黃岡供電公司智能變電站一體化監控系統的設計

胡曉峰，郭僑，涂威，陳錦花（黃岡供電公司，湖北 黃岡438000 ）

1 前言

黃岡供電公司是國家大型企業，擔負著黃岡市11個縣（市、區）740萬人民生產生活的供電任務，供電范圍1.74萬平方公里，管轄220kV變電站9座、110kV變電站43座、35kV變電站170座，絕大部分變電站實現了無人值班。

近年來，在國家電網公司實施兩個“轉變”發展戰略，全面推進“三集五大”體系建設的重要時期，全面建設智能變電站一體化監控系統，是當前電網轉變電網發展方式、提高電網集中運營管理科技水平的重要工作之一。全面實施變電站遠程智能監控，進一步提升無人值班監控管理水平是當前智能電網調度控制和生產管理的技術基礎，也是大運行體系建設的管理基礎。

根據《國家電網公司技術標準管理辦法》的規定，國家電網公司下發了《智能變電站一體化監控系統功能規范》（Q/GDW 678-2011）和《智能變電站一體化監控系統建設技術規范》（Q/GDW 679-2011）。如何結合本單位實際情況，貫徹落實國網公司的技術規范和管理要求，建設真正符合變電站監控需求的、能夠帶來創新管理模式、優化業務流程的智能變電站一體化監控系統，引起了業內人士普遍的思考。

黃岡供電公司結合電網發展實際情況，積極探索推進“三集五大”過程的電網監控技術的創新，不拘泥于傳統遙視系統的技術應用，經過多方調研討論和技術路線選擇，選用了業內較為先進、可靠、優秀的技術和產品，并結合本單位的實際情況針對性地提出解決方案，率先實施了變電站遙視安防全面的系統升級和改造，有力提升了全區無人值班變電站無人值班集中監控水平。

2 系統概述

黃岡供電公司智能變電站一體化監控系統是在黃岡變電站遙視系統基礎上，結合遙調、遙信、遙控、遙測等電力系統遠程控制和管理的要求，結合國網電力的最新技術規范，進行升級改造，整合報警、門禁、環境、消防、對講、燈光控制、SCADA報警聯動等應用，將未來兩年內計劃接入的200余座變電站全部規劃在內，并預留其它擴展功能和接口，確保未來5～10年不落后。

系統選用了北京捷諾視訊自主研發的ISOS電力變電站一體化綜合監控系統平臺，集成了視頻監控、智能分析、動力環境監控（溫度，濕度，氣體探測，水浸，煙感），燈光控制，空調控制，門禁控制，周界防范等多種安防子系統應用，并通過上層綜合監控管理平臺的統一協調實現各子系統間的資源共享與信息互通，從而達到管理便捷性、數據直觀性、實現了各子系統之間的智能化聯動。

圖1 監控系統架構圖

3 方案設計

根據《智能變電站一體化監控系統建設技術規范》（Q/GDW 679-2011）中的一體化監控系統架構圖（如圖1所示），智能變電站一體化監控系統智能變電站一體化監控系統可分為安全Ⅰ區和安全Ⅱ區。

在安全Ⅰ區中，監控主機采集電網運行和設備工況等實時數據，經過分析和處理后進行統一展示，并將數據存入數據服務器。Ⅰ區數據通信網關機通過直采直送的方式實現與調度（調控）中心的實時數據傳輸，并提供運行數據瀏覽服務。

在安全Ⅱ區中，綜合應用服務器與輸變電設備狀態監測和輔助設備進行通信，采集電源、計量、消防、安防、環境監測等信息，經過分析和處理后進行可視化展示，并將數據存入數據服務器。Ⅱ區數據通信網關機通過防火墻從數據服務器獲取Ⅱ區數據和模型等信息，與調度（調控）中心進行信息交互，提供信息查詢和遠程瀏覽服務。

