武紅玉，孫 剛，陳 靜

(許昌學(xué)院 電氣與機(jī)械工程學(xué)院(工程訓(xùn)練中心)，河南 許昌，461000)

近年來，變電站的發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)字化變電站、智能變電站[1]、新一代智能變電站，全站實現(xiàn)了數(shù)字化、模型統(tǒng)一[2]，但增加了過程層網(wǎng)絡(luò)，信息交互較復(fù)雜[3]；采樣重采樣環(huán)節(jié)增加，保護(hù)速動性下降；多個保護(hù)共用合并單元和智能終端，影響了保護(hù)可靠性；改擴(kuò)建及設(shè)備消缺復(fù)雜，實施難度大等問題.隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、人工智能等一系列技術(shù)日新月異，工業(yè)生產(chǎn)模式正在發(fā)生重大變革.但與此相比，變電站和變電運檢模式[4]明顯滯后.日常工作仍沿襲20年前傳統(tǒng)，大量工作仍采用人工就地操作、手動抄錄、現(xiàn)場頻繁往返等形式，新技術(shù)的優(yōu)勢未能得到充分利用和有效發(fā)揮.隨著變電站數(shù)量顯著增加，變電容量成倍增長，運檢工作量日漸繁重，有限的人員數(shù)量增長和人員結(jié)構(gòu)問題日益突出.而現(xiàn)有的變電站建設(shè)中，主設(shè)備與輔助設(shè)備的智能聯(lián)動仍處于初步研究階段，在對智慧變電站架構(gòu)基礎(chǔ)上，分析了免維護(hù)、自動巡檢等智慧變電站關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)智能聯(lián)動新模式.

1 智慧變電站系統(tǒng)架構(gòu)

智慧變電站[5]按照電力物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)建，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1.

圖1 智慧變電站系統(tǒng)架構(gòu)

感知層采用就地模塊、高清攝像、智能巡檢等設(shè)備全面感知變電站主輔助設(shè)備狀態(tài)信息；由各類智能IED設(shè)備構(gòu)成分布式邊緣計算節(jié)點、實現(xiàn)保護(hù)、測量、控制、計量、狀態(tài)監(jiān)測等功能.

網(wǎng)絡(luò)層通過站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)匯聚到主輔監(jiān)控主機(jī)、視頻/巡檢主機(jī)等匯聚節(jié)點，實現(xiàn)站級主輔設(shè)備監(jiān)視與告警、聯(lián)動控制，數(shù)據(jù)存儲管理、統(tǒng)計分析及視頻圖形智能識別等功能，通過Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機(jī)等物聯(lián)代理設(shè)備完成站內(nèi)信息的上傳.

應(yīng)用層按照分層處理、結(jié)果上送的原則，充分發(fā)揮就地邊緣計算和站級主輔監(jiān)控平臺的優(yōu)勢，構(gòu)建站級全景數(shù)據(jù)中心，對站內(nèi)各專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效整合和統(tǒng)一存儲.對感知層數(shù)據(jù)進(jìn)行有效辨識和智能分析處理，將分析結(jié)果等有效數(shù)據(jù)上送主站信息平臺，避免大量原始數(shù)據(jù)等無效垃圾數(shù)據(jù)的上送，并支持遠(yuǎn)方召喚各類數(shù)據(jù)和模型文件，實現(xiàn)變電站數(shù)據(jù)的按需傳送.

全面監(jiān)控主站系統(tǒng)按照集中管控的建設(shè)要求，通過云邊協(xié)同，全面提升設(shè)備智能感知能力、缺陷發(fā)現(xiàn)能力[6]、狀態(tài)管控能力、主動預(yù)警能力和應(yīng)急處理能力，實現(xiàn)變電站“全面監(jiān)視、遠(yuǎn)程順控、主動預(yù)警、智能決策”的建設(shè)目標(biāo).

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 免(少)維護(hù)技術(shù)

變壓器滲漏消缺占日常消缺工作量的20%以上，且滲漏易導(dǎo)致進(jìn)水受潮、絕緣劣化.目前采用的油色譜裝置，每瓶載氣可以使用400次左右(每4小時檢測一次約使用兩個月)；傳統(tǒng)硅膠型呼吸器每2個月更換一次硅膠，還需對硅膠進(jìn)行人工烘干加熱處理循環(huán)使用；一個運維班管理數(shù)十臺變壓器，日常更換載氣和硅膠的工作量大.研制運行可靠、低成本、高頻度、免維護(hù)的油色譜在線監(jiān)測裝置，推進(jìn)免維護(hù)數(shù)字化呼吸器應(yīng)用.

