姚志鵬

（國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司）

0 引言

相較于當(dāng)前的信息服務(wù)和數(shù)據(jù)處理，傳統(tǒng)的信息處理方式呈現(xiàn)出更為繁瑣和復(fù)雜的特點，其處理成本也更高，同時信息處理的效率和精度也有所欠缺。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，其主要是將海量的數(shù)據(jù)通過一定的方法進(jìn)行分類匯總，并根據(jù)不同類別數(shù)據(jù)之間所存在的關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型。此外，本系統(tǒng)還融合了在線監(jiān)測和智能巡查等先進(jìn)功能，對前端設(shè)備配置和終端設(shè)備傳輸方式進(jìn)行了全面集成，從而實現(xiàn)了對變電站進(jìn)行全景動態(tài)監(jiān)測、全面智能感知和全方位實時監(jiān)控的目標(biāo)。

1 監(jiān)測和巡視系統(tǒng)的組成

為了滿足新型數(shù)字化智能變電所對電力系統(tǒng)中主要設(shè)備和輔助設(shè)備信息化的需求，同時也滿足對電力系統(tǒng)消防和安全防護(hù)的日益關(guān)注，本項目提出了一種數(shù)字化智能變電站監(jiān)測和巡視系統(tǒng)。該系統(tǒng)融合了一次設(shè)備在線監(jiān)測、二次設(shè)備在線監(jiān)控、火災(zāi)消防、安全防護(hù)、動環(huán)監(jiān)測、智能鎖控和智能巡視等多項技術(shù)，可應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。該系統(tǒng)采用了分布式架構(gòu)，將整個主站劃分為多個區(qū)域并設(shè)置相應(yīng)的子站，各區(qū)域內(nèi)分別設(shè)有獨立的主控室單元和終端采集單元，實現(xiàn)對主站場區(qū)的全覆蓋。通過運用現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種手段，對變電站內(nèi)的各種數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行了高效整合，從而形成了一個綜合管理平臺，實現(xiàn)了統(tǒng)一管理。該平臺能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)運行狀態(tài)實時采集分析以及事故處理信息及時上傳，提高了變電站管理水平及工作效率。變電站被劃分為三個安全區(qū)域，分別是安全I(xiàn)區(qū)、安全I(xiàn)I區(qū)和安全I(xiàn)V區(qū)，這三個安全區(qū)域與監(jiān)控和巡視系統(tǒng)相連。在各個安全區(qū)域分別設(shè)有各自獨立的安防系統(tǒng)。在I區(qū)域的安全保障中，傳統(tǒng)的防護(hù)設(shè)備、測量和控制設(shè)備、合成設(shè)備以及智能化的終端設(shè)備是至關(guān)重要的安全措施；安全I(xiàn)I區(qū)設(shè)有一系列子系統(tǒng)，其中包括一次設(shè)備在線監(jiān)測、二次系統(tǒng)在線監(jiān)測、火災(zāi)消防、安全防衛(wèi)和動態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)。為了提高電力系統(tǒng)的自動化水平，將智能技術(shù)應(yīng)用于變電管理已成為一種必然趨勢。在IV區(qū)域內(nèi)安裝運行主站之前，若尚未建立起集控臺，則需借助IV區(qū)域的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，以實現(xiàn)與主站的通信。在第三個安全區(qū)設(shè)置了一個名為“智能巡檢”的子系統(tǒng)，通過該子系統(tǒng)實現(xiàn)交換巡檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)；同時為了保證巡檢工作順利進(jìn)行，還必須定期對巡檢現(xiàn)場的設(shè)備狀況進(jìn)行檢測。一旦檢修作業(yè)人員離開，巡檢機將數(shù)據(jù)和狀態(tài)報告上傳至維護(hù)中心并根據(jù)操作情況對設(shè)備進(jìn)行維修或應(yīng)急處置。在完成集中控制系統(tǒng)的建設(shè)之前，系統(tǒng)的運行過程中，系統(tǒng)的末端和運行中心將進(jìn)行數(shù)據(jù)的互換。該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 新型數(shù)字變電站監(jiān)控及巡視終端系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

