首批智能变电站试点项目—金华芝堰变智能化辅助系统设计方案

　　项目介绍

　　作为国家电网公司重点科技工程项目之一，金华500千伏芝堰变于2009年被确定为全网唯一一座智能化升级改造的500千伏变电站。升级改造内容主要包括：一次设备智能化和在线监测、信息一体化平台的构建、运行维护智能化、高级应用开发、辅助系统智能化改造五项重点内容。笔者任职企业作为辅助系统的提供商，参与并完成了各相关辅助系统的高度集成，并与其他系统进行了有机整合，从而形成了一套完整的变电站智能化辅助系统，为变电站降低运维成本、优化资源配置、提升运行指标提供了重要保障。该项目具有以下典型意义。

　　数字化程度最高的500千伏智能型数字化变电站

　　500千伏芝堰变工程于2008年9月10日开工建设，2009年7月9日投产，总投资2.37亿元;是目前国内数字化技术应用程度最深、实施范围最广、保护数字化程度最高的500千伏智能型数字化变电站。

　　唯一一座智能化升级改造的500千伏变电站

　　芝堰变于2009年被确定为全网唯一一座智能化升级改造的500千伏变电站。它的智能试点项目，必将为国网统一坚强智能电网建设积累宝贵经验，并发挥积极的示范效应。

　　诸多技术为国内首次应用

　　作为国家电网公司2009年科技项目之一，金华500千伏芝堰变全站按照IEC61850规约标准建设，而基于此标准的数字化智能变电站是今后地区电网新建和改造工程的发展方向。同时，作为国家电网第一座实施智能化升级改造的500千伏变电站，芝堰变诸多技术为国内首次应用，如：首次采用智能终端并就地安装以大大节省控制及信号电缆;首次在全所500千伏、220千伏继电保护上采用GOOSE技术传输实时保护信号;芝堰变还实现了后台程序化操作，提升了操作的速度及安全性。芝堰变的数字化程度和应用程度在全国处于较高水准，对数字化智能变电站的建设起到了示范作用。


 

　　系统概述

　　辅助智能化系统作为芝堰变智能变电站升级改造的重要支撑部分，承担着为变电站日常安全、可靠运维保驾护航的重任。系统主要包括环境监测系统、安全防范系统、消防报警系统、门禁系统、照明系统、空调系统等相关辅助子系统。

 
　　同大多数变电站一样，在升级改造之前，芝堰变的众多辅助子系统多是独立运行，通过不同通道上传数据，甚至每套系统都配有独立的管理人员。这些各自独立的系统很难做到多系统的综合监控、集中管理，在无形中降低了系统的高效性，增加了系统管理和运维成本。此次升级改造的重要目标之一就是最大限度的挖掘现有辅助系统的潜力，最大程度的节约成本、提高系统效率。

　　解决方案通过以智能视频综合监控系统为核心，完成了对环境监测系统、安全防范系统、消防报警系统、门禁系统、照明系统、空调系统、给排水系统的高度集成。除了强调各个子系统之间的信息共享和信息互动之外，智能化辅助系统还在多个维度与其他系统进行整合：纵向上负责与上级统一信息平台的信息交互，横向上负责与变电站自动化系统(SCADA系统，如图1)的信息交互、行为互动，随时满足智能变电站建设对辅助系统提出的新需求。

　　图1辅助智能化系统与变电站自动化系统

　　建成的系统充分体现了系统之间的信息共享和信息互动，并对相关环节实现了智能化管理，为变电站降低运维成本、优化资源配置、提升运行指标提供了重要保障。

　　系统组成

　　智能化辅助系统包含子系统如图2。系统建设将以智能视频综合监控系统为核心，实现各子系统间的信息共享，从而实现辅助子系统之间的互动，以及辅助系统与自动化系统之间的互动。

　　图2智能视频综合监控子系统构成

　　智能视频综合监控子系统

　　从智能变电站的整个建设系统来看，智能视频综合监控子系统在智能辅助系统中起着承上启下的作用，和其它子系统以及SCADA系统紧密联系，从而与变电站自动化系统构成了一个有机整体。系统主要功能包括：通过视频监控结合安全防范子系统，保护智能变电站设备的安全;通过视频监控结合远程和本地人员操作经验的优势，避免误操作;通过智能视频分析功能，完成对监视对象状态的判断，为远程操作开关、刀闸等对象提供辅助的判断信息;通过视频监控、灯光联动、环境监测监视现场设备的运行状况，起到预警和保护作用;配合其它子系统完成视频联动和视频互动。

