智能變電站監(jiān)控與視頻系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)方式研究

，，

(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司技能培訓(xùn)中心，四川 成都 610072;2.四川大學(xué)，四川 成都 610065)

0 引 言

智能變電站的生產(chǎn)輔助控制系統(tǒng)作為智能變電站的重要組成部分起到越來(lái)越重要的作用，其中視頻監(jiān)視系統(tǒng)起到了非常重要的作用[1,2]。一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)是目前生產(chǎn)輔助系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其他輔助系統(tǒng)的結(jié)合較為緊密，也實(shí)現(xiàn)了一些聯(lián)動(dòng)，如門禁系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、照明等[3]。為適應(yīng)智能變電站的高級(jí)應(yīng)用，目前有一些視頻監(jiān)控系統(tǒng)和變電站的監(jiān)控系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)進(jìn)行了一些聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)斷路器操作、隔離開(kāi)關(guān)操作時(shí)能夠?qū)⒁曨l監(jiān)控系統(tǒng)的攝像頭進(jìn)行聯(lián)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)順控等的聯(lián)動(dòng)監(jiān)視。

變電站監(jiān)控系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)的智能聯(lián)動(dòng)對(duì)于無(wú)人值班變電站和智能變電站的運(yùn)維是非常有意義的，對(duì)于智能變電站的順控操作，雖然SCADA系統(tǒng)能夠通過(guò)各種位置信號(hào)判斷操作是否正確，但對(duì)于監(jiān)控人員而言如果能夠在順控操作或者遠(yuǎn)方操作時(shí)直接能通過(guò)視頻看到斷路器和隔離開(kāi)關(guān)分合位置信號(hào)，甚至分合過(guò)程，這無(wú)疑能提高操作的安全性。同時(shí)，對(duì)于事故跳閘后，如果能夠快速定位于故障斷路器，或者相關(guān)故障設(shè)備，則便于監(jiān)控人員更快、更準(zhǔn)地對(duì)事故進(jìn)行分析確認(rèn)，提高事故處理速度和準(zhǔn)確度。

1 目前監(jiān)控與視頻聯(lián)動(dòng)模式介紹

目前監(jiān)控與視頻聯(lián)動(dòng)的主要模式是針對(duì)智能變電站，利用監(jiān)控系統(tǒng)的GOOSE(generic object oriented substation event)信號(hào)進(jìn)行信息溝通實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，文獻(xiàn)[4]將變電站遙視系統(tǒng)和數(shù)字化變電站的GOOSE通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，詳細(xì)介紹了通過(guò)中間件或通信服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與遙視系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的兩套方案。文獻(xiàn)[5]則對(duì)方案中的關(guān)鍵技術(shù)如映射關(guān)系的建立、GOOSE報(bào)文的捕獲、GOOSE報(bào)文的解析和信息安全防護(hù)等進(jìn)行了深入研究。智能聯(lián)動(dòng)的關(guān)聯(lián)內(nèi)容目前主要有兩大類：斷路器和隔離開(kāi)關(guān)變位聯(lián)動(dòng)；事故變位聯(lián)動(dòng)。

2 監(jiān)控系統(tǒng)與視頻智能聯(lián)動(dòng)方式探討

變電站監(jiān)控系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)方式，根據(jù)作用形式可分為直接方式和間接方式。直接方式是指監(jiān)控系統(tǒng)直接和視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行信息交換實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)動(dòng)，間接方式指視頻系統(tǒng)通過(guò)其他信號(hào)間接與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)聯(lián)動(dòng)，如通過(guò)測(cè)控裝置、通過(guò)GOOSE相關(guān)信息、通過(guò)MMS相關(guān)信息、五防系統(tǒng)等等。以下對(duì)各種聯(lián)動(dòng)方式可能的實(shí)現(xiàn)方法分別進(jìn)行分析。

2.1 硬接點(diǎn)關(guān)聯(lián)方式

對(duì)于一些不具備數(shù)字化信息采集的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，或者對(duì)于常規(guī)變電站，采用硬接點(diǎn)方式通過(guò)開(kāi)入變化關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)間接聯(lián)動(dòng)是一種最簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)方式。

對(duì)于斷路器變位聯(lián)動(dòng)，將斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的位置輔助接點(diǎn)通過(guò)二次電纜接入視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)預(yù)設(shè)位置與硬接點(diǎn)開(kāi)入進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這樣在監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行斷路器和隔離開(kāi)關(guān)操作時(shí)則能夠?qū)⒁曨l畫面直接與斷路器和隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。

