變電站一體化智能監控系統設計與應用探討

賈明月，劉 君，周志玉

（國網鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001）

變電站一體化智能監控系統設計與應用探討

賈明月，劉 君，周志玉

（國網鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001）

在分析智能變電站發展前景的基礎上，針對現有變電站視頻監控系統不足，提出了變電站一體化智能監控系統的思想。對一體化智能監控系統的功能定位、需要解決的關鍵問題、系統總體框架設計進行詳細闡述。提出變電站視頻監控應由固定監控和移動監控2部分構成，重點解決輔助運行人員倒閘操作、設備自動遠程巡檢問題，并兼顧變電站安防、環境監測等，提高了變電站輔助系統投資效能和變電站一次設備智能化管理水平，充分體現了智能變電站信息化、自動化和互動化的特征。

變電站；智能；監控；巡檢；倒閘操作

1 變電站監控系統現狀

視頻監控系統作為變電站第“五遙”，在無人值守變電站設備管理中起到重要作用，但目前更多還是集中在變電站安保方面的應用，主要以場區視頻監控視頻信息作為設備事故或入侵事件的輔助調查依據，功能單一，利用率較低。

變電站雖然已無人值守，但設備倒閘操作、巡視等作業仍需運行人員到現場查看設備的實際運行位置和運行狀態，勞動強度大，工作效率低，且存在一定安全風險。

實現變電站智能運行與管理是建設堅強智能電網最重要的環節［1－3］。隨著信息技術、網絡技術、智能電器制造技術的快速發展，智能變電站實現了全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化；視頻監控技術則實現了智能化、高清化、網絡化。利用現有高新視頻監控技術，結合智能變電站設備特點及現場作業實際，設計一套適于智能變電站設備運行管理的一體化智能監控系統，不僅可以實現變電站運維智能化，同時也使變電站輔助系統投資效益最大化。

2 一體化智能監控系統設計

一體化智能系統應使變電站具備可視化監控、巡檢和調度，因此，系統應具備如下功能：對儀表進行遠程監控及對熱點測量和報警的功能，運行操作隊、監控中心、應急指揮中心等相關部門利用該系統對變電站可以遠程實時圖像監控、遠程故障和意外情況告警接收處理；系統可以根據指令完成對指定目標的監控，對操作后的設備狀態進行檢查，代替人工現場校核，實現輔助運行人員倒閘操作；對所有目標按照程序指令自動巡檢或按人員指令對特定設備巡視；對于進入變電站設備場區、控制設備核心區的外來人或物、場區發出的異常聲光能夠報警及跟蹤拍錄。

2.1 音視頻信息傳輸與控制總體框架

一體化智能監控系統宜采用分布式結構，分公司級監控中心、變電站運行操作隊和變電站本地控制系統3級。每級中心都分為主控中心、客戶端和接口系統（預留），用于擴充與其他系統之間的銜接、WEB瀏覽功能，實現遠程監控及系統擴展性。

主控中心包含數據庫和管理平臺，實現數據存儲、權限控制、實時監控、配置管理等全部功能。在變電站和其他必要的電腦上安裝客戶端，根據不同權限，操作員可以進行相應的監控、管理和操作。接口系統通過采用IEC61850通信規約與綜合自動化等系統接口及聯動。值班及相關人員可以WEB瀏覽方式實時監控每個變電站區域的環境、報警及人員進出等實時狀態。

視頻監控系統、設備控制子系統、防盜報警子系統、門禁子系統、WEB瀏覽子系統等系統之間聯動，并與自動化系統進行接口，實現包括現場設備操作聯動視頻、綜合自動化系統告警、門禁聯動視頻等用戶自定義的設備聯動。

中心管理服務子系統完成設備管理、用戶管理、權限認證、報警信息管理、信息查詢、業務管理、日志管理等。

接入服務子系統負責響應客戶端和設備提交的系統請求服務，并進行視頻分發和存儲的調度管理。如視頻的調閱、云臺控制請求、報警處理請求等，工作流程見圖1。

圖1 系統工作流程

分發服務子系統用于節約網絡帶寬，存儲管理子系統根據管理員設定的存儲策略自動將需要的錄像保存到存儲設備中。網絡管理服務子系統將系統運行狀態信息顯示給維護管理人員，并在出現異常情況下給出相應的告警信息。平臺互聯子系統為各級應用平臺之間的跨平臺提供聯網共享接口，負責聯網過程中的控制命令和音視頻數據的傳輸和轉換。報警服務子系統，對監控報警聯網管理系統內所有報警信號集中采集管理，遠程調用報警主機信息，對報警源、音視頻通道進行布防、撤防，完成系統級別的聯動處理，實現對報警信息的音視頻聯動等功能。

