智慧變電站全面監(jiān)控系統(tǒng)技術分析

顧明遠

（國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

近年來，隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，變電站設備規(guī)模不斷擴大，運維要求不斷提高，當前運維管理模式與設備快速增長的矛盾日益凸顯。為滿足電力系統(tǒng)中運維管理中心對變電站中各類設備的多元化管理需求，需部署一套設備全面輔助監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不同業(yè)務應用的監(jiān)控點網(wǎng)絡互聯(lián)互通、信息資源共享、應用功能完備，滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)全局化、整體化的發(fā)展需求。智慧變電站技術是在智能變電站技術基礎上的不斷創(chuàng)新和變革，其融合了人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新技術，對變電站環(huán)境量、物理量、狀態(tài)量及電氣量進行全面采集[1]。

1 系統(tǒng)拓撲

1.1 聯(lián)網(wǎng)模式

智慧變電站輔助設備全面監(jiān)控系統(tǒng)由站內在線監(jiān)測、視頻監(jiān)控、巡檢機器人、環(huán)境監(jiān)測、消防及照明控制等子系統(tǒng)組成，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與聯(lián)動、運行監(jiān)視等功能。輔助設備監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控系統(tǒng)主機、工作站、巡檢機器人主機及視頻主機等主要設備，監(jiān)控主機部署在安全Ⅱ區(qū)，視頻主機部署在安全Ⅳ區(qū)，Ⅱ區(qū)部分通過調度數(shù)據(jù)網(wǎng)實現(xiàn)信息交互，Ⅵ區(qū)通過綜合數(shù)據(jù)實現(xiàn)信息交互。

智慧變電站輔助設備全面監(jiān)控系統(tǒng)承載于電力綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)，用于前端與中心之間的通信。前端系統(tǒng)的遙視、遙測、遙信數(shù)據(jù)可上傳至中心，供坐席監(jiān)控人員調用查看，并實現(xiàn)遠程遙控。

地市調控中心部署有監(jiān)控平臺的服務端及客戶端，可管理地市所有變電站的設備，接收由前端上報的設備和環(huán)境信息。地市調控中心的軟件平臺能夠與SCADA事務服務器通信，實現(xiàn)調度自動化系統(tǒng)的可視化操作復核。根據(jù)電網(wǎng)公司的管理模式，變電站的運維工作由各運維站承擔，因此在各運維站將部署坐席工作站。各坐席工作站按區(qū)域進行授權，滿足坐席監(jiān)控人員對所轄區(qū)域現(xiàn)場圖像、環(huán)境及設備工況信息查看、設備遙控的需求。

1.2 單站模式

在單站模式下，平臺服務器及工作站和前端系統(tǒng)將部署在同個變電站，一般會部署在運維站，應用功能和聯(lián)網(wǎng)模式?jīng)]有區(qū)別，最大差別在于生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)動。

方式一：通過軟報文方式實現(xiàn)一鍵順控反饋。通過正向隔離裝置，通信服務器將接收順控主機的信號。通過反向隔離裝置，通信服務器將反饋一鍵順控過程中分合閘位置分析結果給順控主機。通過硬節(jié)點方式實現(xiàn)一鍵順控反饋。

方式二：通過正向隔離裝置，管理服務器將接收順控主機的信號。一鍵順控過程中分合閘位置分析結果的反饋，管理服務器輸出分析結果，通過動環(huán)監(jiān)控報警主機，經(jīng)繼電器模塊和測控裝置，最后反饋至順控主機。

2 系統(tǒng)功能

智慧變電站全面監(jiān)控輔助系統(tǒng)功能多樣性，應包含優(yōu)化運維監(jiān)控所需的各類便捷功能，主要功能應包括但不限于實時視頻監(jiān)控、視頻存儲回放、視頻分析、紅外線測溫、門禁人臉比對、門禁可視對講、環(huán)境在線監(jiān)測、現(xiàn)場智能聯(lián)動、消防數(shù)據(jù)遠傳、設備遠程巡檢、生產(chǎn)業(yè)務聯(lián)動、告警管理、遠程維護、系統(tǒng)對時及系統(tǒng)管理等功能。

