智能化时代新型数字变电站监控及巡视系统的实践及研究

宁先承 李佳懿

（国电南瑞南京控制系统有限公司）

0 引言

为了保证电力系统的稳定性，变电站必须持续保持运行状态。因此变电站的监控和巡视，是当前电力系统运行的重要环节。同时也是保持变电站持续稳定运行的重要措施。实现变电站的数字化和智能化管理，能有效提高变电站运行效率，增强变电站运行的监控和巡视的全面性，提高变电站运行的可靠性。

1 智能化时代新型数字变电站监控及巡视系统概述

智能化时代新型数字变电站监控及巡视系统，是当前信息化背景下，实现对变电站各个设备如辅控设备等有效、全面监控和巡视功能的有效手段。本文所研究的数字变电站监控和巡视系统由红外探测终端、传感器、摄像机、智能锁等系统组成，并且在软件中集合了在线监测、消防安监、环境监测、SF6监测等系统［1］。相比于传统的变电站监视手段，智能化时代新型数字变电站监控及巡视系统具有极大的应用优势（见表1）。

表1 传统变电站巡检方式的局限

本文研究的变电站监控及巡视系统主要布局了三个设备室，能充分利用各项资源提高系统运行效率（如图1所示）。数字变电站监控及巡视系统能有效克服传统变电站巡检系统的缺陷，通过对电力设备智能化的应用，结合智能视频监控、智能终端、探测器等技术，实现远程可视化检测、有效维护变电站区域的安全，实现对设备的智能巡检功能，是未来变电站发展的重要方向。

图1 数字变电站智能监控及巡视系统结构

2 数字变电站监控功能

2.1 设备在线监测

数字变电站监控及巡视系统的监测系统主要分为一次识别在线监测和二次设备在线监测。其中一次设备在线监测主要通过前端设备采集变电站中各个运行设备的一次信息，实现对变电站各个设备的有效监测。其主要监测变电站中各个设备的油温、油位、油中溶解气体等的检测，同时还保证铁心夹件接地电流、开关绝缘气体密度、避雷器泄漏电流、开关柜触头测温等多个部件的正常运行。值得注意的是，当变电站的电压等级达到330kV及以上时，为了实现对变电站设备的有效检测，变电站的GIS或HGIS等设备需要预留特定的高频局放传感器和测试接口（见表2）。数字变电站的二次系统在线检测具有极强的检测和分析功能。第一，二次系统在线监测能对二次设备状态、网络报文、二次虚回路、过程层光纤回路等进行检测，并对二次回路故障进行数字分析和智能判断。第二，二次系统在线检测能科学采集各个二次设备装置的运行状态和接口连接状态，如保护装置、过程层设备和Ⅰ区交换机、测控装置、安全自动装置等，并利用好MMS、SV、GOOSE等报文功能进行报文。第三，二次系统在线监测功能能监测二次设备的各个运行信息如光纤端口监测信息、逻辑链路告警信息等实现在线监视功能，分析出故障出现的地点或区域，帮助运维人员高效、准确地找到故障所处位置。第四，二次系统在线监测能利用光纤对设备温度、过程层端口等设备进行可视化监视，提高变电站设备检测的科学性和有效性［2］。第五，二次系统在线监测能对设备、网络、报文以各项异常情况进行分析并生成报告。

表2 变电站一次设备在线监测内容

2.2 对动力环境进行监测

变电站的动力环境检测系统中包含了多个控制器与传感器设备（如图2所示）。通过对控制器、传感器进行配置，可以组成对动力环境进行科学监测的终端。首先在系统的各个设备室中配备温湿度传感器，如设备室中存在绝缘气体泄漏隐患，还应该在设备室中配备绝缘气体泄漏监测传感器。随后在电缆集中区配置水浸传感器、在集水井中配置水位传感器、在主控楼的楼顶配置一体化微气象传感器、在有灯光补充需求的场地内，还应该配置辅助灯光。

图2 变电站动力环境监测系统

2.3 火灾消防监测

火灾消防监测通过对变电站中的火灾信息进行采集、传递以及启动相应联动操作等实现对变电站内火灾进行检测以及警报。在搭建变电站火灾消防监测时，首先应该根据变电站各个设备的特征和运行需求，配置适当的火灾探测器。其次，还应该在变电站内各个房间和预制舱等地点安装感温、感烟火灾探测器。最后还应该在变电站的蓄电池室内配置必须防爆感烟探测器。值得注意的是，为了维护变电站内安全，保证数字化变电站监测与维护系统能有效达到其预期的目的，还应该对部分具有设备运行温度要求的室内如电缆竖井室内、变压器室内等设置定温火灾探测器。

