智能变电站的安防系统设计

文｜西北电力设计院 蔡利敏 王 勇 汤 俊

1 引言

智能变电站是智能电网建设的重要节点之一，其主要作用就是为智能电网提供标准的、可靠的节点（包含一、二次设备和系统）支撑，其稳定可靠的运行关系到千家万户和工、矿企业生产单位的能源供应，是工、农业正常生产和城镇居民正常生活的保证。

随着智能变电站无人值守管理模式的推广，主站端正逐步对各变电站实施远程管理，从而更有力的提高效率。然而，在2008年奥运期间，西安某大型的变电站中曾出现过非法翻越变电站围墙，窜入设备区偷盗电力设备，发生电击，使入侵人员烧伤并造成设备损坏和大面积停电的事故，给电网安全、自身安全以及财产安全造成了巨大的威胁，并给电力企业带来了负面影响。

2 智能变电站的特点

变电站是电力输送控制的核心环节。变电站电压等级越高，供电范围就越大，地位就越重要。现代化的智能变电站站点分散，无人值守或较少人值守，而有形围墙阻挡性较弱，入侵者较容易攀爬进入，存在安全隐患。一旦发生事故，对人身和财产将造成极大危害，因此，其周界防范要求等级高。

智能变电站采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，建立在统一通信平台基础上，通过智能一次设备、二次设备的网络化连接和信息的数字化传输，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能和各种高级应用功能。站内设备的稳定性、可靠性和抗电磁波干扰强度要求高。因此，智能变电站的安防系统要求设备一定要保证能在强电磁干扰情况下正常工作，自身还不能发出超强的干扰，以免干扰变电设备的正常运行。要求安防设备具备不间断供电系统，在变电站停电的情况下使该设备也能正常工作。要求安防设备应能够防火和防潮，保证设备能在最坏情况下的正常工作。并且，要求保证安防设备能够把报警信号、图像和声音等信息实时准确的传送至监控中心或运维中心。

3 安防系统的组成

对于智能变电站的安防系统设计应坚持将入侵者阻绝于安防区域之外（或延缓侵入时间），并采用多防线、不同技术手段组成周界防范系统的理念。智能变电站的安防系统应具备报警（及时发现）、阻挡（延缓进入）、威慑（不敢进入）、复核与取证、报警与监视、照明的联动。

智能变电站的安防系统包括前端、后端和传输三部分组成。前端是智能报警主机、图像监控、硬盘录像、电子围栏系统等；后端是设在电力公司的调度中心或变电站运维中心的图像监控系统；传输采用电力系统通信综合数据网（或专线通道）传输至主站系统。

3.1 电子围栏系统

电子围栏系统是一种周界安防产品，相比高压电网、红外对射等产品，具有安全、可靠、智能化程度高、误报率低、安装方便、操作简单等众多优点。金属线上悬挂的警示牌具有威慑功能，强行突破将使主机发出报警信号。电子网采用低能量、低频率的脉冲，不会造成生命伤害，而且基本不受天气的影响，在恶劣环境下仍能正常工作。电子围栏系统可以与远程视频监控系统实现联动，接入监控网络。

3.1.1 系统对于智能变电站的适用性

智能变电站的周界防范采用电子围栏系统，主要是基于其威慑力的考虑。首先，电子围栏每隔一段距离就挂一块警示牌，具有明显的警告标识。其次，电子围栏间隔约160mm为金属裸线，外观似电网，触碰时有电击，从而给予企图入侵者以震慑力。用于变电站的产品要求安全、可靠、抗干扰能力强、误报率低。

此外，在变电站的围墙或其他醒目位置可安装声光报警器，电子围栏系统脉冲主机具有多种报警的输出接口，可以直接连接现场的声光报警器和警卫室/值班室等，当入侵者受到电击后仍然执意要翻越电子围栏时，系统的报警显示——声光报警器突然启动，足以令入侵者因害怕发现而自动退离，从而有效防范入侵破坏，且其人身也不会受到任何伤害。

3.1.2 系统组成

电子围栏系统主要由脉冲主机、前端围栏以及报警信号的传输三部分组成。脉冲主机产生脉冲信号供给前端围栏，从而探测入侵者并发出报警信号。前端围栏应具有抗高压、抗污、抗氧化、耐腐蚀等功能，由支撑杆、高强度耐压绝缘子、合金导线、高压绝缘线、线收紧器、线连接器、避雷器、警示牌等部件组成。

