梁灼勇，冒 杰，江 婕，黃 琳

0 引言

隨著智能變電站建設(shè)的逐步深化，變電站的智能化水平逐步提高，變電站在當(dāng)前比較成熟的“四遙”（“遙測”、“遙信”、“遙控”、“遙調(diào)”）系統(tǒng)基礎(chǔ)上，加入“遙視”功能，逐漸發(fā)展成為“五遙”系統(tǒng)[1]。

傳統(tǒng)的變電站“遙視”系統(tǒng)只能進(jìn)行簡單、低質(zhì)、局域的變電站圖像信息采集，已日益無法滿足變電站“五遙”系統(tǒng)的需求。隨著智能變電站信息，智能變電站通過高效的圖像監(jiān)控技術(shù)，把變電站的現(xiàn)場情況通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸集中到電力監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心可以實時觀察變電站現(xiàn)場情況，從而實現(xiàn)變電站的高效管理，并及時排除故障，從而實現(xiàn)變電站復(fù)雜環(huán)境下的無人值守，實現(xiàn)變電站的高效、安全和綠色運行[2]。

1 功能分析

盡管已有變電站通過增加攝像頭等方式拍攝變電站現(xiàn)場情況，可以看作是“遙視”功能的雛形，但距離智能變電站“遙視”功能還存在著較大的差距[3]，主要表現(xiàn)在以下幾點。

（1）傳統(tǒng)圖像技術(shù)無法支撐“遙視”所需圖像質(zhì)量。傳統(tǒng)攝像機(jī)還基于模擬形式或是像素很低的數(shù)字形式，圖像質(zhì)量普遍較低，而且經(jīng)“遙視”長距離傳輸后，圖像容易受到干擾出現(xiàn)質(zhì)量受損情況，無法滿足變電站智能化“遙視”功能的需求。

（2）當(dāng)前的數(shù)據(jù)存儲和處理能力無法支撐變電站“遙視”功能。變電站“遙視”功能，需要實時采集變電站現(xiàn)場情況，這需要大量實時的高清晰圖像作為支撐，將產(chǎn)生大量的圖像數(shù)據(jù)，這需要大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)圖像數(shù)據(jù)的存儲和處理[4]。

（3）傳統(tǒng)通信技術(shù)無法支撐變電站“遙視”。智能化變電站所需“遙視”的對象分布于變電站各個角落，傳統(tǒng)依靠電話線撥號方式收集攝像機(jī)的圖像信息，通信速度慢、寬帶低，無法支撐智能變電站“遙視”功能對通信技術(shù)的要求。

隨著IEC61850智能變電站的建設(shè)，變電站通信建設(shè)、數(shù)據(jù)處理能力和圖像水平提高，為變電站“遙視”功能提供了有力支撐[5-6]。本文將結(jié)合當(dāng)前變電站IEC61850系統(tǒng)，依托高效的電力通信網(wǎng)絡(luò)和電力數(shù)據(jù)資源，采用高品質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，實現(xiàn)高基準(zhǔn)的智能變電站“遙視”功能。

2 設(shè)計與實現(xiàn)

智能變電站“遙視”功能，將依托當(dāng)前智能變電站的IEC61850通信體現(xiàn)，在開放和互聯(lián)的信息模式基礎(chǔ)上，站內(nèi)二次設(shè)備采用建立在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)上的數(shù)字化設(shè)備；一次設(shè)備數(shù)據(jù)則通過電子式互感器、智能終端及過程層網(wǎng)絡(luò)（SV和GOOSE）實現(xiàn)數(shù)字化數(shù)據(jù)傳輸。

智能變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)由RPU、視頻監(jiān)控設(shè)備、環(huán)境量采集設(shè)備、報警控制設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備等組成，實現(xiàn)對變電站現(xiàn)場視頻及各種環(huán)境信息采集、處理、監(jiān)控等功能；站端系統(tǒng)僅向地區(qū)級主站提供一個IP地址供訪問；由變電站內(nèi)UPS提供AC 220V/50Hz交流供電電源，系統(tǒng)配置圖如1所示。

圖1 視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)Fig1 Videoand environmental monitoringsystem

