智能化辅助系统在智能变电站的应用

钱新建，汪卫国，张永生

（金华电业局，浙江 金华 321017）

智能变电站是智能电网的重要组成部分。国家电网公司统一坚强智能电网发展战略按研究试点、全面建设、完善提高3个步骤实施。2009年8月—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500 kV芝堰变电站作为唯一一座500 kV升级改造变电站入选。芝堰变电站智能化升级改造的主要内容包括：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。其中，智能化辅助系统已成为智能变电站的重要支撑部分，它的投运将使变电站运行维护更为安全、可靠。

1 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。如何最大限度地挖掘现有辅助系统的潜力，最大程度地节约成本、提高效率，是智能变电站建设中亟待解决的问题。智能化辅助系统正是解决这些问题的有效途径。

芝堰变电站采用iVMS-8800智能视频综合监控系统，并以此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、空调系统的集成，构成了变电站的智能化辅助系统。

智能化辅助系统纵向负责与上级统一信息平台的信息交互，横向负责与变电站自动化系统（SCADA系统）的信息交互和互动，以满足智能变电站对辅助系统的新需求。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IEC 61850标准。目前智能化辅助系统与统一信息平台都部署在信息Ⅲ区，与SCADA系统通过隔离装置利用61850-MMS进行通讯。因辅助子系统数量较多，各类数据通过智能视频综合监控系统汇总后，利用61850规约转换器进行各系统间的信息交互。

2 系统组成

智能化辅助系统包含图1所示内容，以智能视频综合监控子系统为核心，实现辅助子系统之间的信息共享以及辅助系统与自动化系统之间的信息交互。

图1 智能化辅助系统的构成

2.1 智能视频综合监控子系统

在智能变电站中，智能化辅助系统是一个有机整体，而视频监控系统在辅助系统中起着承上启下的作用，与其它子系统以及SCADA系统的联系十分紧密。

2.1.1 视频综合监控子系统的主要功能

（1）通过视频监控结合安防系统，保护智能变电站设备的安全。

（2）通过视频监控，结合远程和本地操作人员的经验，利用智能视频分析功能完成对监视对象的状态判断，为远程操作提供辅助的判断信息。

（3）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。

（4）配合其它子系统完成视频联动和互动。

2.1.2 视频监控系统的主要监控点

（1）变电站大门：监视进出变电站的人员及车辆情况，可配合门禁使用，用于刷卡人员或忘带卡人员的身份验证。

（2）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。

（3）变电站全景：全面监控变电站的现场情况，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。

（4）主变压器场地：监视主变压器的外观、油位、档位、套管、瓷瓶、渗漏油、风扇等状态。

（5）500 kV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、TA、TV、避雷器和瓷瓶等设备的外观状态。

（6）220 kV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TA、TV、避雷器和瓷瓶等设备的外观状态。

（7）35 kV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、避雷器、瓷瓶、TA和TV等设备的外观状态。

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

（9）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。

2.2 其他子系统

2.2.1 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4～20 mA电流信号、水浸通过开关量信号将数据上传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，同时将数据转发至统一信息平台。

2.2.2 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将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，视频监控系统自动弹出视频窗口、联动声光报警、短信报警，并将火警信号转发至统一信息平台。消防报警子系统与智能视频综合监控系统之间单向联系，只发送信息，不接收信息。

2.2.3 安全防范子系统

变电站安全防范子系统由电子围栏、红外双监、红外对射、震动传感器、门禁等设备组成，其主要功能如下：

（1）对围墙、大门、窗户进行监视和入侵探测，防止非法侵入，保障变电站周边环境的安全。

（2）对变电站全站进行监控，及时发现入侵，保障变电站空间范围内的建筑、设备的安全。

（3）各种探测器可以方便布防、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、视频监控系统自动弹出视频窗口、联动声光报警、短信报警，并将入侵信号上传至统一信息平台。

2.2.4 门禁子系统

门禁子系统属于智能弱电系统中的安防系统，是一种新型的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于一体。网络化门禁系统的应用大大提高了智能变电站的实时监控能力、出入权限的管理能力、数据自动存储和问题分析的水平，提高运行维护效率，降低成本。

门禁子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，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，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有权限的门禁点刷卡，门禁点才会自动开门放行；当忘记关门时，系统将发出报警信号。

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，通过可视化功能进一步加强出入管理。

2.2.5 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，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。

3 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项子系统，而是集成各子系统的信息，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，运行更加安全。

3.1 实时视频监视

通过视频监视实时了解变电站内设备的信息，确定主变压器运行状态，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。虽然这些信息已通过SCADA遥测、遥信功能进行采集，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），使监控中心能了解监控场地内的一切情况。

3.2 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，不仅能对穿越警戒面、进入或离开入侵区域等行为进行分析，还能对监视设备的状态变位进行判断，为远程操作开关、刀闸等设备提供辅助的判断信息。

3.3 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，而自然条件等因素将影响设备的安全运行，高温、雷雨、冰雪、台风天气时，设备事故的发生率特别高，因此监控人员需要实时掌握温度、湿度、风力、水浸等环境信息，通过采集、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，保护变电站人员和设备的安全。

3.4 远程控制

监控人员通过客户端和浏览器可对变电站任一摄像机进行控制，实现遥控云台的动作和镜头的变倍/聚焦，对摄像机预置位和巡航进行的设置控制具有唯一性和权限性；可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。

3.5 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。条件允许时，可以与SCADA互联，操作时可以联动相应位置的摄像机，对整个操作过程进行全程管控。

4 系统特点

4.1 应用高清视频监控技术

芝堰变电站采用了大量网络高清摄像机，分辨率达720线。完整的高清方案需要前端、平台、传输、存储、显示等环节均满足高清标准。

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：

（1）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），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。

（2）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。

（3）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。

4.2 应用SCADA系统联动视频及设备状态智能分析技术

在变电站SCADA系统下发遥控命令或非遥控操作产生遥信变位时，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。辅助系统调用动作设备周围的多个摄像机预置点，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。

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。

4.3 应用自动化巡检技术

通过多个摄像机的不同预置点将重要设备的巡检添加到序列中，配置成巡航路线，自动显示需要巡检设备的图像并停留。可以一次性将变电站所有设备需监控的点位添加完成，实现变电站的设备自动巡检。自动化巡检支持暂停功能，当发现某个点异常时，可以停留供人工仔细察看，确认无误后再继续巡检其他监控点。重要区域（如主变压器等）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，按需设置穿越警戒面检测、进入/离开入侵区域检测，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，有效提高了巡检效率，避免漏检；当工作人员误跑间隔时，监控人员也能及时提醒。

5 结语

智能化辅助系统在变电站的实施和推广，对智能电网建设具有重要意义。系统投运后有效提高了劳动生产率，减少了人为误操作的可能，减轻了监控人员的工作量，使智能电网的运行更安全可靠。

[1]刘振亚.加快建设坚强国家电网促进中国能源可持续发展[J].中国电力，2006，39（9）:23-27.

[2]周明，任建文，李庚银，等.基于多智能体的电网调度操作票指导系统研究与实现[J].中国电机工程学报，2004，24（4）:25-32.

[3]谢开，刘永奇，朱治中，等.面向未来的智能电网[J].中国电力，2008，41（6）:44-48.

[4]漆逢吉.通信电源[M].北京:北京邮电大学出版社.2004.

[5]周明，林静怀，杨桂钟，等.新型智能电网调度操作票自动生成与管理系统[J].电力系统自动化，2004，28（11）:22-25.