陳欽勇

（福州萬山電力咨詢有限公司，福建 福州 350000）

1 無人值守變電站

1.1 結(jié)構(gòu)說明

無人值守智能變電站采用先進(jìn)的自動化技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、射頻識別技術(shù)以及智能控制等多種技術(shù)，對智能變電站的實時環(huán)境、圖像監(jiān)控、火災(zāi)報警、照明暖通、安防報警以及門禁識別控制等進(jìn)行在線監(jiān)視和智能控制。智能輔助控制系統(tǒng)能夠輔助無人值守智能變電站開展管理和控制工作，也是保證對無人值守智能變電站進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)通過監(jiān)測、預(yù)警和控制手段為智能變電站的安全運行提供了有力的保障，解決了變電站安全運營的“在控”、“可控”等問題。

通常情況下，無人值守變電站要實現(xiàn)智能輔助的功能，就需要具備以下6個方面的內(nèi)容：1） 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有分層或分區(qū)的分布式設(shè)計，從高到底依次為省級、地區(qū)級及站端系統(tǒng)，由此構(gòu)成1個完整的三級結(jié)構(gòu)。2） 該系統(tǒng)的核心就是“智能控制”，它的作用在于對站內(nèi)主要設(shè)備及關(guān)鍵設(shè)備的安裝位置和周圍環(huán)境條件進(jìn)行不間斷的監(jiān)測，同時借助智能化技術(shù)實現(xiàn)無人控制，進(jìn)而確保整個電力系統(tǒng)的生產(chǎn)狀態(tài)符合相關(guān)安全協(xié)議。3） 該系統(tǒng)的核心主要依靠IEC61850協(xié)議，已有類型的印象信息、環(huán)境數(shù)據(jù)、門禁以及防盜報警的采集監(jiān)控都可以通過該系統(tǒng)進(jìn)行采集和上傳。4） 所有安全相關(guān)要素及信息監(jiān)控量在監(jiān)視及控制方式上必須嚴(yán)格采用一體化的方式。5） 僅有獲得許可的主機(jī)可以作為嵌入式設(shè)備，嚴(yán)禁將其他類型的設(shè)備作為主機(jī)。6） 各安全相關(guān)要素的子系統(tǒng)之間能夠在智能輔助系統(tǒng)的幫助下進(jìn)行完整的聯(lián)動，并且不同子系統(tǒng)之間相互獨立運行，不會對其他系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

1.2 系統(tǒng)配置構(gòu)成

智能輔助控制系統(tǒng)是無人值守智能變電站的核心系統(tǒng)，它主要承擔(dān)保證變電站安全、可靠運行的任務(wù)。該系統(tǒng)主要由智能視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、智能火災(zāi)報警子系統(tǒng)、智能安全警戒子系統(tǒng)、動力環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、空調(diào)以及照明子系統(tǒng)等相關(guān)輔助子系統(tǒng)構(gòu)成，各子系統(tǒng)的類型和功能如圖1所示。

圖1 智能輔助控制系統(tǒng)構(gòu)成圖

在常規(guī)的輔助控制系統(tǒng)中，許多輔助子系統(tǒng)都是獨立運行的，并通過不同路由上傳數(shù)據(jù)，很難對這些系統(tǒng)進(jìn)行多系統(tǒng)的集中監(jiān)控和統(tǒng)一管理，不但降低了系統(tǒng)的高效性，而且還增加了系統(tǒng)管理和運維的成本。智能輔助控制系統(tǒng)可以最大程度地挖掘現(xiàn)有輔助系統(tǒng)的潛力，并最大限度地節(jié)約運維成本、提高系統(tǒng)效率。

智能輔助控制系統(tǒng)將以智能視頻監(jiān)控子系統(tǒng)為核心，完成對智能火災(zāi)報警子系統(tǒng)、智能安全警戒子系統(tǒng)、動力與環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、空調(diào)以及照明子系統(tǒng)等相關(guān)輔助子系統(tǒng)的高度集成。除了可以讓各個子系統(tǒng)之間進(jìn)行信息共享和信息互動之外，智能輔助控制系統(tǒng)還負(fù)責(zé)調(diào)度端與廠站端自動化系統(tǒng)的信息交互和溝通，從而可以隨時滿足智能變電站運維對輔助系統(tǒng)提出的新需求。