2.2 輔助系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化接入技術(shù)

變電站輔助設(shè)備廠家眾多，大部分采用私有協(xié)議，輔助設(shè)備通信協(xié)議、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、接口互不兼容，導(dǎo)致輔助設(shè)備統(tǒng)一接入困難，無法實現(xiàn)輔助設(shè)備全部信息統(tǒng)一上送和集中監(jiān)控.大量的輔助設(shè)備操作、報警信息確認(rèn)都要運檢人員就地進(jìn)行，往往復(fù)歸一個安防告警、投入一臺空調(diào)等操作都需要兩人往返數(shù)十公里趕赴現(xiàn)場，造成大量人員浪費.

通過就地模塊，統(tǒng)一變電站安防、燈光、環(huán)境監(jiān)控、消防、視頻、在線監(jiān)測、智能巡檢機(jī)器人等輔助設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約、接口協(xié)議規(guī)范，明確各輔助設(shè)備監(jiān)控內(nèi)容，實現(xiàn)新增、改(擴(kuò))建各輔助設(shè)備模塊化、規(guī)范化接入.

2.3 一鍵順控技術(shù)

變電站倒閘操作采用人工方式，操作前需經(jīng)接令、寫票、審核、模擬等環(huán)節(jié).對同一操作任務(wù)來說，每次操作項目完全相同，但仍要執(zhí)行上述流程，且每步操作需人員現(xiàn)場確認(rèn)，重復(fù)工作量大，操作效率低.二次設(shè)備大量使用軟壓板，各廠家軟壓板命名、描述不一致，易誤操作、漏操作.隔離開關(guān)利用輔助接點來確認(rèn)分合閘位置，判別方法單一且不直觀，不滿足安規(guī)中設(shè)備位置“雙確認(rèn)”判別要求.開關(guān)柜手車電動底盤蝸輪蝸桿傳動易發(fā)生偏移，引發(fā)手車卡澀，遙控操作不可靠，限制了順控技術(shù)的推廣應(yīng)用.

研究變電站倒閘操作一鍵順控技術(shù)，將先進(jìn)的自動控制技術(shù)、傳感和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、狀態(tài)自動識別和智能判斷技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的變電倒閘操作，將傳統(tǒng)人工填寫操作票為主的煩瑣、重復(fù)、易誤操作的倒閘操作模式轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮黜椖寇浖A(yù)制、操作內(nèi)容模塊式搭建、設(shè)備狀態(tài)自動判別、防誤連鎖智能校核、操作任務(wù)一鍵啟動、操作過程自動順序執(zhí)行的一鍵順控模式，大幅減少無效勞動，大幅降低誤操作風(fēng)險，大幅提升效率和效益.

2.4 自動巡檢技術(shù)

變電巡檢目前主要采用人工巡檢方式，約占日常運維工作的30%，測溫、抄表、數(shù)據(jù)錄入等工作簡單重復(fù)且占用大量時間；此外，巡檢質(zhì)量不易管控，發(fā)現(xiàn)問題效率較低.近年推進(jìn)的機(jī)器人巡檢取得了良好效果，但仍然存在監(jiān)控后臺不統(tǒng)一、巡檢未完全覆蓋、未接入信息內(nèi)網(wǎng)與其他信息系統(tǒng)未互聯(lián)等問題.

研究全方位立體自動巡檢技術(shù)，利用機(jī)器巡檢替代人工現(xiàn)場巡視，實現(xiàn)變電站全部巡檢自動化、無人化.提升機(jī)器人室外巡檢能力，規(guī)范監(jiān)控后臺界面、接口及功能應(yīng)用，研發(fā)機(jī)器人集中管控功能.研究戶內(nèi)巡檢手段，利用圖像識別、智能傳感技術(shù)，實現(xiàn)壓板狀態(tài)、開關(guān)位置、保護(hù)定值、信號燈等信息自動采集.研究具有戶內(nèi)外及各種工況下巡檢能力的系列機(jī)器人，實現(xiàn)巡檢全覆蓋.

