淺談變電站遠程可視化順序控制系統

王 莉

國網江蘇省電力有限公司淮安供電分公司，江蘇淮安 223000

1 現狀及存在的問題

現江蘇省220kV及以下變電站因具備“四遙”功能，基本都采用無人值班運行模式，在實際運行中，在調控中心一般僅進行斷路器分合閘或重合閘等功能投退的遙控操作，大量的倒閘或停電操作仍需要人工來進行作業，而人工本身具有一定的不穩定性，容易出現工作上的失誤，并且效率方面也較為低下。

隨著現代技術的發展，自動化技術的范圍以及可靠性都得以增長，因此可以采用自動化程序對變電站進行遠程控制。程序化操作也稱為順序控制，在運作流程上，首先通過人工的操作，在后臺上擬定之后發出，當程序接收到人工擬定的指令后，會依照指令與本身的控制邏輯路線對控制目標進行控制，初步實現遠程變電站控制，并且為了實現智能化控制，程序還會對指令進行邏輯判斷，即確認程序的可行性，并同時將指令執行的效果不斷反饋，人工可以對此進行觀測、調整。由此可見，通過這種方法的實施，使得人工不用介入實際的操作，因此避免了人工不穩定性的影響。但這種方式是在默認設備提供的電氣量或開關量完全準確的前提下進行的，而受現有設備制造水平限制，電氣接點信號存在錯誤的可能性，因此對設備的順控操作存在一定的風險性，需要采取措施解決[1]。

2 各層級順序控制方案

順序控制即是依照變電站運作流程，受人工控制終端控制的變電站控制技術，在運作當中，其只接受人工從終端發送的命令，并在接受完成之后，會根據設備的動態變化，來對單項操作是否完成進行判定，當操作完成之后系統才會進行之后的命令。在控制系統進行工作時，針對每個控制目標的命令只能是單個指令，如果控制目標接收到多條命令，則會不執行并發“錯誤”告警。此外，在此控制當中如果存在執行障礙，那么程序將會自動依照當前狀態，尋找可執行指令的渠道以此來實現控制[2]。

在現狀角度上，當前順序控制的形式主要可以分為集中順序控制、分散順序控制、混合順序控制。這三種方式均存在差異性，為了分別其優劣本文將在下文進行逐一分析。

（1）集中順序控制變電站控制系統。集中順序控制變電站控制系統，主要由計算機監控裝置程序、遠程數據通信、處理裝置來實現相應的功能。該系統的優點在于適用性較高，能夠在相對復雜的條件下，滿足順序控制的需求；而其缺點在于效率較低，當運作時該系統的命令執行，需要遠動裝置與間隔層測控裝置協調才能完成，而這無疑延長的執行的路徑，進而影響效率性。

（2）分散順序控制變電站控制系統。分散順序控制變電站控制系統，主要由間隔層的測控裝置來實現相應的功能，當系統接收到相應的命令之后，將對當前狀態進行判斷，生成一系列的電氣單元操作步驟，檢查上一步操作完成情況和下一步操作是否完成解鎖。分散順序控制變電站控制系統的優點較為明顯，即無需測控裝置以外的設備即可完成操作，并且具有較高的可靠性，但其缺點為使用范圍相對較小，所以分散順序控制變電站控制系統常見于110kV變電站當中[3]。

（3）混合順序控制變電站控制系統。混合順序控制變電站控制系統，是結合上述兩種控制系統的技術體系，主要由遠動裝置與間隔層測控裝置構建而成。混合順序控制變電站控制系統的優點在于功能性較高，并且功能的獨立性較好，便于操作,而缺點則功能板塊較為分散，一方面不利于操作執行，另一方面影響后續的維護工作。

結合現狀來看，大多數的220kV變電站主接線的結構都較為復雜，所以要對此進行順序控制，也需要進行相應復雜的設計，例如，倒母線操作設計，多臺主變并列或解列操作以及保護裝置的操作等，往往牽涉到多間隔操作。因此，針對220kV變電站，本文建議采用集中順序控制變電站控制系統，因此模式的復雜數據處理功能較強，可滿足應用需求，并且此系統對于設備的需求較少，所以即使對其設備進行改動，也不會對整體運行造成太大的影響，有助于系統穩定性的增長。

對于220kV智能變電站，一般由遠方集控站發出順序控制的目的操作任務指令，電氣設備順序控制票（即不同電氣單元的順序控制具體內容和步驟）保存在變電站側。順序控制執行時，集控站操作人員在終端選擇控制目標，之后終端將會對目標當前的狀態進行分析，以此提供給操作人員選項，再次選擇之后，即實現了傳輸策略的選定，最終經過確認即可發送指令到控制目標，完成控制。在順序控制之下，可以避免控制信息不一致的現象，并降低了人工出錯的問題影響，對于系統本身而言，此舉具有較高的應用價值，可提高運作的可靠性以及實效性。

