110 kV变电站智能运维系统研究与应用

郭祝帆，游 旺，江辉鸿，朱 颖，尚育晶 ，柯 丽，胡 滨

（1.深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000；2.珠海电力设计院有限公司，广东 珠海 519000；3.深圳供电规划设计院有限公司，广东 深圳 518054）

0 引 言

为贯彻落实中国南方电网有限责任公司《人工智能与业务发展深度融合专项规划》文件要求，在110 kV变电站运行过程中，应针对现场作业、设施运行、状态评价与监测等多方面开展智能化技术的应用与研究；针对深圳电网变电站运维存在的问题，结合110 kV变电站的特点，充分发挥智能化技术的有效性，提出110 kV变电站智能运维系统的应用研究方案，通过应用全国产化芯片服务器、5G摄像机、巡视机器人以及变电站程序化操作技术等缓解人工劳动压力，提升变电站运行安全性，实现各个运行流程的智能化、自动化，最终实现变电站智能运维系统化管理，实时收集分析变电站系统运行数据，提升设备监测的有效性，确保110 kV变电站运行的安全性、稳定性，在开展日常维护、设备检修、故障处理时能够提供参考依据[1]。

1 变电站运维管理中存在的主要问题

目前，110 kV变电站在运维管理工作主要的问题体现在设备操作方面。由于110 kV变电站中的设备种类多样，且不同设备的性能、要求以及运行状态也完全不同，因此在运行过程中必须要严格按照相关标准和规定执行调度命令。然而，当人工操作变压器或断路器等一些带电设备时，很容易发生安全事故，危险性相对较高。例如，当人员在切合空载变压器时会产生过电压，这不仅会损伤变压器的绝缘功能，而且会导致变压器空载电压持续上升，就会直接影响变压器的使用寿命。断路器一旦发生线路故障就会停止运行。母线倒闸时也具有一定的危险性，包括继电保护自动装置切换故障会出现误动现象[2]。

目前变电站中有很多的仪表、开关、指示灯，因设备的重要性，传统采取人工巡检，手工登记为主。依赖人工，巡检结果取决于员工个体的责任心、细致度，费时费力；仪表数量很多，手工登记信息化程度比较弱，设备监测盲区多，很难实现过程管理[3]。

2 变电站智能运维体系结构

本文所构建的变电站智能运维系统如图1所示。

图1 变电站智能运维系统

3 智能运维系统配置方案

图1所示智能运维系统基于110 kV变电站设备状态智能监测、智能巡视、智能操作、智能视频及环境监控及智能安防等，实现巡视无人化、操作自动化及运维少人化。

3.1 智能监测

按照《智能技术在生产技术领域应用路线方案》，坚持一次设备的“常态化”智能监测，推广技术成熟、现场实用的在线监测技术应用。融合站内各类设备在线监测、离线检测、运行工况、巡视维护以及移动终端等数据，并汇总卫星监测、气象、地质以及水文等环境信息和人员作业情况，实现站端设备、人员、环境以及作业项目全维度状态监测，及时掌握设备运行状态，实现站端设备的精益化管控，优化设备检修模式、有序推进状态检修技术应用。 智能监测具体要求如下文所述。

（1）每台主变配置1套变压器油色谱在线监测装置。

（2）10 kV大电流开关柜（主变变低+分段）配置测温光纤/声表面波在线监测装置。

（3）110 kV地理信息系统（Geographic Information System，GIS）配置1套局放在线监测装置。

（4）110 kVGIS室配置1套SF6报警监测装置。

（5）在线监测传感器的布置满足广覆盖、无死角、安全、可靠以及稳定的运行要求。

通过一次设备状态监测数据智能化分析，深化状态监测数据智能化分析应用，实现设备资产数据分析与状态关键参数提取，对设备健康状况进行全方位、多视角评价与风险预警，通过设备状态实时评价准确把握和反映设备运行状态，实现设备故障智能研判、准确定位与主动预警，提高设备运检效率与状态检修辅助决策能力。

3.2 智能巡视

利用巡视机器人开展变电设备巡视，利用新一代人工智能技术，配合视频系统、安防系统、环境系统以及针对生产设备运行参数检测的在线监测装置等，结合红外、紫外、可见光监测等感知装置采集设备数据及状态信息，利用深度学习、云计算与大数据分析技术全面开展变电设备态势感知分析，自动生成并推送巡视报告，实现设备自动化巡检、数据智能化处理，接入全网生产巡检数据集中管控平台。同时，实现变电站内全天候、全方位、全自主的智能巡视，大幅替代人工巡视，降低运维人员劳动强度[4]。

