智能變電站一體化輔助系統的分析

陳曉勇

（重慶乙未科技有限公司，重慶 400000）

0 引 言

智能變電站一體化輔助系統一般分為安防系統和功能性綜合保障子系統。安防系統是變電站安全技術防范部分，其子系統主要包括視頻監控系統、消防子系統、安防警衛子系統及門禁子系統等。變電站安防系統需充分結合變電站安全人員，以防范安全故障[1]。

1 智能變電站一體化輔助系統

功能性綜合保障子系統是保障變電站特殊環境、專業設備完好、特定區域的設備正常工作及操作人員人身安全的輔助子系統，如水泵智能控制子系統、風機智能控制子系統、空調智能控制子系統、燈光控制子系統、環境溫濕度監測子系統、風速監測子系統、水浸監測子系統及六氟化硫（SF6）監測子系統等。功能性綜合保障子系統采用信息化、網絡化和數字化方式將各子系統集成到一個平臺（智能管理主機），并通過智能管理主機將數據傳輸到電力系統綜合應用服務平臺，實現了數據遠程監控。

圖1為智能變電站一體化輔助系統（虛線框內）架構圖。

2 功能性綜合保障子系統功能應用

2.1 智能管理主機

智能管理主機是一體化輔助系統的核心設備，可實現綜合應用服務器與環境監測、燈光控制、風機、空調控制、水泵控制、視頻監控、消防及安防等設備（子系統）的信息通信，通過統一接入和配置管理實現輔助設備之間的綜合聯動和重要數據存儲，實現統一管理與遠程控制、環境監測、智能告警、綜合聯動、視頻顯示與錄像回放、數據存儲及自動對時等功能[2]。

圖1 智能變電站一體化輔助系統架構示意圖

2.1.1 統一管理與遠程控制

（1）權限管理

根據系統設置的安全規則，設置操作權限，使操作人員可訪問且只能訪問已被授權的資源。同時，保證系統控制的唯一性，即對某一設備操作時，其他人員不準動作。

（2）設備管理

該主機具備統一的管理軟件，通過GIS（地理信息系統）的電子地圖對站內各輔助設備進行運行狀態監測、數據調閱及聯動規則設置。

（3）遠程控制

遠程控制風機、空調、抽水泵及燈光等設備；遠程控制視頻監控系統前端設備，如云臺轉向、電動變焦及防護罩雨刷動作等，并調閱現場視頻與錄像畫面。對于尚未支持DL/T860標準的輔助設備（子系統），應通過智能接入裝置接入智能管理主機，進行遠程管理與控制；對于尚未支持DL/T860標準的門禁子系統，應通過智能接入裝置接入智能管理主機，進行遠程控制，并聯動視頻監控系統攝像機實現可視化門禁管理。設定控制策略，由系統按照設定的策略進行自動控制。通過GIS（地理信息系統）的電子地圖界面操作實現上述遠程控制。

2.1.2 環境監測

實時采集、處理及上傳站內場地、主控室、開關室及蓄電池室等的工作環境溫度和濕度；實時采集、處理及上傳敞開式變電站風速、SF6電氣設備室的六氟化硫（SF6）氣體濃度及部分電氣設備室的氧氣濃度；對于需要監測水位的位置進行水浸監測，并實時采集、處理及上傳相關數據。

2.1.3 智能告警

檢測可疑數據，校核數據準確性，篩選、過濾、分類、分析及上傳智能變電站輔助設備告警信息，且自動在GIS（地理信息系統）的電子地圖上提示報警位置和類型。設置不同級別的環境信息告警值，通過與實時環境監測數據對比，實現越限告警。及時主動推出各類告警信息，并聯動現場視頻工作人員進行直觀判斷和高效響應。告警視窗內提供告警信號的詳細信息，可通過點擊告警信息切換告警畫面。

2.1.4 綜合聯動

告警聯動是指各類告警事件應根據系統聯動規則，實現現場視頻畫面、燈光、風機、空調、抽水泵、安全警衛、門禁及視頻錄像等輔助應用功能綜合聯動。

環境監測與設備控制聯動是指系統監測到環境數據越過聯動預設值或預設范圍時，應聯動風機、空調及抽水泵等設備進行啟停，按照聯動規則自動操控空調運行模式和空調運行溫度，將環境數據控制在門限值內，生成聯動記錄，并主動推出聯動信息。

視頻監控與燈光控制聯動是指站內燈光應按照聯動規則，通過智能管理主機實現燈光智能控制子系統與視頻監控系統的聯動，為視頻攝像提供輔助照明。

2.1.5 數據存儲

系統集中存儲環境信息、告警信息、聯動信息、人員自動跟蹤定位視頻圖像及聯動視頻圖像。

2.2 環境溫濕度監測子系統

變電站內功能性區域，如主控室、開關室及蓄電池室等的電氣設備正常運行，需工作環境保持合適的溫度和濕度。環境溫濕度監測子系統在功能區域設置精確度高的溫濕度傳感器，實時采集和處理溫濕度，并與智能管理主機進行信息通信。根據功能區域的電氣特點在管理主機設置相應的閾值，聯動風機和空調系統，以保證區域溫濕度處于電氣設備正常運行的溫濕度區間[3]。

