变电站智能辅助系统的研究

　　摘 要：变电站辅助系统是变电站运维管理的重要组成部分，对于保障电网安全稳定运行具有重要作用，目前变电站都采用无人值守，人工与辅助系统相结合进行巡视的制度，这对辅助系统的功能提出了更高的要求。在分析传统辅助系统的基础上给出了辅助系统智能化的方案，并对其网络结构进行详细分析，系统介绍各个子系统的功能及其实现方式。

　　关键词：变电站;运维管理;智能辅助系统;子系统

　　1 变电站辅助系统现状

　　1.1 视频监视及安全警卫系统视频监视及安全警卫系统主要用于监视变电站内区域及周边环境，通过目标区域的红外对射探测器对变电站围墙、大门进行全方位布防监视，有人非法闯入后报警处理;监测站内设备工作环境，监视设备运行情况的需要。根据变电运维人员反映，现有配置的视频监视及安全警卫系统还存在不足，如：主动报警功能有欠缺;入侵地点实时定位、入侵人员跟踪拍摄功能不强，不能对目标意图精确判断;与其他辅助系统的联动功能不强。

　　1.2 火灾报警系统火灾报警系统用于防止火灾和气体爆炸。该系统由感烟探测器、温度传感器和报警主机组成，设置自动和手动控制模式，以提供控制和状态信号[1]。但是，它只能发送简单的信号，不能实时了解设备运行状态，不能与视频监控系统联动，运维人员还需要根据火灾报警反馈的地点再去切换对应的视频监控画面，不能第一时间了解火灾情况，会延误火灾处理的进度，降低事故处理效率。

　　1.3 存在问题和运行需求现有的变电站辅助系统各部分的功能较为单一，智能化程度较低，无法实现有效的联动，无法满足变电站精益运维的要求。变电站辅助系统的功能需要高度集成，满足智能巡检的需求，实现巡检全天候无死角，及时上报巡检结果，更好地为安全生产服务。

　　2 智能辅助系统方案智能辅助系统方案将站内视频监控、安防、火灾报警、环境监测、智能巡检、采暖通风控制等子系统的信息发送到变电站智能辅助系统后台。后台对接收到的信息进行分析后，根据分析结果向子系统发出控制命令，各子系统实现信息共享和相互协作。

　　2.1 智能辅助系统网络结构智能辅助系统主站与监控一体化系统进行通信，留有接口至其他变电站，从而实现各变电站之间的相互通信。

　　2.2 智能辅助系统后台实现方式智能变电站监控一体化系统结构分为 2 个部分。左边为实时数据采集区，采用冗余的网络结构，主要采集传统 SCADA、保护故障信息、PMU等Ⅰ区数据。右边为非实时数据采集区，由在线监测、图像、消防、安防、环境监测等Ⅱ区数据组成，通过网络实现和状态监测及智能辅助服务器的通信。状态监测及智能辅助服务器经由防火墙实现与数据服务器的通信，完成Ⅱ区数据的存储与访问工作，并与状态监测及智能辅助系统主站通信。

　　2.3 智能辅助系统各子系统功能

　　2.3.1 视频监视及安全警卫子系统视频监视是变电站辅助系统的核心组成部分，可以对变电站内大门口、周界围墙及电力生产设备进行实时画面监控，并将画面存储到硬盘录像机，在本地进行存储的同时将数据传输到网络平台。视频监视系统具有实时性，为站端的可视化、远程操作提供了最为真实有效的数据。安全警卫系统是变电站辅助系统的安全防范的重要组成，对围墙、大门、建筑物出入口等重点区域进行实时监控，对配合视频监视系统联动，将站端防盗告警信息(入侵时间、地点、人员、行为)实时有效地传递到系统后台，避免不必要的损失。

　　2.3.2 环境监测子系统环境监测系统包括 SF6泄漏在线监测、温度监测、湿度监测、风速监测，系统由前端各类型的环境采集传感器和数据采集主机组成，通过前端各种环境探测器，将采集到的信息发送到站端数据采集主机，再上传至集控主站。此外，系统通过运算分析，与各种固有设定的参数进行比较，作出各项数据是否超标的判断，如有超标现象给出相应告警。

　　2.3.3 火灾报警子系统火灾报警系统可实现对变电站内火情事件进行实时监控，及时发现火情，发出信号，系统由感烟感温探测器、手动报警按钮、声光报警器、火灾报警主机和网络传输模块等设备组成。当感受到现场有火情时，控制器发出告警信号，显示着火区域，并联动相关的消防模块进行灭火。

　　2.3.4 采暖通风子系统采暖通风子系统根据反馈的室内外温湿度情况，自动控制空调、电采暖器和通风设备切换运行[2]。在夏季时候，如果风机能满足室内温度需要则采用智能风机进行散热，如果风机不能满足则采用空调进行温度调节，相应的启动值都事先设定好，满足启动条件就启动这些设备。此外，还可以通过智能辅助平台手动开启关闭相关设备，避免了温湿度传感器故障时无法自动开启关闭相关设备，为设备创造最有利的运行环境。

　　2.3.5 智能门窗子系统智能门窗子系统可以实现进出变电站人员的管理，为满足条件的人员发放相应的权限，实现变电站统一管理的目标，做到人员信息统一、权限管理统一和设备管理统一。系统由前端传感器、控制器以及相关联的摄像机组成，前端传感器包含按钮、读卡器、锁体、红外枪机和指示灯等，刷卡时实现撤防布防功能，传感器通过私有协议将信息传送到门禁控制器，门禁控制器再通过网络将信息上传到系统后台上。