2 監(jiān)控和巡視系統(tǒng)的配置

2.1 消防監(jiān)測

火災(zāi)消防監(jiān)測的核心在于實時采集、傳輸和聯(lián)動控制站內(nèi)火災(zāi)告警信息，以實現(xiàn)對火災(zāi)現(xiàn)場的實時監(jiān)測和預(yù)警。在對火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)測時需要將各種傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后通過有線或者無線方式傳送到監(jiān)控中心。針對火災(zāi)消防監(jiān)測的探測區(qū)域和區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備的特點，采用不同原理和類型的火災(zāi)探測器進(jìn)行配置。配電室配置低壓電氣火災(zāi)探測器。在變電站內(nèi)，設(shè)有一種點型感溫、感煙火災(zāi)探測器或吸氣式感煙探測器，用于監(jiān)測房間和預(yù)制艙的溫度和煙霧情況。在蓄電池室的配置中，配置了一種能夠檢測火災(zāi)并防止火災(zāi)的防爆感應(yīng)器。配電室火災(zāi)探測器，可采用安裝于室內(nèi)各位置的固定式與移動式兩種形式［1］。

2.2 安全防衛(wèi)監(jiān)測

變電站配備了一系列安全防衛(wèi)監(jiān)測設(shè)備，包括但不限于安防監(jiān)控終端、防盜報警控制器、門禁控制器、電子圍欄、紅外雙鑒探測器、紅外對射探測器、聲光報警器和緊急報警按鈕等。當(dāng)發(fā)生緊急情況時，通過遠(yuǎn)程控制實現(xiàn)自動開啟或關(guān)閉相應(yīng)的安全門和出入口門禁裝置，確保人身安全。當(dāng)非工作人員闖入時，通過設(shè)置在二次設(shè)備室內(nèi)的電子圍欄和進(jìn)出線通道上的紅外對射探測儀發(fā)出警報，同時將現(xiàn)場圖像傳送給遠(yuǎn)程控制中心，實現(xiàn)了一次設(shè)備與二次設(shè)備間的有效防護(hù)。

2.3 動力環(huán)境監(jiān)測

變電站動力環(huán)境監(jiān)測終端種類繁多，如圖2所示。其中，動環(huán)控制終端為主要的監(jiān)測對象，其功能是實現(xiàn)對變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等電力設(shè)備進(jìn)行實時在線監(jiān)測。在電纜集中區(qū)，包括電纜層和室外電纜溝，安裝水浸傳感器以監(jiān)測電纜的狀態(tài)。在集水盤和配電柜內(nèi)配置煙霧傳感器。在集水井中安裝水位感應(yīng)器；在室內(nèi)配電房及變壓器箱柜間等處配置煙霧傳感器。位于控制大樓頂部的一款微型天氣感應(yīng)器集成了多種數(shù)據(jù)，包括室外的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓和降雨量等信息；它還可將這些數(shù)據(jù)傳送給控制中心，供指揮調(diào)度人員分析處理。在車站現(xiàn)場實施增益照明方案時，應(yīng)當(dāng)考慮到照明增益的問題［2］。

圖2 動力環(huán)境監(jiān)測終端配置圖

2.4 具備智能化的鎖定機制

變電站的鎖控系統(tǒng)由一系列配套設(shè)備構(gòu)成，其中包括鎖控監(jiān)控終端、電子鑰匙以及鎖具等。智能鎖控控制器包含兩把電子鑰匙（分別為35～220kV變電站和330～750kV變電站的電子鑰匙），同時還配置了一把備用的緊急解鎖鑰匙；現(xiàn)場安裝時只需將所有閉鎖開關(guān)全部開啟即可。所有設(shè)備均安裝有電子鎖，包括電源控制開關(guān)、信號指示燈、門鎖、門禁、消防栓和照明裝置。

