變電站輔助控制系統的發展與應用＊

陳 可，趙 艷，施柳宇，徐文扣，徐宇飛，李正杰

（南京工程學院 電力工程學院，江蘇 南京211167）

隨著能源革命和數字革命的融合發展，國家電網總公司提出了“三型兩網，世界一流”的戰略目標，打造泛在電力物聯網，進一步推進智能電網的建設，智能變電站是其中重要的一環。為了保證變電站安全穩定的運行，基本都安裝了環境監測、視頻監控等輔助系統，但是，如今的智能電網的發展在全世界還處于起步階段，有些技術尚未完全成熟，作為智能電網不可或缺的一部分，變電站輔助控制系統正是實現電網智能化和電網監控的重要手段之一。

傳統的變電站通常以人工巡檢的方式為主，這種方式不確定性大，耗時耗力。如今，變電站數量以及電網業務迅速增加，傳統的人工巡檢的工作效率愈發低下，并且經濟效益較低。為保障電網的正常運行及變電站正常的工作，變電站如今配備了大量的監控設備，但是這些系統大多數為模塊化的小型單元，獨立并且分散，難以以少量的人工來關注、維護、理解系統內的信息。因此，變電站輔助控制系統應運而生，由此實現了無人值守及電網監控的智能化，大大減少了人員的配置，提高電網的經濟效益及運行的穩定性。

隨著計算機網絡技術以及通信技術的快速發展，如今的變電站輔助控制系統的基礎是高可靠的智能設備，對變電站視頻監控、照明、消防報警、設備狀態監控、空調控制、集中排水控制、周界防范和采暖控制等功能的實現提供在線監測和可靠控制，并遠程傳到監控中心或調度中心。這為變電站的可靠穩定運行提供了技術保障，從而解決了變電站安全運營的“在控”“可控”的問題，進而滿足了變電站無人值守的要求。

1 變電站輔助控制系統的特點及現狀

1.1 變電站輔助控制系統的特點

1．1．1 高可靠性

變電站輔助控制系統的設計正是為了給整個電力系統的安全運行提供基礎的保障，所以無論從功能的設計上還是運行維護上，都具有較高的可靠性。系統具有承擔高負荷運行的壓力，在容錯上能較好地保證讀數的準確，冗余控制機制也保證了系統準確的控制。此外，系統還擁有較好的抗干擾能力，對于一些電磁信號和偶發的干擾，系統能夠實現自動屏蔽、降噪和適應，以此減少外界干擾對系統運行穩定性的影響。

1．1．2 高智能化

變電站輔助控制系統采用智能采集、智能分析和智能控制等智能手段，實現整個系統的高智能化。同時智能排查和修復在系統運行的穩定性上也起著至關重要的作用。因此，系統的高智能化可以說是整個系統的核心，目前在設計和研究上也在朝進一步的智能化方向努力。

1．1．3 高效性

系統的高效性主要體現在兩個方面：①人員的高效性。變電站輔助控制系統智能化的特性可實現“無人值守”，大大減少了人員的參與，因此節省了人力物力，實現了較高的經濟效益。②性能的高效性。由于系統采用自動處理數據，少了許多人為因素的干擾，執行效率大大提高，系統采用數據采集、處理與集中控制的一體化，使得系統間的協調也具有高效性。

1.2 變電站輔助控制系統的現狀

變電站輔助控制系統在設計上為變電站穩定性提供了比較有效的保障，但是就目前而言，變電站輔助控制系統還存在著一些不足的地方。

1．2．1 技術標準不統一

在現有的變電站輔助控制系統中，由于生產的設備來自不同廠家，存在型號和標準不統一的現象，因此設備可能出現軟硬件不兼容的情況，以及技術標準和功能規范上的誤差。這樣就難以以一個統一的標準作出整體的管理，因此給變電站輔助控制系統運行的穩定性帶來極大的影響。

1．2．2 功能單一且相互獨立

目前，變電站輔助控制系統的功能還比較單一，僅能實現部分數據采集和遠程控制之類的簡單功能。對系統運行的安全性檢測和異常情況報錯之類的功能尚未成熟，容易出現誤報、漏報的情況。與此同時，功能之間相對還比較獨立，難以實現信息共享，實現統一的管理和處理。這導致了安全性的降低以及管理成本的提高。