考慮到當(dāng)前IEC61850智能變電站都采用以太網(wǎng)為基本通信網(wǎng)絡(luò)，智能變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用基于IP技術(shù)的各種視頻通信應(yīng)用，這樣能接入IEC61850智能變電站信息系統(tǒng)。

整個智能變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)以遠(yuǎn)程處理單元RPU為核心，實現(xiàn)視頻、語音及環(huán)境信息的采集和傳輸功能。

由于當(dāng)前電力行業(yè)門禁、消防等監(jiān)測系統(tǒng)還基于RS485/232等傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)，因此，RPU也具備RS485/232通信方式，并將門禁、消防等監(jiān)測系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳送。RPU通過溫度傳感器、風(fēng)速傳感器、濕度傳感器采集變電站運行狀態(tài)信息，可以實時獲知變電站的運行狀態(tài)，進(jìn)一步分析變電站的運行狀態(tài)，并在變電站運行狀態(tài)出現(xiàn)異常時，及時發(fā)出告警信息，通過通信網(wǎng)絡(luò)將告警信息傳遞給現(xiàn)場的運行人員以及遠(yuǎn)方的地區(qū)級主站，從而及時處理，消除安全隱患。

紅外入侵、水浸探頭、紅外對射等信息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集后，經(jīng)虛擬網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)或虛擬PIZ網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與RPU進(jìn)行信息交互。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可實時采集變電站全方位、全領(lǐng)域的狀態(tài)運行情況，甚至可以采集多個變電站的運行狀態(tài)的圖像，實現(xiàn)對智能變電站的運行數(shù)據(jù)、環(huán)境情況，狀態(tài)參量等進(jìn)行圖像式地直觀監(jiān)測，從而在遠(yuǎn)方的地區(qū)級主站便可以實時地監(jiān)控變電站的運行情況，實現(xiàn)變電站無人值班。

網(wǎng)絡(luò)攝像頭根據(jù)所需要重點觀察的智能變電站設(shè)備或區(qū)域，無間斷地拍攝該設(shè)備或區(qū)域的圖像，以實時監(jiān)控對應(yīng)的設(shè)備和區(qū)域狀況。隨著變電站智能化程度的深入，在偏遠(yuǎn)的變電站可以采用多個攝像頭聯(lián)動的拍攝策略，通過從多個方位、多個角度對變電站重點設(shè)備進(jìn)行連續(xù)、動態(tài)地攝像，形成變電站重點設(shè)備豐富的圖像信息，并通過智能變電站高效的通信系統(tǒng)，將該圖像信息傳遞給遠(yuǎn)方地區(qū)級主站的運行人員，運行人員通過“遙視”獲得的變電站重點設(shè)備的圖像信息，無需到變電站現(xiàn)場，便可實時掌握變電站重點設(shè)備的運行情況，并在設(shè)備出現(xiàn)異常時做出處理，從而在保證變電站無人值班情況下，也能實現(xiàn)高效的變電站監(jiān)測功能。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)不僅可以實現(xiàn)變電站運行情況的“遙視”，幫助運行人員掌握遠(yuǎn)方變電站的運行情況，還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的操作，通過調(diào)整攝像機(jī)視角、方位、焦距等操作，從不同角度獲得更好的變電站運行情況圖片，從而動態(tài)、全面地了解變電站的運行情況。

RPU將所采集的視頻及環(huán)境監(jiān)控信號整理成以太網(wǎng)報文，以IEC61850 MMS報文的形式，通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接入變電站通信系統(tǒng)。監(jiān)控平臺的系統(tǒng)服務(wù)器、值班員工作站、變電站本地工作站，可以通過變電站通信系統(tǒng)獲得視頻及環(huán)境監(jiān)控信息。同時，RPU也可以通過遠(yuǎn)程通信與地區(qū)級主站交互智能變電站的視頻及環(huán)境監(jiān)控信息。

智能變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)完成功能包括：

（1） 監(jiān)視變電站區(qū)域內(nèi)場景情況；

（2）監(jiān)視變電站內(nèi)刀閘的分、合狀態(tài)；

（3）監(jiān)視變電站內(nèi)變壓器、斷路器、CT、PT、避雷器和瓷絕緣子等重要運行設(shè)備的外觀狀態(tài)；

（4）監(jiān)視變電站內(nèi)主要室內(nèi)（主控室、繼電器室、高壓室、電纜層、電容器室、獨立通信室等）場景情況，并實現(xiàn)雙向通話；

（5）監(jiān)測變電站內(nèi)主要室內(nèi)（主控室、繼電器室、蓄電池室、獨立通信室等）溫度、濕度和高壓場地風(fēng)力（沿海變電站）以及開關(guān)場地電纜溝和端子箱的水浸情況；

