淺談變電站遠(yuǎn)程可視化順序控制系統(tǒng)

王 莉

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司淮安供電分公司，江蘇淮安 223000

1 現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

現(xiàn)江蘇省220kV及以下變電站因具備“四遙”功能，基本都采用無(wú)人值班運(yùn)行模式，在實(shí)際運(yùn)行中，在調(diào)控中心一般僅進(jìn)行斷路器分合閘或重合閘等功能投退的遙控操作，大量的倒閘或停電操作仍需要人工來(lái)進(jìn)行作業(yè)，而人工本身具有一定的不穩(wěn)定性，容易出現(xiàn)工作上的失誤，并且效率方面也較為低下。

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)的范圍以及可靠性都得以增長(zhǎng)，因此可以采用自動(dòng)化程序?qū)ψ冸娬具M(jìn)行遠(yuǎn)程控制。程序化操作也稱為順序控制，在運(yùn)作流程上，首先通過(guò)人工的操作，在后臺(tái)上擬定之后發(fā)出，當(dāng)程序接收到人工擬定的指令后，會(huì)依照指令與本身的控制邏輯路線對(duì)控制目標(biāo)進(jìn)行控制，初步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程變電站控制，并且為了實(shí)現(xiàn)智能化控制，程序還會(huì)對(duì)指令進(jìn)行邏輯判斷，即確認(rèn)程序的可行性，并同時(shí)將指令執(zhí)行的效果不斷反饋，人工可以對(duì)此進(jìn)行觀測(cè)、調(diào)整。由此可見(jiàn)，通過(guò)這種方法的實(shí)施，使得人工不用介入實(shí)際的操作，因此避免了人工不穩(wěn)定性的影響。但這種方式是在默認(rèn)設(shè)備提供的電氣量或開(kāi)關(guān)量完全準(zhǔn)確的前提下進(jìn)行的，而受現(xiàn)有設(shè)備制造水平限制，電氣接點(diǎn)信號(hào)存在錯(cuò)誤的可能性，因此對(duì)設(shè)備的順控操作存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性，需要采取措施解決[1]。

2 各層級(jí)順序控制方案

順序控制即是依照變電站運(yùn)作流程，受人工控制終端控制的變電站控制技術(shù)，在運(yùn)作當(dāng)中，其只接受人工從終端發(fā)送的命令，并在接受完成之后，會(huì)根據(jù)設(shè)備的動(dòng)態(tài)變化，來(lái)對(duì)單項(xiàng)操作是否完成進(jìn)行判定，當(dāng)操作完成之后系統(tǒng)才會(huì)進(jìn)行之后的命令。在控制系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，針對(duì)每個(gè)控制目標(biāo)的命令只能是單個(gè)指令，如果控制目標(biāo)接收到多條命令，則會(huì)不執(zhí)行并發(fā)“錯(cuò)誤”告警。此外，在此控制當(dāng)中如果存在執(zhí)行障礙，那么程序?qū)?huì)自動(dòng)依照當(dāng)前狀態(tài)，尋找可執(zhí)行指令的渠道以此來(lái)實(shí)現(xiàn)控制[2]。

在現(xiàn)狀角度上，當(dāng)前順序控制的形式主要可以分為集中順序控制、分散順序控制、混合順序控制。這三種方式均存在差異性，為了分別其優(yōu)劣本文將在下文進(jìn)行逐一分析。

（1）集中順序控制變電站控制系統(tǒng)。集中順序控制變電站控制系統(tǒng)，主要由計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置程序、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信、處理裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于適用性較高，能夠在相對(duì)復(fù)雜的條件下，滿足順序控制的需求；而其缺點(diǎn)在于效率較低，當(dāng)運(yùn)作時(shí)該系統(tǒng)的命令執(zhí)行，需要遠(yuǎn)動(dòng)裝置與間隔層測(cè)控裝置協(xié)調(diào)才能完成，而這無(wú)疑延長(zhǎng)的執(zhí)行的路徑，進(jìn)而影響效率性。

（2）分散順序控制變電站控制系統(tǒng)。分散順序控制變電站控制系統(tǒng)，主要由間隔層的測(cè)控裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，當(dāng)系統(tǒng)接收到相應(yīng)的命令之后，將對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行判斷，生成一系列的電氣單元操作步驟，檢查上一步操作完成情況和下一步操作是否完成解鎖。分散順序控制變電站控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)較為明顯，即無(wú)需測(cè)控裝置以外的設(shè)備即可完成操作，并且具有較高的可靠性，但其缺點(diǎn)為使用范圍相對(duì)較小，所以分散順序控制變電站控制系統(tǒng)常見(jiàn)于110kV變電站當(dāng)中[3]。