智能变电站周界的前端围栏要求具有抗高压、抗污、抗氧化、耐腐蚀等功能，该设备由支撑杆、高强度耐压绝缘子、报警铝镁合金导线、高压绝缘线、线收紧器、线连接器、避雷器、警示牌等部件组成。前端围栏的安装可根据现场的情况采用立杆或壁挂形式，采用钢架对其进行支撑。设置高度及角度可根据现场情况做出灵活更改，其通电电压的高低可根据天气、环保、用户需要做出灵活调整。

3.2 图像监控系统

图像监控系统采用先进的计算机技术和数字图像压缩技术，集视音频矩阵切换、报警、多画面处理、硬盘录像等于一体，将智能站内图像单元进行收集和数字化压缩，再通过电力通信综合数据网将这些数据传输至主站图像监控系统，从而实现变电站的远程监视与控制，包括远程实时图像的设置、显示、存储和打印；远程摄像机的云台控制和设置；远程报警前、后图像的存储，调用和处理；多个远程点图像的轮流显示以及远程点的双向音频监控等。

3.2.1 站内图像监控设备

智能变电站内主控室、主变、开关、刀闸、以及各级屋外配电装置等重要设备通常采用可变方向及距离的图像监控设备，对重要仪器仪表采用特写放大镜头。智能站周边、前区以及大门可配置固定方向及距离的图像监控设备。在专用通信值班室、独立用电室、独立装有感烟探头的蓄电池室、大型枢纽站专用通信蓄电池室、层高≥1.8m并装有感烟探头的电缆夹层，可以根据需要选配图像监控设备。

由于各变电站规模、电压等级、变电站形式(室内、室外)的不同，外围监控设备的类型、构成和组织结构，尤其是摄像点的布置和摄像机的类型数量差异较大，总体上以满足图像监控基本目标和要求为原则，按照《广电集团电力远程图像监控系统技术标准》进行配置。

对于室内变电站需要考虑摄像设备的防尘、防腐、防锈、散热条件。对于室外变电站需要考虑摄像设备对各种环境和气候变化的适应（加温降温、防雨除霜、通风防尘以及雨刷等功能，并有远动功能）。对高低温环境条件特别恶劣的摄像点，应采用具备高低温防护能力和雨刮器的防护罩以保护摄像设备。

3.2.2 图像监控主站系统

图像监控主站系统应配置安装有专用管理软件和存储软件的服务器以及显示终端，以实现对所有辖区内变电站的远程监控。服务器负责用户和设备的管理，能够实现分级权限控制，数据流转发，集中存储和资料查询点播功能，支持B/S和C/S体系结构，并能够提供多种控制权限。

系统通过网络可实时观看任意摄像头，支持同屏多路实时监看，可全屏模式显示，并且实现一幅主画面和多个副画面同屏显示，也可以设定多个轮巡组对前端监控点进行轮巡监看。能远程控制摄像机的动作，包括云台转动角度（上下和左右方向）、摄像机焦距、景深、亮度等调整。当变电站发生突发事件或入侵报警时，可以实现灯光、视频、报警联动，打开报警区域的灯光、摄像机自动到达预置点，并进行录像。

3.3 远程传输系统

对于智能变电站安防系统的远程传输可以根据不同的站址环境选择不同的方式进行。对于存在布线困难的可以采用无线传输的方式，例如环境恶劣且不方便安装网络的地方即可采用有线加Wi-Fi无线方式进行视频图像的传输，既节约了成本也能达到系统的要求。对于布有光纤网络的则可以采用有线传输方式。例如地理条件优越的或是重点监控对象，需要进行实时监控，就可以选择通过网络进行视频图像的传输，以适应监控的需求。

鉴于目前电力通信综合数据网建设已日趋成熟，其覆盖范围广泛，涵盖了绝大多数变电站以及调度中心。随着越来越多无人/少人值守的智能变电站的建设，其作为各级主站端图像监控系统的重点监控对象，建议采用该电力通信综合数据网络进行视频图像的传输。对于信息网络还未覆盖的运维主站，则可以采用N×2M专线通道进行数据的传输。

此外，可将监控网络单独划为一个VLAN子网，只通过FE或GE与中心交换机或路由器建立连接，这样，变电站内的设备运行信息可直接进入电力单位的MIS网络，即将图像、语音、报警信息送到MIS系统，使得MIS上的被赋予权限的工作台式电脑都可获得图像、报警等信息而无需额外建设投资。

4 结束语

随着计算机技术、通信技术和管理技术系统理论的不断发展，变电站安全防护系统也将随之提高和完善。变电站安全防护系统通过现有的电力通信网对所属变电站实现远程实时图像监控、远程故障和意外情况告警接收处理，对于保障变电站的安全可靠运行具有重要的意义。