　　其他子系统

　　环境监测子系统：环境监测包括温度采集、湿度采集、水浸采集等，温湿度通过电流信号、水浸通过开关量信号将数据上送至智能视频综合监控系统，完成实时环境数据监测及OSD视频叠加，越限可以联动声光报警、短信报警、启动相应子系统(温湿度关联空调系统、水浸关联给排水系统)等预案，同时将数据转发上传至统一信息平台。

　　消防报警子系统：消防报警子系统自成系统进行闭环控制，当产生火警信号时，消防系统启动自动灭火装置或火灾隔离措施，同时把信号上传至智能视频综合监控系统。视频监控系统接收到火警信息后，相应采取一系列措施，如调用相应预置位、视频监控系统中弹出视频窗口、联动声光报警、短信报警等，并把火警信号转发上传至统一信息平台。

　　安全防范子系统变电站安全防范子系统包括电子围栏、红外双鉴、红外对射、震动传感器、门禁等系统，负责变电站周界防范与设备的安全防范。主要功能包括：对围墙、大门、窗户进行监视和入侵探测，防止非法侵入，以保障变电站周边环境的安全;对变电站全站进行监控，及时发现入侵事件，保障变电站空间范围内的建筑、设备的安全;各种探测器可以方便的布防、撤防，并可按时间自动投入或自动撤防。

　　当出现非法闯入后，入侵信号通过开关量信号上传至智能视频综合监控系统，然后调用相应预置位、视频监控系统中弹出视频窗口、联动声光报警、短信报警，并把入侵信号转发上传至统一信息平台。

　　门禁子系统：门禁系统作为一种新型现代化安全管理系统，集自动识别技术和现代安全管理措施为一体。而网络化门禁系统的应用将大大提高智能变电站的实时监控能力、出入权限管理能力、数据自动存储能力，以及问题的分析水平，助力变电站降低运维成本、提高运维效率。

　　本项目中，通过门禁监控主机对各通道口的通行对象及通行时间等，进行实时控制或设定程序控制。系统自动识别智能卡上的身份信息和门禁权限信息，持卡人只有在规定的时间和在有权限的门禁点刷卡后，门禁点才能自动开门放行;当忘记关门时，还能发出报警信号。当有人刷卡时，相应信号上送至智能视频综合监控系统，通过联动视频录像的可视化管理，进一步加强对出入的管理。

 
　　控制子系统：控制子系统(照明系统、空调系统、给排水系统)根据事件(如入侵报警、消防报警、温湿度报警、水浸报警)自动对站内设备进行开启和关闭操作，用户也可在统一信息平台及智能视频综合监控系统中控制设备的开启和关闭。

　　系统功能

　　智能化辅助系统的目的并不是取代传统变电站中已经存在的各个子系统，而是集成各个子系统的信息，实现实时视频监视、智能视频分析、信息采集汇总、远程控制、智能联动等功能。从而使智能化变电站的信息更加完整，功能更加完善，变电运行更加安全。智能化辅助系统主要功能如下。

　　实时视频监视

　　通过视频监视可以实时了解变电站内设备的信息，确定主变运行状态，以及断路器、隔离开关、接地刀闸等的分/合闸状态，确定刀闸接触情况是否良好。视频监视的范围还包括变电站户外设备场地和主要设备间(包括主控室、高压室、安全工具室等)，基于此，监控中心能了解监控场地内的一切情况。

　　智能视频分析

　　采用基于背景建模和目标追踪技术的智能视频分析(IVS)技术，不仅能进行穿越警戒线、进入/离开入侵区域等行为 分析，还能完成对监视对象状态变位的判断，为远程操作开关、刀闸等对象提供辅助的判断信息。

　　信息采集汇总

　　变电站的稳定运行离不开站内设备的安全运行。由于变电站所处的地理位置(多为山区或远郊)，自然条件因素如高温、雷雨、冰雪、台风天气等，导致设备的事故发生率特别高，同时设备周边的环境状况也对设备的运行有影响。监控人员若要全面地掌握变电站的运行状况，需实时对温度、湿度、风力、水浸等环境信息进行采集、处理和上传，生成曲线和报表，以方便开展实时监控、历史查询以及统计分析工作。