基于以上需求，本套系統在應用場景設計上分為兩大部分：

（1） 電力生產安全防范監控

為了保障變電站空間范圍內的建筑、設備的安全，具體所要實現的功能有：

安全防范視頻監測

在重要通道及入口安裝攝像機，并可實現報警聯動，加裝光源，可以24小時不間斷監視。

在設備區安裝攝像機，監控所有設備的正常運轉。

安全防范報警探測及報警

在周界安裝各類報警探測器，對周界安全加以防范。

出入口管理和人員管理

在出入口加裝門禁設備和視頻監控設備，對進出的車輛和人員進行管理。

在線巡更管理

在有人值守的變電站安裝在線巡更設備，加強環境巡邏的有效性。

（2）電力設備運行狀態監控

為了保障變電站設備的正常運行，需實現遠程視頻監控及報警錄像，為了便于工作人員進行遠程交流，系統還應具有語音采集及雙向對講功能，具體有以下內容：

在室外安裝一臺或多臺動點攝像機或軌道攝像機，用于監看變壓器等重要設備的運行狀態。

在配電室安裝一臺或多臺動點攝像機或軌道攝像機，用于監看配電箱、儀表盤、刀閘等關鍵部位。

對于環境溫度、濕度、電源、電量、壓力等數據采集、統計、報警分析。

在視頻畫面上疊加設備運行狀態監測的數據。

將各類數據處理單獨作為一個窗口以圖形、圖表、典線等方式顯示，并且要將歷史數據進行記錄，支持查詢、統計、打印、輸出。

圖2 智能變電站一體化監控系統三級網絡架構

結合視頻實現語音采集，便于工作人員在現場可以和總站進行雙向語音交流，便于發現問題，處理各種事件。

對電力檢修車安裝車載監控，實現檢修實況監控、遠程語音指揮、GPS定位和GIS地圖結合。

黃岡供電公司智能變電站一體化監控系統從邏輯結構上分為三大部分：前端系統、傳輸系統、管理平臺。

前端系統包括了攝像機、視頻服務器、網絡攝像機、拾音器、報警探測器、報警按鈕、對講終端、門禁主機、報警主機、動力環境主機、智能分析設備等各種信號采集設備，負責獲取各類運行狀態并傳輸給后臺負責處理；同時也包括廣播、對講、報警等輸出終端設備，用于對監控場所發送不同的信號。

傳輸系統由于子系統眾多，而且很多子系統是獨立運行，因此傳輸系統也比較復雜，這是布線子系統主要負責的內容，包括視頻監控、報警、門禁、對講、動力環境等都需要自己的傳輸線路，遠不止以太網。

管理平臺（軟件）采用SOA(Service Oriented Architecture)開放式體系架構模型進行設計開發，形成了集圖像設備管理、信息交換、業務整合的基礎平臺，并結合電力行業的應用特點及發展趨勢而度身定做，滿足總體設計的組件化、互操作、模塊化、可伸縮等特性。系統提供二次開發接口，方便未來的功能擴展和與第三方應用系統集成。

管理平臺（軟件）的邏輯結構由四個不同的功能層組成：

（1）應用接口層：用戶界面顯示，提供視頻監控，環境數據采集，視頻報警聯動，門禁報警聯動，消防報警聯動，SCADA報警聯動等應用；

（2）業務控制層：主要實現信令，控制信息交換，音視頻流調度和系統管理等業務邏輯控制；主要包括：系統安全認證，用戶端地址解析，用戶級別和權限設置管理，設備接入控制，周界門禁，防火防盜報警，環境數據采集，GIS，GPS等其他業務系統交互控制；

（3）業務承載層：音視頻轉發，設備代理，錄像及回放，智能分析，數據處理，消息調度，預案管理等；

（4）設備接入層：實現音視頻信號的采集和數字化，網絡化傳輸，兼容多個廠家硬盤錄像機；實現報警、門禁、消防、巡更、環境、燈控等信息的采集和數字化、網絡化傳輸，兼容多個廠家的設備和平臺。

基于電力系統的網絡結構，本套系統在網絡部署設計上采用三級網絡架構，如圖2所示。

第一級中心站（主站），第二級下屬多個分中心站（二級主站），第三級再到具體的變電站（分站）。系統采用分層管理、級聯交互的模式，既能照顧本市電網的現有資產狀況，又能節約資源和成本，還能將系統功能發揮到最佳模式。