（6）實現(xiàn)變電站防盜自動監(jiān)控，可進(jìn)行周界、室內(nèi)、門禁的報警及安全布、撤防；

（7）實現(xiàn)站內(nèi)消防系統(tǒng)報警聯(lián)動，并對消防系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視；

（8）實現(xiàn)對門禁、空調(diào)等設(shè)備的遠(yuǎn)方狀態(tài)監(jiān)視和控制。

傳統(tǒng)的變電站“遙視”系統(tǒng)為了安裝變電站圖像攝像機(jī)，需要在變電站中鋪設(shè)大量的視頻線、電源線和控制線，由于變電站處于高電壓、大電流電、具有各種強烈電磁干擾的環(huán)境，傳統(tǒng)的變電站“遙視”攝像機(jī)及其連線容易收到電磁干擾甚至被損壞。

隨著基于IEC61850的智能變電站信息體系建立[7]，變電站“遙視”系統(tǒng)可以接入智能變電站通信系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)“遙視”系統(tǒng)的視音頻形態(tài)，并通過智能變電站通信系統(tǒng)，形成了一個數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的變電站“五遙”整體結(jié)構(gòu)。利用IEC61850當(dāng)前普遍使用的光纖以太網(wǎng)等高速網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行“遙視”系統(tǒng)所產(chǎn)生的大量視音頻的傳送，并對“五遙”系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流進(jìn)行高效的管理[8]。

3 實例

依靠IEC61850體系的智能變電站“遙視”功能建設(shè)，已在廣東電網(wǎng)粵西某220kV變電站實現(xiàn)。該智能變電站按照無人值班站設(shè)計，從綠色變電站的建設(shè)方面考慮配置了變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)對站內(nèi)主變、開關(guān)場地、高壓室、繼保室、監(jiān)控室、通信機(jī)房、蓄電池室等場所及其設(shè)備實施視頻監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)控。如表1所示。

表1 視頻監(jiān)控設(shè)備配置原則Tab 1 Videomonitoringequipment configuration principles

該站所配置的變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，通過高性能的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，可以全方位地監(jiān)視變電站區(qū)域內(nèi)場景情況，包括刀閘的分、合狀態(tài)，變壓器、斷路器、CT、PT、避雷器和瓷絕緣子等重要運行設(shè)備的外觀狀態(tài)，主要室內(nèi)（主控室、繼電器室、高壓室、電纜層、電容器室、獨立通信室等）場景情況，變電站監(jiān)測區(qū)域、監(jiān)測點配置等情況如表2所示。

環(huán)境信息監(jiān)控設(shè)備配置如表2所示，變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)接入到變電站IEC61850系統(tǒng)，將所監(jiān)測的主要室內(nèi)（主控室、繼電器室、高壓室、電纜層、電容器室、獨立通信室等）的溫度、濕度、開關(guān)場地電纜溝和端子箱的水浸情況信息上傳到變電站監(jiān)測平臺。

表2 環(huán)境信息監(jiān)控設(shè)備配置Tab 2 Environment information monitoringequipment configuration

該變電站的變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以在本地的監(jiān)測平臺進(jìn)行監(jiān)控，還可通過綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)將信息傳輸至地調(diào)主站系統(tǒng)，圖2為地調(diào)主站系統(tǒng)所接收到的智能變電站的現(xiàn)場“遙視”顯示。

圖2 現(xiàn)場“遙視”顯示Fig 2 Live"remotevideo"display

4 結(jié)論

傳統(tǒng)的變電站圖像攝影已無法滿足智能變電站的“遙視”要求，本文分析智能變電站“遙視”系統(tǒng)的功能及其建設(shè)難點，結(jié)合當(dāng)前智能變電站的發(fā)展趨勢，設(shè)計基于IEC61850的變電站“遙視”系統(tǒng)，具體介紹了智能變電站“遙視”系統(tǒng)的構(gòu)成和功能。