2.3 六氟化硫（SF6）監測子系統

六氟化硫（SF6）氣體作為高壓斷路消弧氣體，廣泛應用于變電站GIS設備。六氟化硫氣體常態下是一種無色、無味、無嗅及無毒的非燃燒性氣體，但高濃度下會導致人呼吸困難、喘息、皮膚和黏膜變藍及全身痙攣。因此，六氟化硫監測系統既是保證高壓電氣設備正常工作的技術手段，也是保障操作人員人身安全的重要子系統。六氟化硫監測子系統設置專業的六氟化硫（SF6）氣體傳感器，實時采集和處理空氣中的六氟化硫濃度，并與智能管理主機進行信息通信。根據GIS功能區域的空間特點在管理主機設置相應的閾值，聯動風機強排風系統和聲光報警設備，以保障高壓設備的正常運行和操作人員的人身安全。

2.4 風速監測子系統

風速監測子系統實時采集敞開式變電站對外環境風速，并與智能管理主機進行信息通信。風速監測子系統可定時上傳風速采樣值，調節采樣時間間隔，測量范圍為0～35 m·s-1，測量精度為±0.5%[4]。

2.5 水浸監測子系統

變電站內的高壓電纜需設計專門的電纜槽道敷設，部分變電站需和電力隧道對接，設置專門的地下電纜夾層。電纜槽道和電纜夾層處于低洼地段，雖然都設計了排水系統，但對于大部分無人值守變電站，仍需設置水浸監測子系統，以保證有效排水。

水浸監測子系統設置水浸探測器于電纜槽道底部或者電纜夾層低洼地段，實時監測環境積水情況，實時采集和處理監測水位的位置，并與智能管理主機進行信息通信。通過主機智能分析是否聯動水泵控制系統進行積水強排。

2.6 燈光智能控制子系統

對于無人值守變電站，檢修人員通常會對主控制室和開關室進行日常檢修和巡檢工作。為方便站內管理和配合視頻監控系統的操作使用，智能輔助系統需設置燈光智能控制系統。燈光智能控制系統既可通過本地開關控制室內燈光開/關，也可通過智能管理主機接受綜合應用服務器的遠程控制指令或按照預設的綜合聯動規則開/關相關燈光，拓撲模型如圖2所示。

圖2 燈光智能控制子系統拓撲示意圖

2.7 空調智能控制子系統

變電站內通常安裝相應的工業空調設備，以控制相關區域的溫度和濕度。空調智能控制子系統通過智能管理主機接受綜合應用服務器的遠程控制指令或按照預設的綜合聯動規則對相關空調進行啟/停操作、運行模式轉換及溫濕度設定，拓撲模型如圖3所示。

圖3 空調智能控制子系統拓撲示意圖

2.8 風機智能控制子系統

變電站內設置獨立的風機控制系統。風機智能控制系統可通過智能管理主機接受綜合應用服務器的遠程控制指令或按照預設的綜合聯動規則啟/停相關風機，拓撲模型如圖4所示。

圖4 風機智能控制子系統拓撲示意圖

2.9 水泵智能控制子系統

變電站電纜槽道和電纜夾層內有積水坑，需設置相應的水泵控制系統。水泵智能控制子系統通過智能管理主機接受綜合應用服務器的遠程控制指令或按照預設的綜合聯動規則啟/停相關水泵，拓撲模型如圖5所示。

3 安防系統部分功能應用要點

智能變電站一體化安防系統主要由視頻監控系統、周界報警系統及門禁系統構成。雖然智能變電站一體化安防系統的技術依托于民用安防系統，但在系統集成上又有延伸和不同。

3.1 視頻監控系統

智能變電站一體化視頻監控系統符合民用高清視頻監控系統的設計和安裝規范。智能變電站一體化視頻監控系統較特殊的要求具體如下。

（1）人員自動跟蹤定位。人員自動跟蹤定位子系統可區分多個合法進入變電站的工作人員，聯動視頻監控系統，自動跟蹤和記錄工作人員的設備操作過程。視頻錄像應按時間順序進行存儲，并可進行檢索和回放。（2）視頻監控與燈光控制聯動。（3）人員自動跟蹤定位視頻數據和告警聯動視頻數據須保存1個月。（4）系統應具備自動對時功能，時間采集源為全站統一的授時時鐘，應支持SNTP或IEC61588。

圖5 水泵智能控制子系統拓撲示意圖

3.2 周界報警系統

4線制或6線制的電子圍欄和變電站大門的紅外對射構成了變電站的整套外圍周界防范系統。電子圍欄的安裝要求和規范可參看GB/T 7946-2015。電子圍欄報警信號接入管理主機和綜合應用管理平臺的具體方法為：電子圍欄圍墻機通過485總線模式將報警信號傳入門衛室報警主機；大門紅外對射通過開關量信號將報警信號傳入門衛室報警主機；門衛室報警主機通過總線制繼電器模塊將報警信號轉為數字信號，并接入系統平臺。

3.3 門禁系統

變電站門禁系統主要針對主控制室、10kV開關室及預制艙等進行門禁設置。門禁系統要求密碼控制進出，也可使用密碼加刷卡的方式。

4 結 論

本文簡單介紹了智能變電站一體化輔助系統的各子系統。目前，一體化輔助系統前端設備的供應商眾多，各子系統或因設備選型的不同，導致拓撲構架不同，但平臺搭建和整體構架大同小異，可供參考。