2.2 音視頻獲取系統設計

一體化智能監控系統提供的音視頻功能主要包括輔助運行人員倒閘操作、設備巡檢、變電站安防及場區作業人員安全監察。

系統實現輔助運行人員倒閘操作的基礎是能夠快速提供變電站場區開關類設備操作前后狀態信息，實現遠程自動巡檢的基礎是能夠準確提供一次設備儀表顯示值。因此，變電站視頻監控信息應包括開關類設備操作前后狀態、一次設備儀表顯示和安防、設備故障報警等信息。

變電站中每一個監控點均設置攝像機才能代替人工巡檢及設備操作后狀態校核，但不易實現。解決這一問題的可行方法是將二自由度云臺攝像機安裝在一個移動平臺上，根據指令實現對指定目標的監控或自動巡檢。固定監控與移動監控系統相結合，相互補充盲點，共同完成變電站一次設備音視頻信息采集。固定監控主要完成設備內部分合閘指示器顯示、設備異常狀態圖像監視、安防系統視頻采集、作業人員安全監察等，移動監控系統完成設備表面狀態信息采集（GIS隔離開關分合閘指示器、氣室SF6表檢查、設備故障后音視頻信息采集等）。

2.2.1 固定監控系統

SCADA系統與智能監控系統連接，實現可靠的隔離開關操作。當SCADA系統控制隔離開關進行不同工作狀態切換時，智能監控系統自動將攝像機對準到執行此次動作的相關設備，并顯示對應的視頻信息，便于操作人員對操作結果進行確認，SCADA系統與智能監控系統通過正向隔離裝置（網閘）單向通信，保證電網內部數據的安全。設備內部分合閘指示監控點采用高清（720P與1080P）網絡化攝像機實現對設備的定點監測。

變電站安防視頻、場區設備異常監視視頻系統、場區作業實時安全監察采用智能網絡球機。依托智能分析器的視頻分析和行為分析技術，當報警產生時，智能網絡球機自動跟蹤到對應的報警觸發物上，可以直觀地監測到報警現場。為防止變電站周邊發生誤闖行為，基于全景L／F雙攝像機跟蹤系統提前警戒并告知，見圖2。

圖2 接近告警

對于場區重點區域設置警戒區，在周圍人為設定禁止區域，基于圖像的行為分析系統，在作業人員違規操作、超范圍活動時馬上報警，從而實現現場作業實時安全監察。在變電站大門等重要部位，設置監視器移動偵測報警功能，在沒有經過門禁系統解除狀態下，人員和物體進入，有任何圖像變化都會導致中心報警，提示工作人員針對畫面中出現的情況作出相應處理，見圖3。

圖3 警戒監察

2.2.2 移動監控系統

移動監控系統根據指令實現對制定目標的監控或所有目標的循環自動巡檢。為實現對智能變電站設備順序控制操作后的實際狀態檢查，該系統必須具備精確定位、高速運行的特點。采用輪子或履帶行走方式，存在導航精度差、行走速度慢、定位精度低等缺點，且不適合全天候運行，難以實現變電站一體化監控系統全天候自動巡檢的要求。移動平臺宜采用軌道式移動機構，既可提高運行速度又便于定位，見圖4。

圖4 移動機構

移動機構利用編碼器、定位塊以及行程開關、激光定位等技術，實現在預定位置的精確停車，攜帶的攝像機對多點目標進行精確定位觀察，即對指定設備進行整體掃描、針對重點部位拉近觀測等。

針對北方特殊環境，移動平臺設計還應有除塵、除雪、除冰、除霜、紅外防撞裝置。除塵裝置由驅動電動機和除塵毛刷構成，除塵毛刷的連續旋轉可使軌道的上表面保持清潔；機器人上的除雪、除冰、除霜裝置由熱風槍和導熱槽組成，可向軌道的上表面進行高溫加熱，用于去除雪、冰、霜，保證在冬天惡劣天氣環境下也能夠順利工作。

移動機構動力電源依靠滑線取電裝置供電。在軌道的一側安裝滑觸線，滑觸線內接入電源，見圖5?；€取電的方式保證了機器人在移動過程中可以獲得連續的電力供應。同時利用交流電力載波通信傳輸技術，實現機器人與后臺控制系統的控制信息、視頻數據雙向傳輸。這種有線數據傳輸方式保障了信息傳輸的高度穩定性和可靠性。

圖5 移動機構供電裝置

2.2.3 移動平臺操作與控制

移動機構可以實現狀態監視、就地及遠程控制，并將獲取的音頻和視頻圖像上傳至一體化監控系統存儲子系統，移動平臺由控制、監督、視頻監控、音頻監控、電子地圖、通信等模塊組成。