　　通过视频监控结合消防报警、安全防范系统，可以对防火、防盗等情况进行实时监控，保护变电站人员、设备的安全。

　　远程控制

　　监控人员在监控中心通过客户端和浏览器可对变电站的任一摄像机进行控制，实现遥控云台的上/下/左/右和镜头的变倍/聚焦，并对摄像机的预置位和巡航进行设置控制;在电子地图上即可实现对门禁、照明、空调和给排水系统的开启控制。

 
　　智能联动

　　智能视频综合监控系统可以对各子系统进行关联：比如当安全防范、消防报警设备被触发时，有预置功能的摄像机能自动转到预置点，按需设置联动录像功能;同时，预设的报警能弹出窗口，并配合电子地图显示;当水浸监测到电缆沟高液位时，能自动启动给排水系统;当温湿度越限时，能自动启动空调系统。条件允许的话，可以与电力SCADA进行互联，操作时可以联动相应位置的摄像机，对整个操作工程进行全程管控。

　　系统特点

　　高清视频监控技术的应用

　　本项目中采用了大量的高清网络摄像机。相比传统的标清视频监控，高清视频在变电站中具有明显的技术和应用优势：图像清晰度更高，对变电站的一些重要监控点的监视如重要仪表，采用高清摄像机可以获取高清晰度的监控画面，能更清楚地呈现仪表读数;高清监控技术的采用，使监控场景覆盖范围更广，减少了单位面积监控点的数量，可以提高变电站监控系统的效能，减少设备投入;提升智能应用水平，通过高清摄像机获取的众多细节，可大大提高智能视频分析的精度，有利于图像识别和智能视频分析的应用。

　　SCADA系统联动视频及设备状态智能分析技术的应用

　　变电站SCADA系统在系统下发遥控命令，或者在非遥控操作所产生遥信变位时，通过隔离装置使用61850-MMS进行通讯，将相关断路器、刀闸信息传送至智能变电站辅助系统。辅助系统即调用此次动作设备周围的多个摄像机的预置点，自动将摄像机对准到相关设备，实现相关多角度视频信息的实时监控，便于工作人员对设备变位结果进行确认，避免了去现场确认的环节。

　　由于变电站环境特殊，因此芝堰变此次智能化升级还开创性地引进了智能机器人对变电站进行自动巡检。以智能巡检机器人为核心，配合固定监测点，建立覆盖全站的变电站智能巡视系统，也成为此次项目的重要特征之一。

　　作为智能巡检机器人的有效补充，智能视频综合监控系统还采用了智能分析技术，自动对设备变位后状态进行确认，可以辨别出一次设备的实际状态。当进行程序化操作时，若智能分析技术判断出需要检查一次设备的状态时，系统即会给机器人发出控制命令，由机器人自动行驶到相应的设备附近进行相关的工作。因SCADA系统可以联动设备周围多个摄像机的预置点，经过多路智能分析判断后得出结果，可以有效提高分析的准确性，大大提高倒闸效率并保证了切换质量，从而解除了程序化操作中的人为干预，实现一键式顺序控制。

　　自动化巡检技术的应用

　　针对重要设备的巡检，通过把多个摄像机的不同预置点都添加到序列中，配置成巡航路线，自动在各个需要巡检的设备上显示图像和停留。也可一次性将变电站所有设备需监控的点位添加，完成对变电站设备情况的巡检。

　　自动化巡检支持暂停功能，当发现某个点异常时，可以停留仔细察看，确认无误后可以继续巡检其他监控点。重要区域(主变等)的巡检采用了智能分析和移动侦测技术，对需要监控的区域设置触发条件，按需设置穿越警戒面检测、进入离开入侵区域检测等，当在布防状态下，一旦触发就能联动相应报警。

　　自动化巡检功能的使用，使巡检人员无需去现场就能对全站重要设备进行巡检，可以有效提高巡检效率并避免漏检现象;当出现工作人员误跑“间隔”时，监控工作人员能及时提醒，避免人力的浪费，很好地实现了项目升级所制定的“节约成本、提高系统效率”的目标。