全站配置了1套智能輔助控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對圖像監(jiān)視、安全警衛(wèi)、火災(zāi)報警、消防、照明、采暖通風(fēng)以及環(huán)境監(jiān)測等系統(tǒng)的智能聯(lián)動控制，實時接收各終端設(shè)備上傳的各種模擬量、開關(guān)量及視頻圖像信號，分類存儲各類信息并對信息進(jìn)行分析、計算、判斷、統(tǒng)計和其他處理。

1.3 功能實現(xiàn)

智能化輔助系統(tǒng)具有實現(xiàn)實時視頻監(jiān)視、智能視頻分析、信息采集上送、遠(yuǎn)程控制以及智能聯(lián)動等功能，因此該系統(tǒng)可以使智能化變電站的信息更加完整可靠，其功能更加齊全，從而保障變電站運行的安全。智能化輔助系統(tǒng)的主要功能如下。

1.3.1 實時視頻監(jiān)視

視頻監(jiān)視能夠從圖像了解變電站內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)及其他相關(guān)信息，該功能不僅可以查看主變的運行狀態(tài)，還可以直接、清晰地呈現(xiàn)斷路器、接地刀閘以及隔離開關(guān)的接觸狀態(tài)[1]。

1.3.2 智能化視頻分析

變電站應(yīng)用了智能視頻分析（IVS）技術(shù)，該技術(shù)以背景建模技術(shù)和目標(biāo)追蹤技術(shù)為核心，除了可以有效判斷監(jiān)視對象的狀態(tài)以外，還可以執(zhí)行穿越警戒線、進(jìn)入?yún)^(qū)域行為分析等操作，進(jìn)而為調(diào)整刀閘及開關(guān)狀態(tài)提供有效的信息。

1.3.3 信息匯總

該系統(tǒng)的信息匯總是指對環(huán)境信息進(jìn)行匯總。雖然變電站所處的環(huán)境相對復(fù)雜，但是它本身對環(huán)境穩(wěn)定性的要求又很高，因此監(jiān)控人員需要掌握溫濕度、風(fēng)力以及水力等環(huán)境信息的數(shù)據(jù)，而該系統(tǒng)就可以收集匯總這些數(shù)據(jù)并自動加工成便于理解的圖表形式，為統(tǒng)計分析、實時監(jiān)控以及歷史查詢工作提供了便利。

1.3.4 遠(yuǎn)程控制

變電站中的所有攝像機(jī)都可以實現(xiàn)獨立控制，且可以靈活設(shè)置所有攝像機(jī)的位置及巡航路徑，而各環(huán)境的維持系統(tǒng)及門禁的開閉則可以通過電子地圖進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

1.3.5 智能聯(lián)動

智能視頻監(jiān)控子系統(tǒng)可以對各分系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動控制，通過與其他子系統(tǒng)進(jìn)行實時通信，可以實現(xiàn)用戶所需要的設(shè)備聯(lián)動，包括就地設(shè)備操作聯(lián)動、火災(zāi)消防、門禁控制、環(huán)境監(jiān)測以及故障報警等相關(guān)設(shè)備的聯(lián)動，還可以根據(jù)智能變電站現(xiàn)場的實際需求，完成自動閉環(huán)控制和告警，例如自動啟動/關(guān)閉空調(diào)、自動啟動/關(guān)閉視頻監(jiān)控以及自動啟動/關(guān)閉照明系統(tǒng)等。

除此之外，輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺預(yù)留了與各子系統(tǒng)間的通信接口，通過和其他輔助子系統(tǒng)的通信可以實現(xiàn)用戶所需要的設(shè)備聯(lián)動，包括火災(zāi)安防、環(huán)境監(jiān)測以及故障報警等相關(guān)設(shè)備的聯(lián)動。