2.5 智能化的巡視

將車站的I／II區(qū)域與物理上的隔離裝置相連，利用集成的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和集控站的智能巡查中心監(jiān)測系統(tǒng)，在過渡階段與運行中心進(jìn)行信息交流，以實現(xiàn)智能化巡查的目標(biāo)。智能巡視終端是指安裝在現(xiàn)場的智能化巡檢機器人，可對變電一次設(shè)備進(jìn)行圖像檢測及缺陷識別處理，具有自主導(dǎo)航能力，能根據(jù)不同環(huán)境條件選擇最佳路徑到達(dá)目標(biāo)區(qū)域。智能巡邏系統(tǒng)的前端配備了一系列高端設(shè)備，包括高清攝像機等，能夠在夜間提供出色的視覺體驗［3］。

3 案例的應(yīng)用和分析

3.1 項目概況

該居民樓的變電所是一座雙層結(jié)構(gòu)，其半地下層包括電纜層、電抗器油槽、主變油槽、消防水池以及消防泵房，同時還設(shè)有一個地下室；地上部分包括辦公樓、餐廳和廚房等建筑物。主要依托于工廠和其相關(guān)設(shè)施，地面工程得以順利實施。地下一層為配電室、變電站等建筑物。一樓主要有變壓器室、主變散熱器室、35kV配電設(shè)備室，110kV和220kV地理信息系統(tǒng)室、電抗器室、廁所；地下車庫有電梯井和停車場出入口以及各種管道系統(tǒng)，并裝有排水設(shè)備。在該建筑的地面上，還設(shè)有多個水槽，專門用于排水和排泄廢水。三樓為配電室、變電運行值班室、檢修間，以及空調(diào)系統(tǒng)房、消防器材庫、機房。在二樓區(qū)域內(nèi)，設(shè)有多個設(shè)施，包括但不限于地變室、變電站變化室、數(shù)據(jù)庫、安全工具、備用部件、蓄電池、電容、輔助裝置、洗手間以及抽煙室。

3.2 實現(xiàn)監(jiān)控和巡視目的的攝像機系統(tǒng)

智能視頻監(jiān)控攝像頭和安防監(jiān)控攝像頭是變電站中主要用于智能巡視和監(jiān)控的兩種攝像機。智能巡視用攝像裝置由云臺控制模塊、電源模塊、圖像采集模塊、圖像處理模塊、通信傳輸模塊組成，表1為該項目巡視所需的攝像機安裝位置和數(shù)量，而表2則是安防所需的攝像機的安裝位置和數(shù)量。

表1 巡視用攝像機布置

表2 安防用攝像機布置

通過對前端設(shè)備進(jìn)行配置，監(jiān)控與巡視系統(tǒng)實現(xiàn)了對變電站的全方位覆蓋，同時將人員行為信息和設(shè)備狀態(tài)信息數(shù)字化，并將其上傳至站控層，實現(xiàn)了對變電站的全景監(jiān)控。

4 結(jié)束語

本文介紹了一種新型數(shù)字智能變電站監(jiān)控及巡視系統(tǒng)，旨在滿足新型數(shù)字化智能變電所對電力系統(tǒng)中主要設(shè)備和輔助設(shè)備信息化的需求，并解決傳統(tǒng)變電站的輔助設(shè)備監(jiān)控及巡視系統(tǒng)能力不足、集控站和調(diào)度端無法采集輔助設(shè)備信息等問題。該系統(tǒng)采用了分布式架構(gòu)，將整個主站劃分為多個區(qū)域并設(shè)置相應(yīng)的子站，各區(qū)域內(nèi)分別設(shè)有獨立的主控室單元和終端采集單元，實現(xiàn)對主站場區(qū)的全覆蓋。