智能化铺助系统在智能变电站的应用

　
　　随着智能电网建设的推进，智能变电站已成为重要组成部分，而智能变电站的可靠运行离不开智能化辅助系统的支撑。文章以金华电业局500kV芝堰变智能化辅助系统为例，着重介绍了变电站实际应用中的系统组成、功能及特点，以期变电站辅助系统的智能化，为智能变电站的普及奠定基础。

　　随着智能电网建设的推进，变电站作为电网中的基础节点，智能变电站是智能电网中一个不可缺少的内容，也是智能电网的重要组成部分。国家电网公司统一坚持智能电网发展战略按研究试点、全面建设、完善提高三个步骤进行实施。2009年8月至2011年12月为规划试点阶段，国家电网公司启动了首批9座智能化变电站试点工程，金华电业局500kV芝堰变作为唯一一座500kV升级改造变电站入选。芝堰变此次智能化升级改造内容主要包括：一次设备智能化和在线监测、统一信息平台构建、运行维护智能化、辅助系统智能化改造。智能化辅助系统已成为智能变电站的重要支撑部分，使变电站运行维护更为安全、可靠。

　　智能化辅助系统

　　目前很多变电站的视频监控、环境监测、安全防范、消防报警、门禁等辅助子系统，大多还独立运行，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，很难做到多系统的综合监控、集中管理，无形中降低了系统的高效性，增加了系统的管理成本。如何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、提高效率系统，都是智能变电站建设中亟待解决的问题，智能化辅助系统恰好解决了这些问题。

　　通过以iVMS-8800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，从而形成了一套完整的智能化辅助系统。

　　智能视频综合监控系统承载于电力综合数据网，并不是独立的系统。

　　纵向上负责与地区级平台的信息交互，并通过网络把信息上传至MIS网，地区级平台及MIS网用户可以对站端系统进行监控，实时了解前端变电站的运行情况；站端系统的视音频、报警信息可上传供主站及MIS网用户查看调用。

　　横向上负责与统一信息平台、变电站自动化系统（SCADA系统）的信息交互、行为互动，满足智能变电站建设对辅助系统提出的新需求。智能变电站的特征是“全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化”，即网络通信体系基于IEC61850标准，目前统一信息平台与SCADA系统部署在信息I区，智能化辅助系统部署在信息III区，之间通过隔离装置使用61850-MMS进行通讯。

　　系统组成

　　智能化辅助系统包含如图1所含内容，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。

　　智能视频综合监控子系统

　　从智能变电站的整体系统来看，人们关心更多的是智能化辅助系统这个有机整体，视频监控系统在这个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，如图2。

　　主要功能如下：

　　 ● 通过视频监控结合安防系统，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，完成对监视对象的状态的判断，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。主要监控点如下：

　　● 变电站大门：监视进出变电站人员及车辆的情况，可配合门禁使用，用于刷卡人员或忘带卡人员的身份验证。

　　● 变电站围墙：对变电站周界进行防入侵监视，安防设备报警能联动视频。

　　● 变电站全景：全面了解变电站的现场情况，监视进出变电站、建筑物、设备场地的人员、车辆，监视设备场地的环境状况。

　　● 主变场地：监视变电站主变的外观状态、油位、档位、套管、瓷瓶、渗漏油、风扇状态等。

　　● 500kV场地：监视该区域断路器、隔离开关、接地刀闸的外观状态、分/合状态；监视该区域并联电抗、CT、PT、避雷器和瓷瓶等的外观状态。

　　● 220kV场地：监视该区域断路器、隔离开关、接地刀闸的外观状态、分/合状态；监视该区域CT、PT、避雷器和瓷瓶等的外观状态。

　　● 35kV场地：监视该区域断路器、隔离开关、接地刀闸的外观状态、分/合状态；监视该区域电容器、CT、PT、避雷器和瓷瓶等的外观状态。

　　● 高压室：监视变电站内高压室（所用变室）的环境情况，运行设备的外观状况。

　　● 室内重要区域：监视进出室内（主控室、主控楼继保室、就地继保室、通信室、蓄电池室）的人员情况及室内设备的外观状态。

　　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4-20mA电流信号、水浸通过开关量信号把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，同时把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，同时通过RS-232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，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，并把火警信号转发上传至统一信息平台。消防报警子系统与智能视频综合监控系统之间是单向联系，只发送信息，不接收信息。

　　安全防范子系统

　　变电站安全防范子系统包括：电子围栏、红外双监、红外对射、震动传感器、门禁等负责变电站周界防范与安全的设备组成。

　　主要功能如下：

　　● 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，保障变电站空间范围内的建筑、设备的安全，及时发现入侵；

　　● 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，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

　　门禁系统属于智能弱电系统中的一种安防系统，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。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和出入权限的管理能力、数据的自动存储、问题的分析的水平，提高运行维护的效率和大大降低成本。

　　门禁系统主要由门禁控制器、读卡器、电控锁、门磁和电锁电源等组成，通过安装在建筑物的主要出入口、设备机房等重要区域的通道口，从而实现对出入口的控制。

　　通过门禁监控主机，能够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。用智能卡代替钥匙开门，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允许进入；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，联动视频录像，通过可视化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，确定断路器、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，以上信息通过电力SCADA遥测、遥信功能都有采集，但没有视频监控清晰直观。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），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面、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，自然条件等因素影响着设备的安全运行，高温、雷雨、冰雪、台风天气设备的事故发生率特别高，同时设备周边的环境状况也能反映设备的运行状况。监控人员为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，方便实时监控、历史查询、统计分析。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应具有唯一性和权限性；在电子地图上对门禁、照明、空调和给排水系统的开启进行控制。

　　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：当安全防范、消防报警设备被触发时，有预置功能的摄像机还能自动转到预置点，按需设置联动录像功能；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：

　　芝堰变采用了大量网络高清摄像机。关于“高清”的定义，数字时代的模拟摄像机超过480线就宣称为高清，经数字编码后分辨率可以达到D1或4CIF；当网络摄像机出现后，分辨率满足720p才能称为高清。完整的高清方案需要前端、平台、传输、存储、浏览、显示等各环节都满足高清标准。

　　高清视频监控相比标清视频监控具有明显的技术和应用优势：

　　● 图像清晰度更高，在变电站的一些重要监控点（重要仪表的监视），应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，使场景覆盖范围更广，减少单位面积监控点的数量，可以提高监控效能，减少设备投资。

　　● 使细节更清晰，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、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。辅助系统调用此次动作设备周围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。

　　辅助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。SCADA系统可以联动设备周围多个摄像机的预置点，经过多路分析判断后得出结果，可以有效提高分析的准确性。由于机构问题，可能产生电机正确动作、节点已经到位，而动作刀闸没有完全到位的现象。

　　作为智能巡检机器人的有效补充，智能视频综合监控系统采用了智能分析技术，可以辨别出一次设备的实际状态，大大提高了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：

　　重要设备的巡检可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。可以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）的巡检可采用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，可按需设置穿越警戒面检测、进入离开入侵区域检测，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，监控人员能及时提醒。

　　结束语

　　智能化辅助系统在变电站内的实施和推广，对智能电网的全面普及具有极其深刻的意义。该系统有助于提高了劳动生产率、减少了人为误操作的可能、减轻了监控人员的工作量、增强了供电的可靠性。


 

作者单位：杭州海康威视数字技术股份有限公司