2.1 實時視頻監(jiān)控

實時視頻監(jiān)控主要對象為攝像機和視頻處理單元，能夠實時獲取監(jiān)控區(qū)域內清晰的監(jiān)控圖像，各種類型的攝像機（云臺、球機、卡片機等）可以滿足各類監(jiān)控區(qū)域的需求。視頻監(jiān)控信息包括1/4/9/16多畫面的預覽方式，支持多角度抓拍、多畫面監(jiān)控、變倍控制及視頻內容有無違規(guī)分析等。

2.2 視頻存儲回放

變電站內各類巡檢監(jiān)控設備的音視頻信息能夠實時存儲，監(jiān)控系統(tǒng)應采用成熟的穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫，存儲時間應≥90天，運行日志存儲應≥1年，支持中心平臺按需進行錄像檢索，并通過流轉發(fā)方式回放或下載指定時間的錄像。

2.3 視頻分析功能

支持對設備狀態(tài)分析、人員行為分析、環(huán)境狀態(tài)分析以及視頻質量診斷。

2.4 紅外在線測溫

紅外在線測溫包括在線監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測等，可通過紅外的方式檢測一次設備（變電器、GIS斷路器、避雷器等）運行狀況，監(jiān)測環(huán)境變化對設備的影響，一旦發(fā)現(xiàn)紅外圖像出現(xiàn)異常，輔助全面監(jiān)控系統(tǒng)及時發(fā)出報警信號，同時保存歷史數(shù)據(jù)，以便調閱分析。

2.5 門禁人臉比對

人臉識別一體機內置人臉庫，當識別出是在庫人員，聯(lián)動電鎖開啟。

2.6 門禁可視對講

不在庫人員或未被識別人員可通過人臉識別一體機內置的可視對講呼叫運維班值班人員，出示工作票和工作證并經(jīng)過驗證后，會通過運維班值班人員遠程開啟門禁。

2.7 環(huán)境在線監(jiān)測

通過各類傳感器可以實現(xiàn)室內外溫濕度、風機、空調、水浸等對象的監(jiān)控，可以實現(xiàn)風速、風向、雨量、溫濕度、水位、空調控制及水泵控制等功能需求。通過動環(huán)規(guī)轉主機收集信息轉發(fā)至全面監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)生成曲線和報表，以便實時監(jiān)控，能夠在環(huán)境出現(xiàn)異常時及時發(fā)出告警信號聯(lián)動處理。

2.8 現(xiàn)場智能聯(lián)動

全面監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)主輔設備之間的聯(lián)動、輔助設備之間子系統(tǒng)的聯(lián)動。主輔設備聯(lián)動即為對一次設備的遙控指令能夠根據(jù)操作命令選擇相應的視頻信息預覽，能夠對一次設備的異常變位選擇相應的視頻信息預覽并同步錄像。輔助設備之間子系統(tǒng)的聯(lián)動有：當有安全防范入侵系統(tǒng)時能夠自動打開警防區(qū)的燈光照明聯(lián)動視頻監(jiān)控，彈出視頻監(jiān)控預覽窗口并同步錄像；能夠與消防之間實現(xiàn)聯(lián)動，聯(lián)動消防照明，啟動聲光報警，支持空調、風機的開啟與關閉等功能。

2.9 設備遠程巡檢

輔助系統(tǒng)全面監(jiān)控系統(tǒng)包括視頻監(jiān)控，通過提前部署的視頻信息或巡檢機器人可實現(xiàn)自動巡檢代替人工的預案。部署之前先制定各類站內巡檢的方案，制定巡檢要求。巡檢過程中記錄存儲并分析巡檢結果，對存在嚴重安全隱患的及時出發(fā)提醒。巡檢結束能夠輸出巡檢分析報告。

2.10 生產(chǎn)業(yè)務聯(lián)動

通過通信服務器對接后，當遙控操作或設備故障時，輔助設備全面監(jiān)控系統(tǒng)將收到生產(chǎn)系統(tǒng)（調度自動化系統(tǒng)、站端順控主機）發(fā)送的信號，聯(lián)動相關監(jiān)控點的預置點實現(xiàn)抓圖上傳，實現(xiàn)可視化運行管理。