1.3.5.1 與周界報警系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動報警

對站端每個火災(zāi)報警點和高壓脈沖報警設(shè)備的地址碼進(jìn)行解析，將解析后的地址與視頻系統(tǒng)中每個攝像機(jī)的預(yù)置位地址進(jìn)行一一對應(yīng)，相應(yīng)攝像機(jī)以前端報警信號為觸發(fā)條件進(jìn)行聯(lián)動。

1.3.5.2 與攝像機(jī)的輔助燈光系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動

在夜間或照明不良的情況下，需要開啟攝像頭，帶有輔助燈光的攝像機(jī)應(yīng)該與攝像機(jī)的燈光聯(lián)動，從而自動啟動照明燈。

1.3.5.3 與通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動，自動完成閉環(huán)控制和告警

通過實時采集室內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度，可以自動啟動/關(guān)閉通風(fēng)系統(tǒng)，同時通風(fēng)系統(tǒng)與火災(zāi)報警控制子系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動，并設(shè)置煙感閉鎖邏輯，當(dāng)火災(zāi)報警時就自動切斷風(fēng)機(jī)電源。

2 無人值守智能輔助控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

2.1 智能視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

就整個系統(tǒng)的構(gòu)建狀態(tài)來看，智能視頻監(jiān)控子系統(tǒng)具有非常重要的功能，該系統(tǒng)與其他各系統(tǒng)都建立了緊密的連接，因此，可以將其視為整個系統(tǒng)的核心，這樣，整個變電站自動化系統(tǒng)就成為1個完整的個體。該系統(tǒng)的主要功能包括4個方面：1） 視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以在安全防范子系統(tǒng)的幫助下，維持變電站設(shè)備的安全運行。2） 遠(yuǎn)程工作人員可以依靠自己的操作經(jīng)驗，并依靠視頻監(jiān)控有效地減少出現(xiàn)誤操作的可能。3） 智能視頻分析功能可以有效地幫助工作人員判斷監(jiān)視對象的狀態(tài)，從而為開關(guān)及刀閘提供相關(guān)信息。4） 各監(jiān)控系統(tǒng)可以共同發(fā)揮預(yù)警及保護(hù)的作用，還可以配合其他類型子系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動及互動[2]。

2.2 智能火災(zāi)報警子系統(tǒng)

智能火災(zāi)報警系統(tǒng)，如圖2所示。該系統(tǒng)包括智能化的火災(zāi)報警控制器和火災(zāi)探測系統(tǒng)，此外，還加入了輔助監(jiān)控系統(tǒng)和聯(lián)動報警系統(tǒng)。其中，火災(zāi)報警控制器是整個系統(tǒng)的核心，它可以持續(xù)、穩(wěn)定地為火災(zāi)報警提供能源。在上述各部分互相配合、相互發(fā)揮作用的前提下，火災(zāi)報警子系統(tǒng)能夠監(jiān)測自身及探測器的工作狀態(tài)，并根據(jù)情況對火災(zāi)信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，同時還能精準(zhǔn)地定位報警位置和報警時間。

圖2 變電站火災(zāi)自動報警系統(tǒng)圖

該系統(tǒng)主要用于防范變電站中出現(xiàn)火災(zāi)及疑似火災(zāi)的情況，它通過發(fā)出報警信號來引起值班人員或工作人員的注意，以便在第一時間采取措施，將火災(zāi)扼殺在可控范圍，從而避免變電站因火災(zāi)而遭受重大損失[3]。

除了通知遠(yuǎn)程工作人員之外，該系統(tǒng)還能夠配合聯(lián)動報警系統(tǒng)采集火災(zāi)報警信號，如果采集到的信號顯示當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)滿足滅火條件，就可以通過手動或自動的方式開啟滅火設(shè)備并切斷非消防電源（相應(yīng)的防火閥也會被關(guān)閉）。輔助監(jiān)控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)采集并上傳火災(zāi)信號。

2.3 智能安全警戒子系統(tǒng)