黃岡供電公司智能變電站一體化監控系統在功能設計上分為八大子系統，如圖3所示。

圖3 智能變電站一體化監控系統八大子系統

（1）視頻監控子系統

視頻監控子系統（又稱“遙視子系統”）主要監控點為：室外刀閘、變壓器、大門、周界、室內儀表柜、開關柜等。現場監視設備由硬盤錄像機、攝像機、球機、網絡傳輸設備等構成。

視頻監控子系統主要實現圖像實時監控、設備遠程控制、錄像檢索與回放等功能。是日常安全監管和遠程應急指揮的重要工具。

（2）報警管理子系統

報警管理子系統負責接收、處理前端報警探測設備反饋的報警信息、設備狀態信息，并將信息實時反饋到監控中心，是綜合監控管理平臺的重要組成部分之一。報警系統與視頻監控、對講、門禁、環境、SCADA等系統集成聯動，是實現綜合監控一體化、自動化、智能化的關鍵。

報警管理子系統主要由前端報警探測裝置（紅外對射、雙鑒探測器、電子圍欄等）、現場警示裝置（警燈、警號）、報警控制主機、中心管理平臺等構成。

報警的接收、響應、聯動流程如圖4所示。

（3）門禁管理子系統

門禁管理子系統通過門禁控制器接收門禁控制信號，門禁控制器通過電力專網連接到管理中心門禁服務器，利用TCP/IP網絡與各門禁控制器通訊。管理人員在監控中心可以對各門進行授權和監控。當接收到門禁報警消息時，可以聯動觸發報警，地圖定位，通知管理人員采取措施。

圖4 報警的接收、響應、聯動流程圖

（4）環境監測子系統

環境監測子系統是針對電力變電站一二次設備運行溫濕度等狀態進行實時動態監控管理的系統。包括保護室、控制室、智能組件柜等設備設施的溫度、濕度監測、告警及空調自動控制功能，具備站內降雨、積水自動監測、告警與自動排水控制等功能。

針對電力中斷情況、設備運行情況，運行環境如溫度、濕度、水浸、煙感及其它各種需要監控的信號等進行實時采集監測，通過IP網絡上傳到監控中心，實現溫濕度數據與視頻疊加，計算機自動保存并處理各種數據，并能夠根據匯總數據智能發現各種非正常運行狀態及時報警通知值班人員，作相應處理，避免事故的發生。

該系統解決了變電站儀器儀表安全的集中管理問題，可大大提高電力系統變電站儀器儀表安全的自動化管理水平，實現了環境監控的智能化，全面把握現場動態，真正達到變電站的無人/少人值守。

（5）SCADA報警聯動子系統

在電力系統中，SCADA報警系統應用最為廣泛，技術發展也最為成熟。它作為能量管理系統（EMS系統）的一個最主要的子系統，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統運行狀態、加快決策、能幫助快速診斷出系統故障狀態等優勢，現已經成為電力調度不可缺少的工具。

SCADA報警聯動子系統主要是將站端SCADA系統與變電站一體化監控系統聯動起來，當SCADA系統觸發事件類消息（SOE、遙信變位、二次遙信告警等）、事故類報警（事故分閘、事故跳變、事故越限、微機保護、遙測越限、穩定監控告警等）時，站端及主站工作站根據接收到的信號聯動報警子系統、視頻子系統，實現及時發現、及時查看、及時處置，對站端SCADA系統起到一個很好的輔助作用，提高站端自動化的準確性及響應速度。

（6）對講廣播子系統

對講廣播子系統采用廣泛使用的TCP/IP網絡技術，將音頻信號以數據包的形式利用監控系統的設備和網絡進行編解碼和傳輸，是數字化的雙向語音對講廣播系統。

對講是一對一的，設備安裝在前端站點的辦公樓大門外，可通過現場的對講按鈕（請求開門按鈕）呼叫中心請求對講。

廣播是一對多的，監控中心可以與主站、二級主站、分站實現語音廣播。

對講廣播子系統可以與視頻子系統聯動，實時中心與站端的可視對講

（7）燈光控制子系統

燈光控制子系統利用監控系統的設備和網絡，遠程控制各站端的燈光控制器，實現遠程控制前端變電站各區域的燈光照明功能。系統可通過預案聯動自動打開或關閉燈光；如：設置前端站點電子圍欄晚上報警時，系統聯動圖像，同時自動打開對應區域的燈光。