　　2.3.6 智能照明子系统智能照明子系统由前端控制设备、智能照明控制面板和智能集控器组成，前端控制设备包含站内原有的照明、配套视频增加的 LED 补光灯。原有照明由照明系统供电，智能灯光系统只需要控制照明的控制节点即可，配套视频增加的补光灯由视频系统供电，通过控制线缆接到智能灯光控制面板上，再通过数据线接入到智能集控器，最后由集控器通过网络传输到系统后台上。

　　同时，系统不仅可以发送控制指令，而且可以反馈光源的工作状态和故障信息，这给例行维护和集中管理带来了极大的便利。智能照明子系统能够接收其他子系统的联动指令开启或关闭灯光，有触发安全警卫系统、火灾报警装置、门窗系统、视频系统的情况时都会联动照明子系统，这将为运维人员夜间视频巡视变电站或者光照不足条件下远程巡查设备提供有力帮助，还能对入侵起到告警震慑作用，配合门禁系统做好人员进出变电站的管理工作。

　　2.3.7 智能巡检子系统智能巡检子系统由现场设备区域的巡检机器人、高清视频探头以及系统后台组成。在系统后台下发巡检任务，巡检机器人和高清视频探头巡视指定点位，将现场照片传输至系统后台，后台生成巡检报告供运维人员查询，巡检监控展示了站端的巡检任务列表，并可进行任务的增加和执行，可查看巡检任务单详情及执行的任务进度，并实时关联视频，同时展示了站端环境信息和设备运行状态，以及巡检的实时信息和报警信息，极大降低了设备故障风险，提高了人员运维效率。

　　2.3.8 智能锁具系统智能锁具系统为设备区智能控制柜、端子箱、机构箱和二次屏柜配置统一的智能锁具，变电站现场有智能开锁系统终端配合使用。执行开锁任务时，系统终端应接收到智能辅助系统下发的开锁任务，任务中应包括变电站名称、任务名称、操作人员名称、工作起止时间和设备列表等信息[3]，并将开锁任务可靠传输至电子钥匙，现场人员使用电子钥匙开启指定的变电站锁具。开锁任务结束后，系统应支持接收电子钥匙上传的开锁任务结果，并可靠地传输至智能辅助系统平台。

　　3 智能辅助系统各子系统之间的联动

　　3.1 视频监视与安全警卫系统联动当安全警卫系统检测到有人员入侵变电站的行为时，系统定位到人员入侵的位置，然后将其位置以报文的形式发送给视频监视系统，视频监视系统下发命令给该区域的视频探头，开始执行现场情况的记录工作。当夜晚时间或光照不充足的情形下，将联动照明系统给予光源补偿，为提高视频监视系统的画面质量提供有力的保障。

　　3.2 视频监视与智能门窗系统联动在变电站重要区域的入口处配置了智能门窗子系统，其功能接入智能辅助系统进行统一管理。变电现场有人刷卡进入相应区域时，智能门窗系统将刷卡信息实时上传，同时视频监视系统拍摄刷卡人员画面，识别刷卡人员面部信息并与数据库中的原始信息、刷卡信息相比对，及时发现人员盗刷卡现象以及非法入侵变电站的行为。此外还会根据刷卡时反馈的现场光度信息决定是否联动照明子系统，以达到最好的识别效果。

　　3.3 视频监视与智能巡检系统联动智能巡检系统下发的巡检任务中已设定好巡检路线，当巡检任务开始执行时，发送报文给视频监视系统，当巡视到相应点位时视频监视调取相应视频探头的权限，执行巡检工作，最后将所有点位的巡检内容上传至系统后台，智能巡检系统投入运行实现了人工巡检与智能巡检有机结合，为巡视质量提供有力保障。

　　3.4 视频监视与照明联动变电站日常的巡视可以采用视频轮巡的方式，调取相应视频监控系统画面时，照明系统根据现场的光线强度决定是否开启，作为视频巡视的光线补充，视频监视与照明的联动减少了变电运维人员操作辅助系统的压力。现场照明开关都采用了智能灯控面板，远方和就地都可以进行开关灯的操作，相互不影响且状态与实际一致，有效保证了系统联动功能不受影响。

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　　4 总结

　　本文首先分析了目前变电站视频监视和安全警卫、火灾报警等系统的现状，这些为变电运维工作服务的辅助系统存在各自独立、智能化程度不高、不具备智能控制功能的问题，然后提出了变电站安全运行管理的需求。通过以上分析提出了采用统一的信息共享平台，建立安全运行智能辅助系统的方案，并阐述了各子系统的功能以及相互之间的联动。这套系统有规范信息传输传送方式、规约，投入应用有利于变电站统一化管理更高效[4]，并且符合智能巡检的需要，助力变电运维人员提高设备巡视效率和准确率。

　　参考文献：

　　[1]孔祥雯.500 kV 无人值守新一代智能变电站辅助控制系统的设计与研究[D].郑州：郑州大学，2014.

　　[2]崔厚坤，洪莎莎.无人值班变电站智能安防辅助系统设计[J].电力系统通信，2012，33(8)：75-78.

　　[3]刘莉，文勇军，唐立军.高校消防设备移动巡检管理系统的设计与实现[J].现代计算机，2019(16)：91-95.

　　[4]石海英，伍忠文.变电运维智能化远程管理系统的应用[J].电子技术与软件工程，2015(12)：62.

　　作者：宋 涛

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