浅谈变电站远程可视化顺序控制系统

王 莉

国网江苏省电力有限公司淮安供电分公司，江苏淮安 223000

1 现状及存在的问题

现江苏省220kV及以下变电站因具备“四遥”功能，基本都采用无人值班运行模式，在实际运行中，在调控中心一般仅进行断路器分合闸或重合闸等功能投退的遥控操作，大量的倒闸或停电操作仍需要人工来进行作业，而人工本身具有一定的不稳定性，容易出现工作上的失误，并且效率方面也较为低下。

随着现代技术的发展，自动化技术的范围以及可靠性都得以增长，因此可以采用自动化程序对变电站进行远程控制。程序化操作也称为顺序控制，在运作流程上，首先通过人工的操作，在后台上拟定之后发出，当程序接收到人工拟定的指令后，会依照指令与本身的控制逻辑路线对控制目标进行控制，初步实现远程变电站控制，并且为了实现智能化控制，程序还会对指令进行逻辑判断，即确认程序的可行性，并同时将指令执行的效果不断反馈，人工可以对此进行观测、调整。由此可见，通过这种方法的实施，使得人工不用介入实际的操作，因此避免了人工不稳定性的影响。但这种方式是在默认设备提供的电气量或开关量完全准确的前提下进行的，而受现有设备制造水平限制，电气接点信号存在错误的可能性，因此对设备的顺控操作存在一定的风险性，需要采取措施解决[1]。

2 各层级顺序控制方案

顺序控制即是依照变电站运作流程，受人工控制终端控制的变电站控制技术，在运作当中，其只接受人工从终端发送的命令，并在接受完成之后，会根据设备的动态变化，来对单项操作是否完成进行判定，当操作完成之后系统才会进行之后的命令。在控制系统进行工作时，针对每个控制目标的命令只能是单个指令，如果控制目标接收到多条命令，则会不执行并发“错误”告警。此外，在此控制当中如果存在执行障碍，那么程序将会自动依照当前状态，寻找可执行指令的渠道以此来实现控制[2]。

在现状角度上，当前顺序控制的形式主要可以分为集中顺序控制、分散顺序控制、混合顺序控制。这三种方式均存在差异性，为了分别其优劣本文将在下文进行逐一分析。

（1）集中顺序控制变电站控制系统。集中顺序控制变电站控制系统，主要由计算机监控装置程序、远程数据通信、处理装置来实现相应的功能。该系统的优点在于适用性较高，能够在相对复杂的条件下，满足顺序控制的需求；而其缺点在于效率较低，当运作时该系统的命令执行，需要远动装置与间隔层测控装置协调才能完成，而这无疑延长的执行的路径，进而影响效率性。

（2）分散顺序控制变电站控制系统。分散顺序控制变电站控制系统，主要由间隔层的测控装置来实现相应的功能，当系统接收到相应的命令之后，将对当前状态进行判断，生成一系列的电气单元操作步骤，检查上一步操作完成情况和下一步操作是否完成解锁。分散顺序控制变电站控制系统的优点较为明显，即无需测控装置以外的设备即可完成操作，并且具有较高的可靠性，但其缺点为使用范围相对较小，所以分散顺序控制变电站控制系统常见于110kV变电站当中[3]。

（3）混合顺序控制变电站控制系统。混合顺序控制变电站控制系统，是结合上述两种控制系统的技术体系，主要由远动装置与间隔层测控装置构建而成。混合顺序控制变电站控制系统的优点在于功能性较高，并且功能的独立性较好，便于操作,而缺点则功能板块较为分散，一方面不利于操作执行，另一方面影响后续的维护工作。

结合现状来看，大多数的220kV变电站主接线的结构都较为复杂，所以要对此进行顺序控制，也需要进行相应复杂的设计，例如，倒母线操作设计，多台主变并列或解列操作以及保护装置的操作等，往往牵涉到多间隔操作。因此，针对220kV变电站，本文建议采用集中顺序控制变电站控制系统，因此模式的复杂数据处理功能较强，可满足应用需求，并且此系统对于设备的需求较少，所以即使对其设备进行改动，也不会对整体运行造成太大的影响，有助于系统稳定性的增长。

对于220kV智能变电站，一般由远方集控站发出顺序控制的目的操作任务指令，电气设备顺序控制票（即不同电气单元的顺序控制具体内容和步骤）保存在变电站侧。顺序控制执行时，集控站操作人员在终端选择控制目标，之后终端将会对目标当前的状态进行分析，以此提供给操作人员选项，再次选择之后，即实现了传输策略的选定，最终经过确认即可发送指令到控制目标，完成控制。在顺序控制之下，可以避免控制信息不一致的现象，并降低了人工出错的问题影响，对于系统本身而言，此举具有较高的应用价值，可提高运作的可靠性以及实效性。