（3）混合順序控制變電站控制系統(tǒng)。混合順序控制變電站控制系統(tǒng)，是結(jié)合上述兩種控制系統(tǒng)的技術(shù)體系，主要由遠(yuǎn)動(dòng)裝置與間隔層測(cè)控裝置構(gòu)建而成?；旌享樞蚩刂谱冸娬究刂葡到y(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于功能性較高，并且功能的獨(dú)立性較好，便于操作,而缺點(diǎn)則功能板塊較為分散，一方面不利于操作執(zhí)行，另一方面影響后續(xù)的維護(hù)工作。

結(jié)合現(xiàn)狀來(lái)看，大多數(shù)的220kV變電站主接線的結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，所以要對(duì)此進(jìn)行順序控制，也需要進(jìn)行相應(yīng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)，例如，倒母線操作設(shè)計(jì)，多臺(tái)主變并列或解列操作以及保護(hù)裝置的操作等，往往牽涉到多間隔操作。因此，針對(duì)220kV變電站，本文建議采用集中順序控制變電站控制系統(tǒng)，因此模式的復(fù)雜數(shù)據(jù)處理功能較強(qiáng)，可滿足應(yīng)用需求，并且此系統(tǒng)對(duì)于設(shè)備的需求較少，所以即使對(duì)其設(shè)備進(jìn)行改動(dòng)，也不會(huì)對(duì)整體運(yùn)行造成太大的影響，有助于系統(tǒng)穩(wěn)定性的增長(zhǎng)。

對(duì)于220kV智能變電站，一般由遠(yuǎn)方集控站發(fā)出順序控制的目的操作任務(wù)指令，電氣設(shè)備順序控制票（即不同電氣單元的順序控制具體內(nèi)容和步驟）保存在變電站側(cè)。順序控制執(zhí)行時(shí)，集控站操作人員在終端選擇控制目標(biāo)，之后終端將會(huì)對(duì)目標(biāo)當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行分析，以此提供給操作人員選項(xiàng)，再次選擇之后，即實(shí)現(xiàn)了傳輸策略的選定，最終經(jīng)過(guò)確認(rèn)即可發(fā)送指令到控制目標(biāo)，完成控制。在順序控制之下，可以避免控制信息不一致的現(xiàn)象，并降低了人工出錯(cuò)的問(wèn)題影響，對(duì)于系統(tǒng)本身而言，此舉具有較高的應(yīng)用價(jià)值，可提高運(yùn)作的可靠性以及實(shí)效性。

3 遠(yuǎn)程可視順控系統(tǒng)

3.1 需求分析

順控功能在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，存在以下問(wèn)題：（1）設(shè)備狀態(tài)返校信息單一；（2）設(shè)備視頻聯(lián)動(dòng)功能未起到實(shí)質(zhì)性的作用；（3）設(shè)備圖像清晰度受光線影響；（4）對(duì)于設(shè)備圖像狀態(tài)缺乏智能分析功能；（5）視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像頭數(shù)量多、布點(diǎn)接線復(fù)雜，影響設(shè)備運(yùn)行，甚至在嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)檢修人員人身安全造成一定威脅[4]。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

由智能變電站遠(yuǎn)程可視化順控系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖（如圖1）可知：在結(jié)構(gòu)當(dāng)中主要包括了網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)、軌道攝像機(jī)、控制主機(jī)、視頻處理單元、多維可視監(jiān)控綜合主機(jī)、磁盤(pán)陣列、圖像智能分析服務(wù)器等硬件設(shè)備，下文對(duì)設(shè)備運(yùn)行流程進(jìn)行闡述。

首先，通過(guò)高清攝像機(jī)、軌道式攝像機(jī)、角位移傳感器等設(shè)備獲取一、二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息并進(jìn)行圖像識(shí)別分析后將圖像及狀態(tài)判斷信息上傳至站端監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)在進(jìn)行順序控制操作過(guò)程中獲取圖像識(shí)別信息參與操作過(guò)程中的邏輯判斷；與此同時(shí)，畫(huà)面自動(dòng)切換至被操作設(shè)備，由于圖像識(shí)別信息原理有別于電氣位置信號(hào)，因此提高了順序控制操作的可靠性。

圖1 變電站順控系統(tǒng)邏輯

3.3 遠(yuǎn)程可視化順控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 視頻技術(shù)及微距攝像頭技術(shù)

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)高清攝像頭的應(yīng)用，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)部電氣設(shè)備的檢測(cè)，以此來(lái)為控制提供依據(jù)。例如，在刀閘刀口的位置安裝網(wǎng)絡(luò)高清攝像頭，即可實(shí)現(xiàn)直接的可視監(jiān)控。在表計(jì)前加裝微距工作攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)表計(jì)自身可視化，微距工作攝像機(jī)采用無(wú)線傳輸模式，減少攝像機(jī)電纜數(shù)量，減輕現(xiàn)場(chǎng)施工工作量。系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，能夠近距離獲取儀表外觀圖片，并通過(guò)圖片特征識(shí)別算法，智能讀出儀表讀數(shù)。

