新型数字智能变电站监控及巡视系统应用研究

姚志鹏

（国电南瑞南京控制系统有限公司）

0 引言

相较于当前的信息服务和数据处理，传统的信息处理方式呈现出更为繁琐和复杂的特点，其处理成本也更高，同时信息处理的效率和精度也有所欠缺。随着互联网技术的快速发展，大数据分析技术得到了广泛的应用，其主要是将海量的数据通过一定的方法进行分类汇总，并根据不同类别数据之间所存在的关系建立数学模型。此外，本系统还融合了在线监测和智能巡查等先进功能，对前端设备配置和终端设备传输方式进行了全面集成，从而实现了对变电站进行全景动态监测、全面智能感知和全方位实时监控的目标。

1 监测和巡视系统的组成

为了满足新型数字化智能变电所对电力系统中主要设备和辅助设备信息化的需求，同时也满足对电力系统消防和安全防护的日益关注，本项目提出了一种数字化智能变电站监测和巡视系统。该系统融合了一次设备在线监测、二次设备在线监控、火灾消防、安全防护、动环监测、智能锁控和智能巡视等多项技术，可应用于电力系统中。该系统采用了分布式架构，将整个主站划分为多个区域并设置相应的子站，各区域内分别设有独立的主控室单元和终端采集单元，实现对主站场区的全覆盖。通过运用现代计算机技术、通信技术以及网络技术等多种手段，对变电站内的各种数字化设备进行了高效整合，从而形成了一个综合管理平台，实现了统一管理。该平台能够实现电网运行状态实时采集分析以及事故处理信息及时上传，提高了变电站管理水平及工作效率。变电站被划分为三个安全区域，分别是安全I区、安全II区和安全IV区，这三个安全区域与监控和巡视系统相连。在各个安全区域分别设有各自独立的安防系统。在I区域的安全保障中，传统的防护设备、测量和控制设备、合成设备以及智能化的终端设备是至关重要的安全措施；安全II区设有一系列子系统，其中包括一次设备在线监测、二次系统在线监测、火灾消防、安全防卫和动态环境子系统。为了提高电力系统的自动化水平，将智能技术应用于变电管理已成为一种必然趋势。在IV区域内安装运行主站之前，若尚未建立起集控台，则需借助IV区域的网关设备，以实现与主站的通信。在第三个安全区设置了一个名为“智能巡检”的子系统，通过该子系统实现交换巡检系统数据；同时为了保证巡检工作顺利进行，还必须定期对巡检现场的设备状况进行检测。一旦检修作业人员离开，巡检机将数据和状态报告上传至维护中心并根据操作情况对设备进行维修或应急处置。在完成集中控制系统的建设之前，系统的运行过程中，系统的末端和运行中心将进行数据的互换。该系统的组成结构如图1所示。

图1 新型数字变电站监控及巡视终端系统构成示意图

2 监控和巡视系统的配置

2.1 消防监测

火灾消防监测的核心在于实时采集、传输和联动控制站内火灾告警信息，以实现对火灾现场的实时监测和预警。在对火灾进行监测时需要将各种传感器数据经过处理后通过有线或者无线方式传送到监控中心。针对火灾消防监测的探测区域和区域内电气设备的特点，采用不同原理和类型的火灾探测器进行配置。配电室配置低压电气火灾探测器。在变电站内，设有一种点型感温、感烟火灾探测器或吸气式感烟探测器，用于监测房间和预制舱的温度和烟雾情况。在蓄电池室的配置中，配置了一种能够检测火灾并防止火灾的防爆感应器。配电室火灾探测器，可采用安装于室内各位置的固定式与移动式两种形式［1］。

2.2 安全防卫监测

变电站配备了一系列安全防卫监测设备，包括但不限于安防监控终端、防盗报警控制器、门禁控制器、电子围栏、红外双鉴探测器、红外对射探测器、声光报警器和紧急报警按钮等。当发生紧急情况时，通过远程控制实现自动开启或关闭相应的安全门和出入口门禁装置，确保人身安全。当非工作人员闯入时，通过设置在二次设备室内的电子围栏和进出线通道上的红外对射探测仪发出警报，同时将现场图像传送给远程控制中心，实现了一次设备与二次设备间的有效防护。