2.11 告警管理功能

中心平臺接收變電站前端系統(tǒng)的信號，能夠形成告警事件，并支持告警信息儲存管理；支持處理多事件多點告警，告警信息不得丟失和誤報。

2.12 系統(tǒng)對時功能

全面監(jiān)控系統(tǒng)應支持主流對時方式對時，時鐘源應采用變電站統(tǒng)一的時間同步系統(tǒng)，輔助設備監(jiān)控主機采用簡單網(wǎng)絡時間協(xié)議（Simple Network Time Protocol，SNTP）方式，網(wǎng)關機、巡檢主機、采集模塊等采用IRIG-B或簡單網(wǎng)絡時間協(xié)議。

2.13 系統(tǒng)管理功能

全面監(jiān)控系統(tǒng)管理應支持用戶及權限的管理，支持告警等級分類與提示方式設置，支持聯(lián)動策略配置，支持視頻錄像、數(shù)據(jù)日志等存儲與備份。

3 核心應用

3.1 設備溫度監(jiān)控

變電站原有設備紅外測溫方式，基本采用便攜式紅外測溫儀，由運維人員以人工巡檢方式進行，由于使用中的不便和方法中存在缺陷，無法滿足變電站全面監(jiān)控系統(tǒng)實時性、安全性、可靠性和易用性等方面日益增長的需求。

采用紅外在線測溫方式，能夠實現(xiàn)設備自動巡檢、異常報警及溫度分析等功能，提高運行人員對設備缺陷識別能力和預見性。溫度預警后，運維人員能及時采取相應的措施，用減少負荷或改變系統(tǒng)運行方式等手段，確保設備運行的安全。

3.2 設備遠程巡檢

設備遠程巡檢應用主要根據(jù)變電站巡檢規(guī)程，配置巡檢類型，結合視頻能力對站內的電氣設備按計劃進行人工以及智能巡檢。人工巡檢是指人工按順序對電氣設備下的巡檢點位通過人工抓圖、錄像、巡檢記錄等方式進行巡檢。智能巡檢是指進行自動抓圖并對配有智能分析項的進行智能分析，最終人工進行確認的一套流程。

3.3 可視生產(chǎn)復核

當平臺通過通信服務器與SCADA事務服務器（調度自動化系統(tǒng)）、順控主機（一鍵順控系統(tǒng)），可視生產(chǎn)復核主要應用如下。

在船員管理過程中，不管是在編船員還是外包船員都應該一視同仁，平等對待，強化以人為本的管理理念，一方面增強對他們的尊重和信任，包括尊重人格、勞動權益、確保獲得知情權、參與權等；另一方面船舶管理部門突出服務意識，強化服務功能，多組織慰問活動，尤其在重大節(jié)日和航標集中保養(yǎng)期間，工會部門多下基層，到船舶送慰問品，增強他們對單位的認同感和歸屬感。

以220 kV場地一個線路間隔為例，主要包括母線側隔離開關（俗稱母線刀閘，分正母刀閘、付母刀閘）、斷路器（俗稱開關）、線路側隔離開關（俗稱線路刀閘）等帶電設備，如圖1所示。

圖1 變電站220 kV典型線路間隔示意圖

合閘操作可遙控操作，首先合上正母刀閘或者付母刀閘，其次合上線路刀閘，最后合上開關。

分閘操作可遙控操作，首先斷開開關，其次斷開線路刀閘，最后斷開正母刀閘或者付母刀閘。

開關中的SF6氣體具有滅弧功能，使開關能夠帶電分合。

合上開關是在合閘操作最后一步執(zhí)行，斷開開關是在分閘操作第一步執(zhí)行。

當執(zhí)行遠方遙控操作時，生產(chǎn)系統(tǒng)對某設備發(fā)出遙控指令后，系統(tǒng)自動顯示該設備的所有現(xiàn)場圖像信息，以及該設備所在區(qū)域的工業(yè)環(huán)境信息。操作人員通過查看視頻預覽信息可以確認一次設備真實狀態(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)三確認，確保了操作的準備性、可靠性和安全性。