3 远程可视顺控系统

3.1 需求分析

顺控功能在实现的过程中，存在以下问题：（1）设备状态返校信息单一；（2）设备视频联动功能未起到实质性的作用；（3）设备图像清晰度受光线影响；（4）对于设备图像状态缺乏智能分析功能；（5）视频监控系统摄像头数量多、布点接线复杂，影响设备运行，甚至在严重时会对检修人员人身安全造成一定威胁[4]。

3.2 系统构成

由智能变电站远程可视化顺控系统逻辑结构图（如图1）可知：在结构当中主要包括了网络高清摄像机、轨道摄像机、控制主机、视频处理单元、多维可视监控综合主机、磁盘阵列、图像智能分析服务器等硬件设备，下文对设备运行流程进行阐述。

首先，通过高清摄像机、轨道式摄像机、角位移传感器等设备获取一、二次设备运行状态信息并进行图像识别分析后将图像及状态判断信息上传至站端监控系统，监控系统在进行顺序控制操作过程中获取图像识别信息参与操作过程中的逻辑判断；与此同时，画面自动切换至被操作设备，由于图像识别信息原理有别于电气位置信号，因此提高了顺序控制操作的可靠性。

图1 变电站顺控系统逻辑

3.3 远程可视化顺控系统关键技术

3.3.1 视频技术及微距摄像头技术

通过网络高清摄像头的应用，可有效实现对变电站内部电气设备的检测，以此来为控制提供依据。例如，在刀闸刀口的位置安装网络高清摄像头，即可实现直接的可视监控。在表计前加装微距工作摄像机，实现表计自身可视化，微距工作摄像机采用无线传输模式，减少摄像机电缆数量，减轻现场施工工作量。系统在此基础上，能够近距离获取仪表外观图片，并通过图片特征识别算法，智能读出仪表读数。

3.3.2 角位移传感器

刀闸合闸到位监测装置，其结构要点包括角位移传感器和数据处理装置。角位移传感器包括转动部件和固定部件，其中，固定部件主要分为两个形式，即外壳与隔离开关连接、转动部件与隔离开关轴端连接。此外，数据处理装置方面主要有比较处理单元、信号接收单元、基准单元等。

当隔离开关在合闸时，角位移传感器因为转动部件的旋转而在传感器固定部件的线圈上产生4～20mA电流信号，信号随着转动的角度增大而增大并发送给数据处理装置。信号接收单元接收到该电流信号后，将在判别之后对进行处理，之后以信号的形式将处理结果传输至比较处理单元，当比较处理单元接受到信号之后，将会把结果与基准单元的基准信号进行对比，以此来确认合闸的正确性，并通过通信传送单元发送确认信号到上位机，如果不在基准信号范围内，则说明合闸不到位并发送合闸失败信号。上位机中已有了一维监控即基于辅助接点的开关量，而角度感应量的监控判断作为第二维监控，只有二者均判断为合闸到位，才能确认合闸成功。

3.3.3 图像智能分析技术

首先对配置仪表的初始参数进行设置，以此形成标准值，在此基础上，可采用分析表对图像中的位置进行判断，以此得出当前仪表的读数，如果读数大于报警值，系统则会触发自动报警系统。图像智能分析技术的实施步骤为：首先根据初始数据信息对仪表的表盘刻度计算出椭圆度。再将表盘区域的图像规范化，并得到规范后的RGB图、灰度图。

3.3.4 视频图像传输

远程可视化智能图像监控系统前端设备与集控中心，是相互串联的两个环节，串联渠道在于视频图像传输系统，在此串联关系之下，即可形成图像信息的交互应用。视频图像传输系统的作用，首先，能够实现前端设备信息传输至终端系统的功能，其次，实现终端的控制指令传输到前端设备，由其解码下发，即实现远程可视化智能图像监控系统前端设备与集控中心的双向互联。在最新的传输技术概念之下，传输功能的实现主要可以依靠信号格式转换技术以及传输设备，通过现有的通信传输路径来实现传输功能，也可借助计算机网络技术来实现。

4 结语

在现代发展之下，社会对于电能的需求逐渐增长，导致电网运行的要求更高，不但要注重提高电能供给，还需避免电网运行的故障现象。因此，建立稳定性高、安全性高的电网控制系统十分重要，但要实现此目的，就必须重视智能化的应用，其除了要求智能化的一次设备和自动化的二次系统以外，还需要建设功能完善的远程可视化操作系统。本文为实现此目的，结合了江苏省220kV及以下变电站现状进行分析，在其变电站基础上进行了远程可视化操作系统的设计。