電子安全圍欄產(chǎn)品是1種新型的安防產(chǎn)品，該產(chǎn)品是遵循“阻擋為主，報警為輔”先進(jìn)周界安防理念的智能周界阻擋報警系統(tǒng)。其產(chǎn)生的非致命脈沖高壓能快速擊退入侵者，同時把入侵信號傳輸至監(jiān)視器，具有震懾、阻擋和報警功能。它由高強(qiáng)度的電子導(dǎo)線、掛線柱、角柱和緊線器等構(gòu)成，附加在現(xiàn)有的圍墻上，也可以進(jìn)行自立式安裝，形成完整的有形界墻；系統(tǒng)控制器以每秒一次的頻率發(fā)出低能量（5 J）、低頻率（60 次/min，空度比為1∶10的脈沖電壓（5000 V～8000 V），并連續(xù)不斷地向電子纜線輸送脈沖信號。有人一旦觸碰到電子纜線產(chǎn)生的非致命脈沖電壓，就像遭到電棍觸擊，給入侵者造成1種心理障礙，起到威懾、阻嚇和警戒不法分子的作用。

2.4 動力與環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)

通常環(huán)境監(jiān)測工作主要是采集環(huán)境的溫濕度信息，并將采集結(jié)果上傳至智能視頻綜合控制系統(tǒng)，它具有多種報警方式，而且還可以實時監(jiān)測并疊加環(huán)境數(shù)據(jù)，通過調(diào)整相關(guān)子系統(tǒng)來控制環(huán)境狀態(tài)。最后，這些收集到的數(shù)據(jù)及做出的指令會被整合并上傳至統(tǒng)一平臺。

動力監(jiān)測主要是對開關(guān)室風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測，例如在10 kV開關(guān)室與GIS開關(guān)室各安裝1套軸流風(fēng)機(jī)電氣控制箱，通過溫濕度監(jiān)測器與傳感器實現(xiàn)控制箱內(nèi)風(fēng)機(jī)的自動啟動，同時還可以實現(xiàn)開關(guān)室內(nèi)的自動調(diào)溫功能。

此外，環(huán)境監(jiān)測內(nèi)容還包括對SF6開關(guān)室進(jìn)行監(jiān)測，需要在SF6開關(guān)室安裝完整的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由SF6監(jiān)測系統(tǒng)主機(jī)、SF6監(jiān)測系統(tǒng)變送器以及SF6監(jiān)測系統(tǒng)風(fēng)控器組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對SF6氣體監(jiān)測信號的全面監(jiān)測。

2.5 智能照明子系統(tǒng)

常規(guī)變電站的照明系統(tǒng)主要以普通熒光燈為主，它存在效率低、壽命短以及維護(hù)工作量大的缺點，而且它的燈光自控功能無法配合視頻監(jiān)視系統(tǒng)自動開啟燈光。結(jié)合該次設(shè)計競賽，智能變電站必須采用綠色低碳照明，并選用合適的光源與燈具，從而提高照明的質(zhì)量。