3.2.1 巡视机器人

（1）继电器及通信室、10 kV配电装置室、3个电容器室各配置1套户内挂轨机器人，共计5套。采用轨道吊装，具备远近拉伸功能，完成设备室监控。

（2）110 kV GIS室配置1套轮式巡视机器人。

3.2.2 红外双视摄像机

（1）主变区域：按台配置红外双视摄像机，每台主变配置1套，共3套；每台主变中性点刀闸配置1套白光云台摄像机，共3套。主要实现一次设备电流致热及电压致热监测。

（2）380 V低压配电室配置2套红外双视摄像机。

（3）摄像机具备光纤传输功能。

3.2.3 表计识别摄像机

110 kV GIS设备按间隔配置表计识别摄像机，避雷器泄露电流表、SF6密度表及开关动作次数表等按每个表计1个摄像机配置。对表计读数进行拍照并上传至状态监测子站。

3.3 智能操作

按照智能化、移动化、协同化发展方向，推进变电站程序化操作。开展设备运行环境、位置状态和风险管控自动识别技术研究应用，实现设备远方操作的操作步骤与自动识别结果的安全动态校核。该方法使智能化变电站真正实现无人值班，达到变电站“减员增效”的目的；同时通过顺控操作，减少或无需人工操作，最大限度地减少操作失误，缩短操作时间，提高变电站的智能程度和安全运行水平。

（1）站端顺控服务器1套，包括主机、显示屏、鼠标及键盘等，在综自系统中考虑。

（2）智能防误主机1套，包括主机、显示屏、鼠标及键盘等），在综自系统中考虑。

（3）程序化操作后台1套，包括正向隔离装置1台、反向隔离装置1台、纵向加密装置2台、后台软件及调试等。

（4）满足程序化操作需求，110 kV GIS各间隔刀闸电机电源空开应具备远程控制功能。

3.4 智能视频及环境监控

3.4.1 可见光摄像机

可见光摄像机的安装位置及数量如下。

（1）主控楼楼顶4个角各安装1台摄像机，共4台。

（2）围墙上支架安装5台球机。（3）变电站进站大门各安装1台球机，共2台。（4）主控楼靠公路侧大门5个门各安装1台固定摄像机，共计5台。

（5）主控楼靠站内侧大门6个门各安装1台固定摄像机，共6台。

（6）接地变、站用变共安装3台摄像机。

3.4.2 环境监测配套装置

（1）水浸传感器：10 kV电缆沟每条1个，共3个；110 kV电缆沟每条1个，共2个；10 kV高压室电缆层配2个。

（2）风速、光照、雨量传感器：主控楼楼项安装风速传感器1个；主控楼楼顶安装光照传感器1个；主控楼楼顶安装雨量传感器1个。

（3）温湿度控制器：#1-#2蓄电池室各配1个，共2个；继电器及通信室共2个；运维监控室1个；10 kV高压室2个；主变室每台1个，共3个。

温湿度控制器具备启停加热器功能。

3.4.3 空调控制器

每台空调配置1个。

3.5 智能网关设备

一体化智能终端箱，每1楼层配置1个，用于终端装置的统一供电和接入，含智能网关、数据转换模块、供电模块等。

3.6 生产指挥终端

引进变电站三维系统模型，利用机器人、视频监测、状态监测以及环境监测等数据完成变电站的统一监控、指挥、管理。接入站内所有智能运维终端数据，完成软件调试，提交入网安全测评报告，实现上线运行。

采用一体化机柜（800 mm×600 mm×2000 mm），全国产化设备，含服务器、人工智能（Artificial Intelligence，AI）计算模块、存储设备以及交换机等。

3.7 5G电力通信终端应用

落实南方电网5G研究应用总体工作部署，充分利用深圳地区5G技术快速发展的地缘优势及创新成果，应在站端一次设备在线监测、智能视频、环境监控、红外双视摄像机以及巡检机器人等核心业务场景应用5G通信终端，实现5G网络全覆盖[5]。

4 实施过程中需注意的问题

（1）基于智能巡维系统的技术要求较高，实施过程中，电气一次、土建专业需密切配合，完成前期的综合布线工作，且电气一次设备及现场均需预留智能运维监测终端设备的基础及安装位置，因此需尽早确定站端智能巡维系统的建设规模、配置形式，确保在一次设备的生产和土建施工图的设计阶段完成智能巡维设备的预留布点工作。

（2）由于智能巡维系统设备组成复杂，对供应商的集成及调试能力要求较高，应尽早开展智能巡维系统设备的专项招标工作，确定设备厂家，确保后续的工作如期完成。

5 结 论

综上，顺应智能化发展的大趋势、大背景，以“智能运维+智能调控”为功能特征，110 kV变电站通过智能运维系统建设，提升设备状态监视智能化水平，实现变电站系统信息的全面采集、分析和应用，为变电站系统的日常运维、异常处理、检修安排及事故分析提供技术手段和辅助决策依据，实现状态评估、态势感知、状态检修。进一步提升变电站作为电网基础运行单元的智能化水平，打造 “先行示范”效果明显的智能变电站标杆模式，以点带面，为智能电网发展、运维、管理、决策提供全面支撑。