2.4 安全防卫监测

变电站的安全防卫监测主要配备以下设施：紧急报警按钮、电子围栏、声光报警器、安防监控终端、门禁控制器、红外双鉴探测器、安全防卫监测配置、防盗报警控制器等，用于保证变电站运行安全，避免在运行过程中出现外来人员未经允许进入变电站、外来人员违法进入变电站等情况。在实际运行过程中，一旦变电站被非法入侵，在围墙上的电子围栏或在变电站大门正上方的红外对射探测器将在第一时间将信号发送至报警控制器中，实现变电站的声音和光照报警，除此之外，安全防卫监测系统还能连通数字化巡视系统的智能摄像机，将相关画面和人物活动情况进行记录和推送，有效降低变电站被非法入侵的风险，保证变电站的安全稳定运行。

本文研究的变电站安全防卫监控的终端位于二次设备的设备室，同时该系统利用电子围栏和对外探测器及时监测周边的安防情况，随后在警卫室或者监控室设置警报按钮，并在入口处设置门禁和门铃，提高安全防卫系统的效率和应用价值。

2.5 智能锁控功能

数字化变电站监控和巡视系统中的智能锁控包括了电子钥匙、锁具以及锁控监控终端，并利用这三种部件组成了科学的后台系统。这一后台系统能学会开锁、并对智能锁配置相关的人员和配置信息，通过将开锁任务传送到电子钥匙处，实现变电站的智能锁控功能。按原则来讲，智能锁控的工具齐全，功能种类较多，能有效实现对相关的房间门、屏柜门、围栏门、爬梯门等的开关锁控制。一般来讲，智能锁中的电子钥匙根据不同的变电站形式设置了不同数量的备用钥匙，进一步维护数字化变电站的维护和运营等工作。

3 智能巡视功能

数字变电站的巡视设备主要分为巡视主机和视频设备，能有效巡视和实时监控设备的运行状态，自动采集、整理、分析设备运行数据，并且还能实现和设备之间的智能联动［3］。除此之外，数字变电站巡视系统还能远程操作各个设备，极大提高了运维人员的运维效率。

3.1 巡视主机

巡视主机的配置与变电站的电力有关，一般来讲小于或等于220kV的变电站，配置的巡视主机为独立边缘巡视主机。独立边缘巡视主机主要位于变电站内，并能和变电站的巡视设备进行连接，如变电站内摄像机、巡视机器人、无人机设备以及声纹检测装置等。而变电站输送电力大于或等于330kV时，则要配置独立的巡视主机，并将相关的视频设备等统一接入到巡视主机内，进而实现一系列功能如下达相关指令、分析巡视数据、并且通过和上级系统进行有效的交互，实现对巡视主机的智能控制。

3.2 视频监控

智能巡检摄像机安装在变电站内的各个重要场所，能有效实现对整个变电站的监控和巡视，提高变电站的安全性和可靠性。首先，将红外测温智能监控摄像机安装在主变、视频监控摄像机在主变、调补变以及变电站的高亢地区，能有效对监控区域内的各个设备本体、设备引流装置、油枕、套管、末屏等运行状态进行测温和巡视。并且通过一定的数字化技术，还能实现油温表、油压表等参数的远程图像采集功能。其次。通过在变电站的周围配置摄像机，并将摄像机接入数字变电站的主机内，还能对变电站进出口活动人员和车辆进行清晰、全面的监控。值得注意的是，为了保证监控的有效性，必须要合理布置监控数量和监控类型。例如当增加了双光谱红外测温摄像机有以后，应该适量减少可见光摄像机。最后，在为数字变电站配备可见光摄像机时，应该采用分辨率在1080p以上的夜视数字高清摄像机。保证能全面有效地监控到区域内相关设备的运行情况，保证数字变电站的巡视工作能有效达到其预期的效果。

4 结束语

总之，变电站巡检的数字化和智能化已经是未来变电站发展的重要趋势，能有效实现无人化巡检功能，对变电站各个设备的维护和检测有着重要的意义，能覆盖变电站多个应用场景。对此，为了保持电力系统的稳定性与可靠性，电力单位必须要清楚认识数字化变电站监控和巡视系统的重要性，积极对变电站运维系统进行升级改造，有效提高变电站运维工作效率，保证变电站运行和维护的稳定性。