2.6 各子系統(tǒng)之間協(xié)同聯(lián)動

智能輔助控制系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)聯(lián)系密切且可以協(xié)同聯(lián)動。一方面，視頻監(jiān)控子系統(tǒng)可以借助判斷監(jiān)視對象的狀態(tài)獲得遠(yuǎn)程操作刀閘及開關(guān)的參考依據(jù)。另一方面，在視頻、燈光和環(huán)境監(jiān)測等各類型現(xiàn)場設(shè)備的共同作用下，能夠?qū)ψ冸娬緝?nèi)的異常做出有效預(yù)警。各子系統(tǒng)的聯(lián)動主要可以實現(xiàn)以下7個功能：1） 環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)相關(guān)信息超過安全上限時，就會在報警的同時啟動相應(yīng)的子系統(tǒng)并上傳數(shù)據(jù)。2） 火災(zāi)報警子系統(tǒng)與消防控制系統(tǒng)之間是聯(lián)動的，在檢測到火警信號時能夠向消防系統(tǒng)發(fā)送指令，進(jìn)而由消防系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制火情并將相關(guān)實時信息發(fā)送給智能輔助控制系統(tǒng)，隨后由智能輔助控制系統(tǒng)采取更詳細(xì)的措施進(jìn)一步控制并解決火情。3） 安全警戒子系統(tǒng)與多數(shù)子系統(tǒng)之間建立了聯(lián)動，這是由于安全警戒子系統(tǒng)要防范的內(nèi)容較多，需要根據(jù)情況采取不同的控制措施。發(fā)現(xiàn)非法闖入時，智能輔助控制系統(tǒng)會根據(jù)開關(guān)量信號進(jìn)行判斷，同時借助視頻監(jiān)控系統(tǒng)獲取信息并采取相應(yīng)的處理方法。4） 智能變電站燈光控制與視頻監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，根據(jù)有關(guān)的報警事件（消防報警和安防報警等事件）聯(lián)動開啟與報警事件相對應(yīng)區(qū)域內(nèi)的燈光，并能在設(shè)定的時間內(nèi)關(guān)閉聯(lián)動開啟的燈光。5） 環(huán)境控制子系統(tǒng)通常與通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動，在收集環(huán)境中的溫濕度信息之后，通過調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)來實現(xiàn)對環(huán)境的控制。此外，該系統(tǒng)還與火災(zāi)報警控制子系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動，出現(xiàn)火災(zāi)報警時就會隔絕空氣流動。6） 在各方面條件允許的情況下，站內(nèi)的排水系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)等也可以執(zhí)行聯(lián)動，聯(lián)動之后，該系統(tǒng)可以自動開啟或關(guān)閉。7） 預(yù)留與現(xiàn)場設(shè)備操作的聯(lián)動功能。與SCADA的互聯(lián)能夠?qū)崿F(xiàn)對相應(yīng)位置攝像機(jī)的控制，進(jìn)而實現(xiàn)對整個工程的全程管控。

2.7 無人值守變電站發(fā)展趨勢

智能化技術(shù)的發(fā)展為無人值守變電站的演化帶來了新的可能，在智能化技術(shù)的幫助下，站內(nèi)信息的自動化采集能夠直接反饋給智能輔助控制系統(tǒng)，并下達(dá)環(huán)境控制和安全管理指令。如果發(fā)生失竊或火災(zāi)等情況，就可以進(jìn)行初步的處理，并將站內(nèi)信息上報至中央控制臺[4]。

安防系統(tǒng)未來的發(fā)展方向是基于電子安全圍欄周界報警系統(tǒng)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的結(jié)合；該系統(tǒng)主要包括監(jiān)控、阻擋以及報警3個內(nèi)容；電子安全圍欄與錄像硬盤、圖像監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動。安防系統(tǒng)一旦建成后將形成1個有形的防周界入侵探測系統(tǒng)，把入侵者阻擋在周界防區(qū)的外圍，可以防止入侵者翻入圍墻進(jìn)入重點地區(qū)進(jìn)行盜竊和破壞。一旦發(fā)生非法侵入，可以通過視頻監(jiān)控對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的犯罪分子進(jìn)行跟蹤并記錄全過程，為公安部門破案提供有力的證據(jù)；同時聯(lián)動110報警中心，有利于公安人員及時趕到案發(fā)現(xiàn)場。

3 結(jié)語

隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和視頻通信技術(shù)的迅速發(fā)展，智能變電站的火災(zāi)報警系統(tǒng)、安防系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)測等輔助系統(tǒng)必將與智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)及智能自動化系統(tǒng)緊密結(jié)合，從而確保無人值守變電站的運行安全。

該文提出了無人值守變電站的設(shè)計方案，并優(yōu)先采用國內(nèi)領(lǐng)先的智能化新技術(shù)、新設(shè)備。通過優(yōu)化設(shè)計確定采用先進(jìn)、可靠、集成且環(huán)保的智能設(shè)備，從而實現(xiàn)采集變電站視頻、環(huán)境、安防以及消防等輔助系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的功能。并且，智能輔助控制系統(tǒng)還可以根據(jù)變電站運行維護(hù)的實際需求，實現(xiàn)對變電站輔助系統(tǒng)的實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析和協(xié)同聯(lián)動等高級功能。