對(duì)于事故變位聯(lián)動(dòng)，則將需要進(jìn)行視頻聯(lián)動(dòng)監(jiān)視的事故動(dòng)作信號(hào)硬接點(diǎn)接入到視頻監(jiān)控系統(tǒng)，如油溫高告警、漏油告警等可將相應(yīng)的攝像頭進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)置，在發(fā)生上述信號(hào)時(shí)攝像頭可直接顯示相關(guān)油溫、油位等情況，實(shí)現(xiàn)方式示意圖如圖1所示。

圖1 硬接點(diǎn)聯(lián)動(dòng)方式

2.2 智能終端GOOSE關(guān)聯(lián)方式

采用硬接點(diǎn)方式，將增加許多二次電纜，因此接線復(fù)雜，一些信號(hào)可能需經(jīng)過(guò)重動(dòng)擴(kuò)展，增加了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難度，降低了可靠性。對(duì)于智能變電站而已，由于斷路器位置、非電量信息等等是通過(guò)各間隔的智能終端或者本體智能終端采集，以GOOSE信號(hào)的數(shù)字化方式通過(guò)光纖通道發(fā)送給需要的智能設(shè)備，如測(cè)控、保護(hù)等等，從而實(shí)現(xiàn)了信息的有效共享和數(shù)字化、光纖化、網(wǎng)絡(luò)化傳輸。對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)而已，作為智能變電站的一種智能裝置，只要具備GOOSE接口，則能夠通過(guò)GOOSE網(wǎng)絡(luò)接收到硬接點(diǎn)一樣的變位信息，就可以實(shí)現(xiàn)相同斷路器開(kāi)關(guān)變位聯(lián)動(dòng)和事故聯(lián)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)方式示意圖如圖2所示。

圖2 智能終端GOOSE聯(lián)動(dòng)方式

2.3 測(cè)控及保護(hù)等GOOSE關(guān)聯(lián)方式

變電站監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)方遙控是通過(guò)測(cè)控裝置發(fā)送GOOSE控制命令來(lái)進(jìn)行的，因此通過(guò)測(cè)控裝置的GOOSE信息可實(shí)現(xiàn)遙控的智能聯(lián)動(dòng)。對(duì)于保護(hù)動(dòng)作的斷路器變位跳閘，其動(dòng)作命令也是通過(guò)GOOSE命令到智能終端的，因此也可以通過(guò)保護(hù)的GOOSE跳閘命令實(shí)現(xiàn)斷路器跳閘的智能聯(lián)動(dòng)。

圖3 測(cè)控裝置GOOSE聯(lián)動(dòng)方式

此種方式需視頻監(jiān)控系統(tǒng)接收測(cè)控裝置或者保護(hù)的GOOSE遙控命令或者GOOSE跳閘命令，并與相關(guān)的斷路器或隔離開(kāi)關(guān)對(duì)象相對(duì)應(yīng)的攝像頭進(jìn)行預(yù)設(shè)關(guān)聯(lián)。由于目前保護(hù)跳閘多采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，因此該方式并不適合于進(jìn)行保護(hù)跳閘聯(lián)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)方式示意圖如圖3所示。

采用此種方式相對(duì)于采用智能終端通過(guò)斷路器位置或者隔離開(kāi)關(guān)位置GOOSE信息進(jìn)行聯(lián)動(dòng)能夠在斷路器或者隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行分合前就將攝像頭提前將位置調(diào)整好，這樣能更好地監(jiān)視到分合過(guò)程，尤其對(duì)于隔離開(kāi)關(guān)很直觀，但這種方式對(duì)于不通過(guò)測(cè)控裝置的手動(dòng)操作則不能實(shí)現(xiàn)，另外對(duì)于保護(hù)分合閘也不能進(jìn)行監(jiān)視。

2.4 通過(guò)MMS關(guān)聯(lián)方式

監(jiān)控系統(tǒng)與測(cè)控及保護(hù)進(jìn)行通信通過(guò)MMS網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)61850報(bào)文方式進(jìn)行信息交換。因此，視頻監(jiān)控系統(tǒng)如果具備MMS的61850相關(guān)的通信能力，則可以通過(guò)MMS網(wǎng)絡(luò)接收測(cè)控裝置的位置遙信信息或者監(jiān)控系統(tǒng)的遙控信息以及保護(hù)的動(dòng)作遙信信息等等。

此種方式根據(jù)接收的MMS信息類型，可實(shí)現(xiàn)位置變位聯(lián)動(dòng)、事故關(guān)聯(lián)聯(lián)動(dòng)，也可以實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)MMS的直接聯(lián)動(dòng)，這種方式是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)直接聯(lián)動(dòng)的最易實(shí)現(xiàn)的方式，也是目前監(jiān)控和視頻系統(tǒng)直接聯(lián)動(dòng)的主要方式。