視頻監控模塊將攝像機采集的視頻數據、報警數據存儲上傳，以供查詢和調用。音頻采集分析模塊通過音頻采集設備采集特定采集點的音頻數據，獲取音頻數據的頻率和幅值信息，將其與設備正常工作的聲音頻率及幅值進行對比。一旦出現異常，進行報警，并將采集數據和報警數據存儲到數據庫中，以供查詢和調用。通過對設備音視頻的監視，及時發現電力設備的內外缺陷，并能診斷設備運行中的事故隱患和故障先兆，對設備聲音異常、移動目標等自動判斷和報警，以便及時采取措施消除事故隱患。

電子地圖模塊進行電子地圖的繪制和巡檢任務點的標識，在電子地圖上標識出變電站的平面圖和巡檢路線圖。

2.2.4 輔助運行人員操作及自動巡檢功能的實現

智能變電站控制保護系統分為過程層、設備層（間隔層）和站控層。站控層能夠通過間隔層裝置實現變電站的控制［4］，即根據運行人員輸入的命令實現斷路器、隔離開關、保護裝置復歸和主變分接頭等設備的操作。由于軌道式移動平臺速度快，具備多重定位技術保障，在運行人員下達操作命令后，根據順序控制指令，可以迅速、準確到達被操作設備的指定監視位置，對斷路器、隔離開關等設備的操作后狀態進行視頻監視，確認是否操作到位。避免了人工完成倒閘操作后還需要運行人員實地進行設備運行狀態確認。

當操作員設定自動巡檢程序后，移動機構按照巡檢設備流程，依次將設備儀表顯示值及設備狀態音視頻上傳服務器，固定視頻也按照巡檢設備流程，依次獲取定點監測媒體數據上傳服務器。

3 一體化智能監控系統優勢

與現有變電站視頻監控系統相比，一體化智能監控系統不但具有變電站日常安防功能，更多應用于設備的日常管理，雖然增加一定投資，但是利用率大幅提高。

a.代替運行人員進行倒閘操作后的設備實際位置校核，運行操作人員只需在主控室或控制中心，使智能變電站設備真正實現遠方操作。

b.通過后臺系統，實現變電站遠方無人巡檢。

c.系統增加了設備異常信息搜集功能，對于設備故障診斷分析、事故處理提供了形象、直觀的音視頻資料。

d.視頻監控增加了圖像跟蹤功能，不但提高了安保水平，還可應用于變電站場區作業安全監察。

e.監控系統后臺具有開放性，可以將變電站一次設備在線監測系統（如SF6在線監測、GIS局部放電在線監測、溫度在線監測等）通過物聯網技術，將報警信號與監控系統聯動。在故障信息智能診斷基礎上實現后臺監控人員判斷。

4 結束語

智能變電站一體化監控系統，利用現有智能化、高清化、網絡化音視頻監控設備，結合智能機器人技術、物聯網技術等，對變電站場區及設備智能化管理，變電站日常安防、輔助倒閘操作、巡檢作業實現設備一體化，同時也為電力系統作業實時視頻安全監督及可視化生產指揮擴大了基礎。變電站輔助系統功能多樣化，提高了輔助系統利用率，降低了變電站輔助系統的投資。設備巡檢作業及操作遠程化，更是實現了變電站運行維護智能化，充分體現了智能變電站信息化、自動化和互動化的特征［5］。因此，加快研究信息技術、自動化技術、物聯網技術在變電站運維管理方面的應用，促進變電站輔助管理系統應用設計智能化、標準統一化是智能變電站建設的重要發展方向之一。

［1］高 濤，鄧 玲.智能電網及其國內外發展概述［J］.東北電力技術，2012，33（2）：5－10.

［2］張幼明，高忠繼，黃 旭.智能變電站技術應用研究分析［J］.東北電力技術，2012，33（5）：1－3.

［3］郭哲強.淺談智能化變電站的實施和應用［J］.東北電力技術，2014，35（3）：44－48.

［4］GB／T 30155—2013，智能變電站技術導則［S］.

［5］Q／GDW 679—2011，智能變電站一體化監控系統建設技術規范［S］.

Design and Application Discussion of Integrated Intelligent Monitoring System in Substation

JIA Ming?yue，LIU Jun，ZHOU Zhi?yu
（State Grid Anshan Electric Power Supply Company，Anshan，Liaoning 114001，China）

Based on the analysis of development prospect of intelligent substation，this paper puts forward the design thought of intelli?gent monitoring system of substation integration.The intelligent monitoring system functions，the key problem and the main framework of system design are elucidated in detail.Substation video monitoring is divided into two parts：stationary and mobile surveillance moni?toring，solving the switch operation of auxiliary operator and automatic remote monitoring，as well as taking into account the substation security and environmental monitoring，which can improve investment efficiency of substation and the management level，as well as il?lustrate the characteristics of information，automation and interaction.

Substation；Intelligence；Monitor；On?site inspection；Switching operation

TM76；TM63

A

1004－7913（2015）09－0030－04

賈明月（1979—），男，碩士，高級工程師，從事電氣工程及其自動化方向研究。

2015－06－30）