（8）資產管理子系統

資產管理子系統主要負責一體化監控系統所轄資產的管理，可實現資產信息的查詢、統計，資產的維護、預警，以及資產的新增、修改、拆分、轉移、調撥、領用和借用等的資產信息處置情況。主要功能特點如下：

清晰的固定資產管理結構；

常用的固定資產管理功能；

靈活的查詢、統計功能；

與平臺緊密結合，可實時查看設備的相關信息、運行狀態。

4 系統亮點特色

4.1 以報警處置為核心

系統集成了多種報警信號，包括智能視頻報警、動力環境報警、周界入侵報警、門禁報警、SCADA報警等等。在每一類報警信號發生后可通過預案系統自行設計相應的聯動動作。前端發生報警后，根據報警級別傳輸至各級監控中心，各級監控中心則以視頻彈出、報警信息顯示、電子地圖定位等多種方式、多屏展示，現場情況一目了然。

4.2 多級管理模式

系統可以設置多級監控中心進行分級監控和管理，不受距離限制，可以部署到任何地方，便于跨區域、大范圍組網，真正實現大型分布式集成管理系統。監控管理平臺是整個變電站監控系統的核心部分，是實現互聯、互通、互控和滿足實際應用的共享平臺，完成聯網狀態下的級聯管理、權限分配、消息管理以及應用管理等功能。

4.3 開放式兼容能力

系統采用專業的第三方軟件平臺，不拘泥于單一品牌的設備兼容，支持多種類型、多種品牌的設備，可將不同時期、不同廠商、不同硬件環境、不同軟件環境下建成的各子系統按照統一系統接口規范，平滑地接入平臺系統，實現無縫集成，便于改造和升級過程中對原有投資的保護。

4.4 注重體現人性化

本套系統是電力一體化監控監督的工作平臺，是執行日常業務的工具，因此系統的人性化設計就顯得尤為重要。首先體現在界面的有好性，采用體現電力行業的界面色調、圖案、動畫等作為背景。其次體現在各類信息提示和應用導航功能，通過配置“個人工作日志”對用戶當前未處理的事務進行溫馨提示、越時報警等等，最大限度地為用戶提供方便。第三是體現在操作的簡易性，通過優化流程減少業務執行的節點，減少操作人員執行業務的環節；通過盡量使用“下拉選擇”，回避使用“輸出數據”等手段填寫表單，提高工作效率同時也有效防范的填寫錯誤的概率；通過業務導航功能，提示執行業務的過程，降低學習難度，在較短時間內掌握系統使用技能。

4.5 多應用無縫集成

系統不僅僅是將若干個應用子系統進行簡單的匯集，而是在應用功能集中的基礎上實現了各類安防應用涉及業務的聯動，將原本獨立運行、信息屏蔽的諸多子系統進行橫向協同。如此大大提升了綜合平臺信息系統的業務管理能力，提升了突發事件的應急響應能力。在此基礎上，借助計算機強大的信息處理能力，實現安防子系統集成業務的綜合應用，包括智能化聯動和應急指揮，統計分析和輔助決策，監控中心安防事件由“事后處理”向“事先遏制”的轉變，電力工作人員的工作價值體現由原來的“事后調查”向“防患未然”的轉變。有效增加了信息化工具和現代化管理模式為監管中心創造的現實價值，促進安全電力的良好局面的形成。

4.6 智能化綜合應用

智能化綜合應用在一定程度上代表著系統的前瞻性，是有效降低電力值班人員日常工作量、提高工作效率的有效途徑。在本方案中，使用了智能化周界防范，應用行為分析和聯動報警技術確保周界事故的發生，解決了紅外對射技術的誤報率高的現實問題。實現了系統對突發事故的提前識別，有效降低惡性事件發生概率，大大降低了工作人員的工作壓力，提高整體的工作效率。

5 結語

作為電網集中監控的重要技術手段，集成化、智能化、一體化的系統必將給變電站傳統監控應用帶來全新的體驗，為無人值守模式提供可靠的保障。