圖4 通過(guò)MMS聯(lián)動(dòng)方式

采用此種方式，需要視頻系統(tǒng)同測(cè)控、保護(hù)進(jìn)行MMS通信，一些視頻系統(tǒng)不具備61850的通信接口，因此該種方式在通信接口上需進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

2.5 監(jiān)控系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)一體化關(guān)聯(lián)方式

目前，智能變電站的一體化設(shè)計(jì)成為一種趨勢(shì)，采用此種方式，監(jiān)控系統(tǒng)直接和視頻監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行信息的交互，并根據(jù)需要進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的內(nèi)容進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，由于監(jiān)控系統(tǒng)是遙控的發(fā)起方，亦是各種信號(hào)收集的平臺(tái)，因此能夠很方便地實(shí)現(xiàn)如前所述的遙信(位置和告警)變位聯(lián)動(dòng)、遙控聯(lián)動(dòng)及其他高級(jí)聯(lián)動(dòng)。其示意圖如圖5所示。

圖5 一體化關(guān)聯(lián)方式

采用此種方式，需監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，由于監(jiān)控和視頻監(jiān)視系統(tǒng)往往為不同廠家，因此需進(jìn)行協(xié)同開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)難度較大。

3 各種方式比較

根據(jù)上述智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)的5種實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)方式分析，對(duì)各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。

接口方式比較：除硬接點(diǎn)外，其余4種方式均采用數(shù)字化、信息化接口方式。接口通用性方面，采用GOOSE通信方式通用性最好，宜實(shí)現(xiàn)；采用MMS和一體化進(jìn)行通信方式，通用性較差，需單獨(dú)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，較難實(shí)現(xiàn)。

可靠性比較：硬接點(diǎn)方式采用電纜方式，由于電纜經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)場(chǎng)，易受干擾，可靠性較差；采用GOOSE方式，經(jīng)過(guò)的中間環(huán)節(jié)較少，且GOOSE采用光纖進(jìn)行數(shù)字信號(hào)傳輸，因此可靠性較高。采用MMS和一體化聯(lián)動(dòng)方式，涉及到多個(gè)環(huán)節(jié)和系統(tǒng)，因此可靠性比GOOSE方式稍差。

功能擴(kuò)展應(yīng)用：采用硬接點(diǎn)方式最不靈活，難以擴(kuò)展和維護(hù)，且只能實(shí)現(xiàn)位置和信號(hào)變位聯(lián)動(dòng)；采用智能終端的GOOSE和測(cè)控裝置的GOOSE聯(lián)動(dòng)方式只能分別對(duì)應(yīng)遙信變位聯(lián)動(dòng)和遙控聯(lián)動(dòng)，擴(kuò)展性一般；采用MMS和一體化聯(lián)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)多種方式聯(lián)動(dòng)，擴(kuò)展性良好。

經(jīng)濟(jì)性比較：采用硬接點(diǎn)和GOOSE方式經(jīng)濟(jì)性較好，開(kāi)發(fā)難度小；采用MMS和一體化方式，開(kāi)發(fā)難度大，投資較大。

適用性比較：硬接點(diǎn)適合于常規(guī)站或者不具備通信能力的視頻監(jiān)控系統(tǒng)；GOOSE聯(lián)動(dòng)方式適用性好，能應(yīng)用于任何監(jiān)控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)；MMS聯(lián)動(dòng)適用于具有61850通信能力的視頻監(jiān)控系統(tǒng)；一體化聯(lián)動(dòng)方式則適用性較差，對(duì)于已經(jīng)建成的智能站不適用，適合于新建智能站并采用一體化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。

4 一種組合式智能聯(lián)動(dòng)方式應(yīng)用

根據(jù)上述聯(lián)動(dòng)方式的比較，考慮到目前智能變電站的發(fā)展情況，采用GOOSE聯(lián)動(dòng)方式是較為靈活、可靠性較高、易實(shí)現(xiàn)、投資較少的一種方式，并且適用性廣，可適用于任何智能站不同的監(jiān)控和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的功能，可將智能終端GOOSE聯(lián)動(dòng)和測(cè)控GOOSE聯(lián)動(dòng)進(jìn)行組合聯(lián)動(dòng)，這樣既可以實(shí)現(xiàn)斷路器和隔離開(kāi)關(guān)位置變位聯(lián)動(dòng)(如因保護(hù)跳閘等)，也可以實(shí)現(xiàn)遙控時(shí)預(yù)先進(jìn)行攝像頭定位，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)高級(jí)應(yīng)用，目前該種聯(lián)動(dòng)方式已在110 kV實(shí)訓(xùn)智能變電站得到了良好應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了順控聯(lián)動(dòng)(預(yù)先定位)、仿真培訓(xùn)變位聯(lián)動(dòng)、油位告警聯(lián)動(dòng)等功能。

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