2.3 动力环境监测

变电站动力环境监测终端种类繁多，如图2所示。其中，动环控制终端为主要的监测对象，其功能是实现对变压器、断路器、隔离开关等电力设备进行实时在线监测。在电缆集中区，包括电缆层和室外电缆沟，安装水浸传感器以监测电缆的状态。在集水盘和配电柜内配置烟雾传感器。在集水井中安装水位感应器；在室内配电房及变压器箱柜间等处配置烟雾传感器。位于控制大楼顶部的一款微型天气感应器集成了多种数据，包括室外的温度、湿度、风速、风向、气压和降雨量等信息；它还可将这些数据传送给控制中心，供指挥调度人员分析处理。在车站现场实施增益照明方案时，应当考虑到照明增益的问题［2］。

图2 动力环境监测终端配置图

2.4 具备智能化的锁定机制

变电站的锁控系统由一系列配套设备构成，其中包括锁控监控终端、电子钥匙以及锁具等。智能锁控控制器包含两把电子钥匙（分别为35～220kV变电站和330～750kV变电站的电子钥匙），同时还配置了一把备用的紧急解锁钥匙；现场安装时只需将所有闭锁开关全部开启即可。所有设备均安装有电子锁，包括电源控制开关、信号指示灯、门锁、门禁、消防栓和照明装置。

2.5 智能化的巡视

将车站的I／II区域与物理上的隔离装置相连，利用集成的数据网络和集控站的智能巡查中心监测系统，在过渡阶段与运行中心进行信息交流，以实现智能化巡查的目标。智能巡视终端是指安装在现场的智能化巡检机器人，可对变电一次设备进行图像检测及缺陷识别处理，具有自主导航能力，能根据不同环境条件选择最佳路径到达目标区域。智能巡逻系统的前端配备了一系列高端设备，包括高清摄像机等，能够在夜间提供出色的视觉体验［3］。

3 案例的应用和分析

3.1 项目概况

该居民楼的变电所是一座双层结构，其半地下层包括电缆层、电抗器油槽、主变油槽、消防水池以及消防泵房，同时还设有一个地下室；地上部分包括办公楼、餐厅和厨房等建筑物。主要依托于工厂和其相关设施，地面工程得以顺利实施。地下一层为配电室、变电站等建筑物。一楼主要有变压器室、主变散热器室、35kV配电设备室，110kV和220kV地理信息系统室、电抗器室、厕所；地下车库有电梯井和停车场出入口以及各种管道系统，并装有排水设备。在该建筑的地面上，还设有多个水槽，专门用于排水和排泄废水。三楼为配电室、变电运行值班室、检修间，以及空调系统房、消防器材库、机房。在二楼区域内，设有多个设施，包括但不限于地变室、变电站变化室、数据库、安全工具、备用部件、蓄电池、电容、辅助装置、洗手间以及抽烟室。

3.2 实现监控和巡视目的的摄像机系统

智能视频监控摄像头和安防监控摄像头是变电站中主要用于智能巡视和监控的两种摄像机。智能巡视用摄像装置由云台控制模块、电源模块、图像采集模块、图像处理模块、通信传输模块组成，表1为该项目巡视所需的摄像机安装位置和数量，而表2则是安防所需的摄像机的安装位置和数量。

表1 巡视用摄像机布置

表2 安防用摄像机布置

通过对前端设备进行配置，监控与巡视系统实现了对变电站的全方位覆盖，同时将人员行为信息和设备状态信息数字化，并将其上传至站控层，实现了对变电站的全景监控。

4 结束语

本文介绍了一种新型数字智能变电站监控及巡视系统，旨在满足新型数字化智能变电所对电力系统中主要设备和辅助设备信息化的需求，并解决传统变电站的辅助设备监控及巡视系统能力不足、集控站和调度端无法采集辅助设备信息等问题。该系统采用了分布式架构，将整个主站划分为多个区域并设置相应的子站，各区域内分别设有独立的主控室单元和终端采集单元，实现对主站场区的全覆盖。