3.4 設備跳閘視頻復核

當某條線路出現(xiàn)故障時，開關跳閘由合位到分位，故障信息通過事件報文上送至生產(chǎn)系統(tǒng)（EMS系統(tǒng)/SCADA系統(tǒng)），系統(tǒng)自動彈出故障設備的所有圖像信息以及該設備所在區(qū)域的工業(yè)環(huán)境信息，存儲錄像以便查看分析。

3.5 遙信變位智能分析

3.6 一鍵順控服務

一鍵順控操作和傳統(tǒng)人工倒閘操作相比較，除了節(jié)約操作人時，還能節(jié)省交通成本、降低交通風險。一鍵順控服務將輸出圖像智能分析結果信號作為一鍵順控操作的輔助判據(jù)，基于可視生產(chǎn)復核而優(yōu)于可視生產(chǎn)復核[2]。

4 系統(tǒng)特點

4.1 智慧物聯(lián)

本方案應用以視頻為核心的物聯(lián)網(wǎng)技術，通過智能攝像機、紅外熱成像、非視頻傳感器，綜合采集變電站內的人員行為、設備溫度及工況、環(huán)境狀態(tài)，實時在線連接站內的“人、機、環(huán)”，實現(xiàn)泛在物聯(lián)[3]。

4.2 邊緣智理

變電站實現(xiàn)了泛在物聯(lián)，部署有智能攝像機、紅外熱成像、人臉識別一體機及各類非視頻傳感器。

視頻監(jiān)控類設備具備智能感知功能，能夠在設備端實現(xiàn)安全帽檢測、防誤跑間隔檢測、吸煙檢測，并通過外接音柱報警或內置聲光報警，提醒現(xiàn)場人員及時停止違章行為。人臉識別一體機具備人臉比對功能，比對成功能夠聯(lián)動開門。

非視頻傳感器主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，依托動環(huán)監(jiān)控報警主機，實現(xiàn)觸發(fā)報警、閥值越限報警，除了聯(lián)動打開對應的攝像機畫面、切換預置位、抓拍、錄像，還能聯(lián)動對應的智能設備啟動，調節(jié)站內運行環(huán)境，確保電氣設備穩(wěn)定運行。在突發(fā)情況下，即使與調控中心通信中斷，也能實現(xiàn)站內的邊緣智理。

4.3 物信融合

物信融合是電力物聯(lián)網(wǎng)與電力數(shù)據(jù)信息網(wǎng)的全面融合，其根本在于數(shù)據(jù)的打通和共用。過去大數(shù)據(jù)呈現(xiàn)大多采用平面方式，近年來企業(yè)會優(yōu)先選擇三維地圖呈現(xiàn)方式，但三維地圖操作體驗不佳且后期擴容還需建模。通過AR實景畫面作為呈現(xiàn)底圖，真實感強，通過標簽點擊展開各類關聯(lián)數(shù)據(jù)，為運維管理提供多維數(shù)據(jù)支撐[4]。AR全景視圖應用實現(xiàn)秒級切換，操作便捷，即學即會，當發(fā)生突發(fā)事件時，大大提高了響應速度。AR全景視圖應用實現(xiàn)了物信融合，助力運維站全局監(jiān)控，滿足現(xiàn)代化運維管理要求，提高了管理水平和工作效率。

5 結 論

智慧站全面監(jiān)控技術，能夠為電網(wǎng)用戶“提質增效、安全生產(chǎn)”提供堅強的技術保障，助力電力物聯(lián)網(wǎng)建設[5]。建立功能完善的變電站輔助設備監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)輔助設備在運維班、地市公司遠程遙控、報警遠方確認、信號遠方復位，減少運檢人員往返現(xiàn)場時間，提高工作效率，降低運維成本，提升變電站輔助設備監(jiān)控規(guī)范化、智能化水平。變電站輔助設備監(jiān)控系統(tǒng)作為配套建設，提供視頻監(jiān)控、安全防護、環(huán)境監(jiān)測、輔助控制等功能，使變電站的運行更為安全、可靠，已成為變電站信息化建設的重要支撐部分。