3 遠程可視順控系統

3.1 需求分析

順控功能在實現的過程中，存在以下問題：（1）設備狀態返校信息單一；（2）設備視頻聯動功能未起到實質性的作用；（3）設備圖像清晰度受光線影響；（4）對于設備圖像狀態缺乏智能分析功能；（5）視頻監控系統攝像頭數量多、布點接線復雜，影響設備運行，甚至在嚴重時會對檢修人員人身安全造成一定威脅[4]。

3.2 系統構成

由智能變電站遠程可視化順控系統邏輯結構圖（如圖1）可知：在結構當中主要包括了網絡高清攝像機、軌道攝像機、控制主機、視頻處理單元、多維可視監控綜合主機、磁盤陣列、圖像智能分析服務器等硬件設備，下文對設備運行流程進行闡述。

首先，通過高清攝像機、軌道式攝像機、角位移傳感器等設備獲取一、二次設備運行狀態信息并進行圖像識別分析后將圖像及狀態判斷信息上傳至站端監控系統，監控系統在進行順序控制操作過程中獲取圖像識別信息參與操作過程中的邏輯判斷；與此同時，畫面自動切換至被操作設備，由于圖像識別信息原理有別于電氣位置信號，因此提高了順序控制操作的可靠性。

圖1 變電站順控系統邏輯

3.3 遠程可視化順控系統關鍵技術

3.3.1 視頻技術及微距攝像頭技術

通過網絡高清攝像頭的應用，可有效實現對變電站內部電氣設備的檢測，以此來為控制提供依據。例如，在刀閘刀口的位置安裝網絡高清攝像頭，即可實現直接的可視監控。在表計前加裝微距工作攝像機，實現表計自身可視化，微距工作攝像機采用無線傳輸模式，減少攝像機電纜數量，減輕現場施工工作量。系統在此基礎上，能夠近距離獲取儀表外觀圖片，并通過圖片特征識別算法，智能讀出儀表讀數。

3.3.2 角位移傳感器

刀閘合閘到位監測裝置，其結構要點包括角位移傳感器和數據處理裝置。角位移傳感器包括轉動部件和固定部件，其中，固定部件主要分為兩個形式，即外殼與隔離開關連接、轉動部件與隔離開關軸端連接。此外，數據處理裝置方面主要有比較處理單元、信號接收單元、基準單元等。

當隔離開關在合閘時，角位移傳感器因為轉動部件的旋轉而在傳感器固定部件的線圈上產生4～20mA電流信號，信號隨著轉動的角度增大而增大并發送給數據處理裝置。信號接收單元接收到該電流信號后，將在判別之后對進行處理，之后以信號的形式將處理結果傳輸至比較處理單元，當比較處理單元接受到信號之后，將會把結果與基準單元的基準信號進行對比，以此來確認合閘的正確性，并通過通信傳送單元發送確認信號到上位機，如果不在基準信號范圍內，則說明合閘不到位并發送合閘失敗信號。上位機中已有了一維監控即基于輔助接點的開關量，而角度感應量的監控判斷作為第二維監控，只有二者均判斷為合閘到位，才能確認合閘成功。

3.3.3 圖像智能分析技術

首先對配置儀表的初始參數進行設置，以此形成標準值，在此基礎上，可采用分析表對圖像中的位置進行判斷，以此得出當前儀表的讀數，如果讀數大于報警值，系統則會觸發自動報警系統。圖像智能分析技術的實施步驟為：首先根據初始數據信息對儀表的表盤刻度計算出橢圓度。再將表盤區域的圖像規范化，并得到規范后的RGB圖、灰度圖。

3.3.4 視頻圖像傳輸

遠程可視化智能圖像監控系統前端設備與集控中心，是相互串聯的兩個環節，串聯渠道在于視頻圖像傳輸系統，在此串聯關系之下，即可形成圖像信息的交互應用。視頻圖像傳輸系統的作用，首先，能夠實現前端設備信息傳輸至終端系統的功能，其次，實現終端的控制指令傳輸到前端設備，由其解碼下發，即實現遠程可視化智能圖像監控系統前端設備與集控中心的雙向互聯。在最新的傳輸技術概念之下，傳輸功能的實現主要可以依靠信號格式轉換技術以及傳輸設備，通過現有的通信傳輸路徑來實現傳輸功能，也可借助計算機網絡技術來實現。

4 結語

在現代發展之下，社會對于電能的需求逐漸增長，導致電網運行的要求更高，不但要注重提高電能供給，還需避免電網運行的故障現象。因此，建立穩定性高、安全性高的電網控制系統十分重要，但要實現此目的，就必須重視智能化的應用，其除了要求智能化的一次設備和自動化的二次系統以外，還需要建設功能完善的遠程可視化操作系統。本文為實現此目的，結合了江蘇省220kV及以下變電站現狀進行分析，在其變電站基礎上進行了遠程可視化操作系統的設計。