明子系統(tǒng)中增加燈光控制功能，實現(xiàn)平臺控制操作，增加隨攝像頭追蹤開啟的功能，當發(fā)生非法入侵、火災報警、變電站事故跳閘等事件時，攝像頭根據(jù)事件進行轉(zhuǎn)動、對焦啟動平臺聯(lián)動機制，開啟相應的照明燈。當夜間需要進行遠程視頻巡視時，燈光應根據(jù)攝像頭巡視路徑相應開啟和關閉。

對于該站終端GIS設備，SF6監(jiān)測子系統(tǒng)加裝分布式的氣體監(jiān)測裝置，接入平臺實現(xiàn)實時監(jiān)測，自動完成預定區(qū)域的空氣中的SF6、O2等氣體的濃度檢測，在超過預定指標的情況下，啟動風機等裝置，進行排風換氣等補救措施。

排澇子系統(tǒng)是在站內(nèi)加裝液體位置探測傳感器，接入平臺實現(xiàn)實時監(jiān)測，當發(fā)生浸水事故時，平臺向排水泵控制箱發(fā)出啟動指令，遠程開啟排水泵。若當主水泵出現(xiàn)故障，導致水位上升至某一高度時，實現(xiàn)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，自動調(diào)用攝像機轉(zhuǎn)到相應預置位，同時并啟動備用水泵。在35 kV高壓室和1/2號蓄電池室增加風機控制系統(tǒng)并加裝除濕機控制系統(tǒng)；主控室和繼電保護室增加空調(diào)控制；接入平臺，實現(xiàn)遠程控制。

3.2 安全防范系統(tǒng)

安全防范系統(tǒng)是確保智能變電站安全運行的重要手段。它包括防盜子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、消防子系統(tǒng)等，在原有系統(tǒng)的基礎上更加實時地、全面地掌握變電站運行動態(tài)，及時消除隱患、處理缺陷，使操作隊人員安全管理工作更加直觀、便捷、高效。

為了保證主控室的安全運行，防盜子系統(tǒng)增加主控室內(nèi)紅外傳感器，用于非法入侵防范和鑒別，建立紅外雙鑒、移動偵測以及視音頻等配套措施全方位的監(jiān)控變電站。將原有北田站未接入任何系統(tǒng)的主控室室外紅外對射和電子圍欄，通過環(huán)境轉(zhuǎn)接單元，實現(xiàn)告警信號系統(tǒng)共享后接入平臺。

在北田站主控樓東門新增門禁監(jiān)控系統(tǒng)，由平臺統(tǒng)一監(jiān)控控制，實現(xiàn)變電站開關門的記錄采集、進入的合法性檢測、遠程對門進行開合控制和異常情況（門超時未關、暴力破門等管理），用以考勤管理和安全防范。

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)將站內(nèi)原使用的監(jiān)控設備通過1臺DVR接入視頻監(jiān)控系統(tǒng)；增加帶環(huán)通DVR，將原信號分給原有DVR和新增的1臺DVR；通過485線分配器實施雙DVR云臺控制；通過增加1臺硬盤錄像機和485分配器，實現(xiàn)視頻信號和控制系統(tǒng)的接入；室外增加1個高速球，監(jiān)控南側(cè)各門口人員出入情況。

為了增加變電站發(fā)生火災等突發(fā)事件的應急措施，在北田站內(nèi)消防系統(tǒng)主機及探頭上增加通訊板，接入平臺協(xié)議為實現(xiàn)變電站轄區(qū)內(nèi)的火災隱患預防以及發(fā)生災害時的應對措施，加裝電纜接頭測溫分布式檢測裝置，實現(xiàn)纜線資源的老化和異常檢測，配合平臺遠動和自動化聯(lián)網(wǎng)裝置，實現(xiàn)火災發(fā)生后的第一時間隔離，降低影響。

220 kV北田變電站通過該平臺的設備監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)操作隊員工實時采集變電站環(huán)境、照明、SF6以及排澇設備的各類運行設備的實時數(shù)據(jù)，以便根據(jù)數(shù)據(jù)分析設備運行情況；通過平臺的安全防范系統(tǒng)為變電站操作人員提供防盜子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、消防子系統(tǒng)的實時運行狀況，以便相關人員及時決策處理方案。

夜視自動跟蹤攝像機的應用，實現(xiàn)視頻系統(tǒng)具備影像的同步采集、傳輸和錄制功能，同時為各種告警或者故障提供的視頻追蹤功能以滿足取證需要。實現(xiàn)設備故障出現(xiàn)早期現(xiàn)場警報，并具備語音提示及時通知危險地點內(nèi)人員疏散，保護運行設備。

實現(xiàn)了分站、操作隊、集控中心、主站分布部署和多級服務級聯(lián)，以及按照預案切換自動和手工見識的策略，為無人值守變電站的安全運行，打下了良好的安防基礎（見圖2）。

4 結(jié)論

晉中供電公司220 kV北田變電站智能輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運行，使得主站操作人員只需按流程操作，便可接收所有納入本系統(tǒng)平臺的報警信息，及時處理前端的多方位的安全告警事件。通過該系統(tǒng)的應用，變電站的設備安全運行事件由原來的13 340 h提升至21 956 h，設備安全運行率提升了61%，變電站主設備年故障次數(shù)由20次降至7次，故障率降低了64.6%；站內(nèi)GIS設備的檢修次數(shù)由以前的每季度1至2次，降至每年1次，且縮小了故障偏差范圍，大大提升了設備的運行效率。通過防盜、視頻等子系統(tǒng)的接入，大大提高了變電站的安全運行水平，極大提升了該站應對火災等突發(fā)事件的應急能力。真正實現(xiàn)監(jiān)控人員能“看”，即能切換到任何一個現(xiàn)場圖像；能“控”，即可以遠程控制現(xiàn)場的門鎖、視頻、防范狀態(tài)；能“查”，即設備、人員、環(huán)境、進行實時查詢。該系統(tǒng)采用的先進的網(wǎng)絡技術(shù)、自動控制技術(shù)、新型傳感技術(shù)、視頻壓縮與傳輸技術(shù)等設計，為探索安全集中化監(jiān)控管理變電站的新模式打下基礎。

The App lication of Intelligent Auxiliary M onitoring Platform in Intelligent Substation

ZHAO Dong-hua
（State Grid Taiyuan Power Supply Com pany，Taiyuan，Shanxi 030012，China）

In order to further improve the security leveland cooperative reliability of intelligentsubstation，to enhance the optimal allocation between each system，intelligent auxiliary monitoring system was developed and applied，which realized remote image conversing control，environmentmonitoring，videomonitoring，and the system interconnection.The information isolated island was thus overcome and a newmodel is built for data to be searched with intelligentsubstation auxiliary system,which improvesworking efficiency，and shortens time for fault treatment.

SmartGrid；intelligentsubstation；station group；coordinated control

圖2 智能化集中控制輔助系統(tǒng)監(jiān)控平臺

TM76

A

1671-0320（2014）05-0034-04

2014-06-30，

2014-08-28

趙東華（1977-），女，山西洪洞人，2011年畢業(yè)于山西大學工程學院電力自動化專業(yè)，工程師，從事運營監(jiān)控、分析各類系統(tǒng)數(shù)據(jù)工作。