3.3.2 角位移傳感器

刀閘合閘到位監(jiān)測(cè)裝置，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)包括角位移傳感器和數(shù)據(jù)處理裝置。角位移傳感器包括轉(zhuǎn)動(dòng)部件和固定部件，其中，固定部件主要分為兩個(gè)形式，即外殼與隔離開(kāi)關(guān)連接、轉(zhuǎn)動(dòng)部件與隔離開(kāi)關(guān)軸端連接。此外，數(shù)據(jù)處理裝置方面主要有比較處理單元、信號(hào)接收單元、基準(zhǔn)單元等。

當(dāng)隔離開(kāi)關(guān)在合閘時(shí)，角位移傳感器因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)部件的旋轉(zhuǎn)而在傳感器固定部件的線圈上產(chǎn)生4～20mA電流信號(hào)，信號(hào)隨著轉(zhuǎn)動(dòng)的角度增大而增大并發(fā)送給數(shù)據(jù)處理裝置。信號(hào)接收單元接收到該電流信號(hào)后，將在判別之后對(duì)進(jìn)行處理，之后以信號(hào)的形式將處理結(jié)果傳輸至比較處理單元，當(dāng)比較處理單元接受到信號(hào)之后，將會(huì)把結(jié)果與基準(zhǔn)單元的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)確認(rèn)合閘的正確性，并通過(guò)通信傳送單元發(fā)送確認(rèn)信號(hào)到上位機(jī)，如果不在基準(zhǔn)信號(hào)范圍內(nèi)，則說(shuō)明合閘不到位并發(fā)送合閘失敗信號(hào)。上位機(jī)中已有了一維監(jiān)控即基于輔助接點(diǎn)的開(kāi)關(guān)量，而角度感應(yīng)量的監(jiān)控判斷作為第二維監(jiān)控，只有二者均判斷為合閘到位，才能確認(rèn)合閘成功。

3.3.3 圖像智能分析技術(shù)

首先對(duì)配置儀表的初始參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以此形成標(biāo)準(zhǔn)值，在此基礎(chǔ)上，可采用分析表對(duì)圖像中的位置進(jìn)行判斷，以此得出當(dāng)前儀表的讀數(shù)，如果讀數(shù)大于報(bào)警值，系統(tǒng)則會(huì)觸發(fā)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。圖像智能分析技術(shù)的實(shí)施步驟為：首先根據(jù)初始數(shù)據(jù)信息對(duì)儀表的表盤(pán)刻度計(jì)算出橢圓度。再將表盤(pán)區(qū)域的圖像規(guī)范化，并得到規(guī)范后的RGB圖、灰度圖。

3.3.4 視頻圖像傳輸

遠(yuǎn)程可視化智能圖像監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備與集控中心，是相互串聯(lián)的兩個(gè)環(huán)節(jié)，串聯(lián)渠道在于視頻圖像傳輸系統(tǒng)，在此串聯(lián)關(guān)系之下，即可形成圖像信息的交互應(yīng)用。視頻圖像傳輸系統(tǒng)的作用，首先，能夠?qū)崿F(xiàn)前端設(shè)備信息傳輸至終端系統(tǒng)的功能，其次，實(shí)現(xiàn)終端的控制指令傳輸?shù)角岸嗽O(shè)備，由其解碼下發(fā)，即實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化智能圖像監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備與集控中心的雙向互聯(lián)。在最新的傳輸技術(shù)概念之下，傳輸功能的實(shí)現(xiàn)主要可以依靠信號(hào)格式轉(zhuǎn)換技術(shù)以及傳輸設(shè)備，通過(guò)現(xiàn)有的通信傳輸路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸功能，也可借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代發(fā)展之下，社會(huì)對(duì)于電能的需求逐漸增長(zhǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行的要求更高，不但要注重提高電能供給，還需避免電網(wǎng)運(yùn)行的故障現(xiàn)象。因此，建立穩(wěn)定性高、安全性高的電網(wǎng)控制系統(tǒng)十分重要，但要實(shí)現(xiàn)此目的，就必須重視智能化的應(yīng)用，其除了要求智能化的一次設(shè)備和自動(dòng)化的二次系統(tǒng)以外，還需要建設(shè)功能完善的遠(yuǎn)程可視化操作系統(tǒng)。本文為實(shí)現(xiàn)此目的，結(jié)合了江蘇省220kV及以下變電站現(xiàn)狀進(jìn)行分析，在其變電站基礎(chǔ)上進(jìn)行了遠(yuǎn)程可視化操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。