2.5 智能聯(lián)動技術(shù)

變電站主設(shè)備監(jiān)控、各輔助子系統(tǒng)主機(jī)獨立配置，在站內(nèi)形成了多個信息孤島，主、輔設(shè)備數(shù)據(jù)無法共享、交互，無法聯(lián)動.發(fā)生設(shè)備報警時，輔助系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)無法對事件判別及處理提供多維度的有效支撐，智能化程度低.

研究主輔設(shè)備間、輔助設(shè)備間智能聯(lián)動策略，實現(xiàn)主設(shè)備、在線監(jiān)測、安防、消防、環(huán)境監(jiān)控、燈光智能控制、視頻、智能巡檢機(jī)器人等系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互共享、智能聯(lián)動.利用多系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)融合、協(xié)同控制，快速處理異常事件.

3 智慧應(yīng)用

3.1 倒閘操作一鍵順控

GIS刀閘安裝行程開關(guān)采集刀閘位置，主變中性點地刀安裝姿態(tài)傳感器采集刀閘位置，實現(xiàn)刀閘非同源位置采集，用于一鍵順控刀閘位置雙確認(rèn)，一鍵順控內(nèi)置校驗規(guī)則并與防誤主機(jī)進(jìn)行防誤確認(rèn)，與調(diào)度主站通過IEC104實現(xiàn)遠(yuǎn)程順控.

實現(xiàn)現(xiàn)場無人操作，傳統(tǒng)倒閘操作需要依次人工現(xiàn)場完成11個作業(yè)環(huán)節(jié)169分鐘，采用一鍵順控操作，作業(yè)環(huán)節(jié)精簡至8個36分鐘，優(yōu)化操作流程，操作項目由程序自動執(zhí)行.

3.2 設(shè)備缺陷智能識別

攝像頭作為前端感知設(shè)備采集視頻信息，硬盤錄像機(jī)作為匯聚點接入、存儲各類攝像機(jī)視頻信息并將視頻數(shù)據(jù)上送至智能分析設(shè)備；智能分析設(shè)備對獲取的視頻流進(jìn)行智能分析，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)測，設(shè)備銹蝕、表計破損、漏油等17類設(shè)備缺陷、設(shè)備狀態(tài)、人員行為智能分析，并輸出結(jié)果給視頻監(jiān)控主機(jī)；視頻監(jiān)控主機(jī)實現(xiàn)變電站視頻監(jiān)控預(yù)覽、控制、管理、聯(lián)動、智能分析結(jié)果等數(shù)據(jù)的上傳，根據(jù)識別結(jié)果實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)主動預(yù)警.

3.3 智能聯(lián)合巡檢

采用“機(jī)器人+視頻”的聯(lián)合巡檢方式，實現(xiàn)巡檢過程全管控.應(yīng)用定位導(dǎo)航、圖像識別、人工智能等技術(shù)，完成全自動、無死角、可定制的全覆蓋智能巡檢.

實現(xiàn)站內(nèi)無人巡視，將“例行巡視、專業(yè)巡視、熄燈巡視、特殊巡視、全面巡視”等五類巡視簡化為“智能巡檢+專業(yè)巡檢”兩類，將1725項常規(guī)巡視項目中的1531項通過機(jī)器替代.

3.4 設(shè)備異常智能聯(lián)動

支持主輔設(shè)備和輔助設(shè)備之間的智能聯(lián)動，安全防范系統(tǒng)入侵報警聯(lián)動(打開報警防區(qū)燈光照明)，消防系統(tǒng)火災(zāi)報警聯(lián)動(聯(lián)動門禁緊急開門，開啟燈光照明和聲光報警，聯(lián)動空調(diào)風(fēng)機(jī))，環(huán)境監(jiān)測越限告警聯(lián)動，SF6監(jiān)測濃度越限聯(lián)動(發(fā)濃度越限告警，聯(lián)動排風(fēng)機(jī)).任何遙控操作任務(wù)、設(shè)備運行狀態(tài)和異常告警都能夠關(guān)聯(lián)相應(yīng)的攝像機(jī)預(yù)置位，實現(xiàn)可視化生產(chǎn)管理.