1．2．3 自動化程度不高

盡管變電站輔助控制系統實現了無人值守，大大減少了人工的參與，但是系統仍然需要人員的管理，這就存在自動化程度不高的現象。尤其是數據采集子系統和控制系統之間的脫節，導致無法實現智能調節和自動控制的功能。部分功能需要人工手動控制，這樣使得管理以及協調遠不能滿足變電站自動化系統的要求。

2 變電站輔助控制系統結構功能及應用

2.1 變電站輔助控制系統的大體結構與主要功能

輔助控制系統主要由視頻監控子系統、照明子系統、消防報警子系統及其他輔助控制系統組成。

2．1．1 視頻監控子系統

視頻監控子系統主要由視頻采集、傳輸以及處理構成。視頻信號采集系統包括變電站內的攝像設備，能夠對站內圖像進行采集。采集到的圖像數據經過壓縮后，通過線纜與光纖，傳輸至視頻信號處理系統。

系統主要可以實現以下功能：①圖像監視及錄像。能夠完整地觀看變電站主要區域設備的情況并存儲視頻，以便未來調用。②與其他系統進行聯動。系統自動記錄每條報警事件，并彈出視頻窗口，提示調度人員觀察。③智能分析。當安全警戒被闖入時，相應攝像跟蹤拍攝目標。

2．1．2 照明子系統

照明系統可以與監控系統聯動，并在近程、遠程兩方面進行控制。這樣能節約電能，降低變電站運行使用的費用，提高燈具使用壽命。

系統可以實現以下功能：①照明系統可以進行故障報警。當變電站中的設備發生故障，指示燈會亮起或熄滅，并且照明系統進行工作有助于監控人員快速排查故障。②夜間自動照明。與視頻監控系統聯動，為視頻系統能更好地捕捉對象進行光線補償。③節約電能。在正常情況下，燈處于關閉狀態，能降低變電站運行成本。

2．1．3 消防報警子系統

變電站的正常運行是極為重要的，一旦發生火災損失較為嚴重。因此，消防報警系統通過監控系統與照明系統的聯動，使消防人員了解火情，并迅速控制火情。

主要可實現以下功能：①遠程控制監測。當變電站設備溫度超過警戒或煙塵顆粒超過警戒時，系統自動彈跳出報警界面，使監控人員及時作出反應。②火災報警聯動跟蹤。當發生火災時，通過與視頻監控系統、照明系統的聯動，迅速發出報警信號并跟蹤火情。

2．1．4 設備狀態監控子系統

設備狀態監控子系統應具有數據采集和處理的功能，與視頻監控系統相配合，檢測設備狀態。

系統主要可以采集以下數據與狀態信息：①模擬量采集：I、U、P、Q、F、cosφ等。②狀態量采集：斷路器位置狀態、隔離開關位置狀態、繼電保護動作狀態、同期檢測狀態等。③脈沖量采集：脈沖量是電能表輸出的一種反映電能流量的脈沖信號。

同時，當設備出現嚴重故障時，視頻監控子系統可將攝像機直接調向故障位置，實施全紀錄監控，從而保障系統信息的完整保存，并且自動提醒操作人員設備已發生故障，同時系統平臺顯示發生故障的具體設備和地點。

2．1．5 空調控制子系統

空調子系統為工業產品生產過程或工業工藝設備的可靠運行提供環境溫度、濕度、潔凈度保障。同時可依據現場環境狀態信息，對空調系統實施遠程智能監控，具體如下：①設定時間點與溫度點自動開啟或關閉空調；②當故障發生時，采取故障聯動控制，并發出警告；③系統可遠程調節空調的制冷、制熱、送風控制、溫度調節、除濕等各項功能。