3.5 智能作業(yè)及安防管控

應(yīng)用現(xiàn)場視頻監(jiān)控、移動云臺等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過邊緣計算，完成現(xiàn)場人員的作業(yè)管控.開展作業(yè)人員入場檢測、電子圍欄布設(shè)、區(qū)域檢測、運動檢測、作業(yè)監(jiān)控、違規(guī)告警，實現(xiàn)運檢人員、設(shè)備間隔、作業(yè)范圍的人人互聯(lián)、人物互聯(lián)，避免運檢人員誤入帶電間隔或失去工作現(xiàn)場監(jiān)護(hù)，確保運檢人員人身安全，實現(xiàn)智能作業(yè)管控.通過站內(nèi)小室的人臉識別，可以進(jìn)行人員準(zhǔn)入管控，實現(xiàn)智能安防.

4 應(yīng)用效果

4.1 本質(zhì)安全水平全面提升

采用主動干預(yù)型消弧裝置、免維護(hù)呼吸器、智能鎖控、膠浸紙干式套管等提升了設(shè)備人身安全；站域保護(hù)充分利用數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)保護(hù)的冗余集中配置，冗余測控裝置實現(xiàn)單間隔測控裝置檢修及故障時的功能暫時缺失，提升了電網(wǎng)安全；通過智能安防、作業(yè)安防提升了現(xiàn)場安全防控.

4.2 運維監(jiān)控有效提升

由設(shè)備狀態(tài)全面感知，全站配置熒光光纖測溫系統(tǒng)等20類設(shè)備在線監(jiān)測終端傳感器，與一次設(shè)備一體化設(shè)計、一體生產(chǎn)、集成部署，配置智能分析與記錄裝置，實現(xiàn)二次設(shè)備在線監(jiān)測.站端設(shè)備全面監(jiān)控，配置消防安防、環(huán)境監(jiān)測、照明、鎖控等輔助設(shè)備，完善主設(shè)備、輔助設(shè)備、變電信息綜合監(jiān)控手段，實現(xiàn)變電站主輔設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控，準(zhǔn)確掌握設(shè)備運行狀態(tài).充分利用巡檢機(jī)器人和視頻監(jiān)視手段，自主開展變電站例行巡檢和設(shè)備遠(yuǎn)方特巡，采用基于深度學(xué)習(xí)的圖像識別技術(shù)，對巡視設(shè)備的工況、位置狀態(tài)、熱成像等進(jìn)行監(jiān)控.

4.3 打造智慧運檢新模式

倒閘操作一鍵順控，通過配置智能防誤系統(tǒng)、GIS和開關(guān)柜采用一體化設(shè)計的“行程開關(guān)”、聯(lián)動攝像頭等實現(xiàn)順控操作“雙校核”“雙確認(rèn)”.壓板狀態(tài)智能識別，根據(jù)現(xiàn)場運維人員習(xí)慣按照屏柜-設(shè)備進(jìn)行壓板巡視，實現(xiàn)壓板狀態(tài)智能識別，判斷當(dāng)前的壓板狀態(tài)是否與規(guī)則要求的一致，當(dāng)壓板狀態(tài)異常時，界面以閃爍的方式提示用戶注意.運行巡視全面替代，設(shè)備巡視一鍵執(zhí)行，智能巡視替代例行巡視，實現(xiàn)站內(nèi)無人巡視，當(dāng)巡檢結(jié)果中識別出設(shè)備缺陷時系統(tǒng)主動預(yù)警，展示巡檢識別結(jié)果和原始圖像.設(shè)備智能聯(lián)動，設(shè)置安全防范系統(tǒng)入侵、SF6監(jiān)測濃度越限、消防系統(tǒng)火災(zāi)等智能聯(lián)動策略.

5 結(jié)語

智慧變電站的實施將使變電站本質(zhì)安全水平全面提升，設(shè)備、電網(wǎng)、人身更安全.智慧變電站打造了智慧運檢新模式，倒閘操作一鍵順控，現(xiàn)場安全智能管控，設(shè)備巡視一鍵執(zhí)行，全站表計免抄錄，現(xiàn)場設(shè)備免維護(hù)，運維監(jiān)控強(qiáng)度大幅降低，設(shè)備管理細(xì)度有效提升，生產(chǎn)信息化程度大幅提升，有力支撐了電網(wǎng)設(shè)備主人制落地實施.