2．1．6 集中排水控制子系統

運行人員通過該控制系統對工業廢水凈化和排放進行監控管理，減少了各子系統常規控制室的設置，達到了減員增效和降低發電成本的目的。

系統主要可以實現以下功能：①監測功能。實現對水倉水位、水泵軸溫、電機軸溫、電機定子溫度、壓力、負壓、流量、電機電壓、電流、功率、水泵運行效率等參數的實時監測。②控制功能。第一，現場控制：調度員在現場直接通過現場設備上的指示燈及數據對機組進行直接控制，實現檢修維護設備。第二，遠程集控：調度員在遠程終端控制，通過計算機上的控制軟件，遠程實現對于水泵機組的控制。第三，全自動控制：由集中排水控制系統直接全自動控制調度水泵機組，通過水位等參數完成排水控制功能。③保護功能。在設備出現故障時，能自動停止系統的運行，并能檢測出系統故障的類型。④報警功能。發生故障時能向總系統發出警報，由調度員進行統一處理。

2．1．7 周界防范子系統

周界防范系統主要通過設置在變電站的邊界或圍墻上，通過視頻監控、紅外線探測等技術實現對周圍區域的掃描。一旦有非法用戶進入區域，就能實現對變電站的保護。周界防范系統主要由兩個部分組成：①探測器。探測器工作在變電站區域邊界，對進入或靠近邊界人員的一種檢測，形成變電站的一道警戒線。②防盜報警系統。防盜報警系統是從探測器探測到異常情況，統一傳輸給防盜警報系統，提醒工作人員進行進一步的應對和處理。

2．1．8 采暖控制子系統

采暖系統可以采集發電產生的余溫，向用戶室內供給相應的熱量，運用智能系統對采暖系統進行控制，可以產生很大的節能效果，取得較大的經濟效益與社會效益。同時，智能系統控制還可對電暖氣進行遠程監控和故障告警聯動的優化控制。

2.2 輔助系統的網絡連接

圖1 為變電站控制系統通信網絡的拓撲結構，圖2 為變電站控制系統通信網絡的協議體系結構。

圖1 變電站通信網絡的拓撲結構

圖2 IEC 61850 協議的體系結構

變電站控制系統的通信通過有線與無線兩種方式進行信息傳輸，遵循電力系統的遠動無縫通信傳輸協議（IEC61850 協議），現行協議大多基于TCP/IP 協議，采用套接字SOCKET 等技術實現。

3 前景展望和技術創新

3.1 技術的優越化

在信息技術不斷發展情況下，有望通過遠程控制實現與調度主站的數據模型一致，從而實現調度主站端在線遠程維護，減少主站端的工作量，提高變電站運行的工作效率。

3.2 系統的安全化

各種模塊間通過建模的方式可以使傳輸更加安全可靠及穩定。未來通信技術與其他技術不斷發展，變電站主站端所獲得的信息將會越來越準確及快速。

3.3 實現技術標準的智能檢測、統籌處理

在新興技術的發展下，變電站輔助控制系統有望通過智能化、準確化分析設備的型號、種類，合理分配系統性的處理方案，實現技術標準的智能檢測與統籌處理相結合，來解決設備出現軟件、硬件不兼容的問題，使設備更好地與變電站輔助控制系統融合，使得變電站更加可靠、智能、高效，從而提高整個電網的高度自動化管理，保證電力系統的安全運行。

3.4 實現以AI 智能化為主、人為監控為輔的綜合應用

變電站輔助控制系統通過AI 智能化技術的運用和推廣，能夠使傳統意義上的單一檢測控制得到大幅轉變，進而提升輔助控制技術的整體進步，實現以AI 智能化輔助控制為主、人為監控為輔的跨越式發展。

4 結束語

近年來，新型專業智能電網正跨越式發展著，而變電站輔助控制系統的應用，便于電網調度人員遠程監控變電站內的一次、二次設備，從而提高了電力系統的經濟運行和安全管理，保障了變電站的穩定運行，是電力行業提高勞動生產率、增加效益的有效途徑。

變電站輔助控制系統，利用其主要的數據采集及集中控制，正逐漸實現測控一體化。我們不難看出，輔助控制系統歷經多個時代的發展正在走向成熟。雖然在技術標準的智能檢測、統籌處理以及AI 智能化應用等方面仍存在許多技術難題，但毫無疑問的是，變電站輔助控制系統具有相當廣闊的發展空間，將會成為電力系統行業應用中的重要組成部分。