某110kV智能變電站建設(shè)要點探討

摘要：詳細(xì)介紹了某110 kV智能變電站的主要組成系統(tǒng)，如一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)、一次主設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)、二次設(shè)備智能運維系統(tǒng)、智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)以及智能輔助控制系統(tǒng)等，對于變電站實現(xiàn)智能化、自動化控制具有重要意義。

關(guān)鍵詞：智能變電站;一體化智能監(jiān)控系統(tǒng);二次設(shè)備智能運維系統(tǒng);巡檢機(jī)器人

0 引言

某110 kV變電站擬按照智能變電站建設(shè)要求進(jìn)行設(shè)計，以可靠、節(jié)能、環(huán)保的集成化智能設(shè)備為基礎(chǔ)，支持電網(wǎng)實時在線分析與控制功能，進(jìn)而提高整個電網(wǎng)運行的可靠性及經(jīng)濟(jì)性。智能變電站設(shè)備具有信息數(shù)字化、功能集成化、智能化、結(jié)構(gòu)緊湊化、狀態(tài)可視化等主要技術(shù)特征，滿足易擴(kuò)展、易升級、易改造、易維護(hù)的工業(yè)化應(yīng)用要求。該110 kV智能變電站最終要實現(xiàn)變電站“設(shè)備狀態(tài)一目了然、風(fēng)險管控一線貫穿、生產(chǎn)操作一鍵可達(dá)、決策指揮一體作戰(zhàn)”的建設(shè)目標(biāo)。

1 一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)

一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)是在一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備一體化、信息通信網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)上，建設(shè)變電站的統(tǒng)一信息平臺和一體化監(jiān)控系統(tǒng)，為電網(wǎng)運行控制、設(shè)備運行監(jiān)視和變電站維護(hù)管理提供一站式的運維支撐服務(wù)，跨專業(yè)協(xié)同應(yīng)用，實現(xiàn)了變電站“可觀測、可控制、可管理”的目標(biāo)。該系統(tǒng)滿足簡潔高效原則、一體化原則、智能化原則、可靠性原則。

智能變電站的通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)符合DL/T 860實施技術(shù)規(guī)范要求。一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)基于OS2架構(gòu)，建立站內(nèi)全景數(shù)據(jù)的統(tǒng)一信息平臺，通過標(biāo)準(zhǔn)化模型和服務(wù)接口，實現(xiàn)各子系統(tǒng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化存取訪問以及和調(diào)度等其他系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化深度交互。

智能變電站應(yīng)能實現(xiàn)站內(nèi)信息的全面采集、分析和應(yīng)用，并進(jìn)行可視化展示，為變電站日常運維、異常處理、檢修安排及事故分析提供技術(shù)手段和輔助決策依據(jù)，實現(xiàn)狀態(tài)評估、態(tài)勢感知、狀態(tài)檢修功能，提高變電站智能運維管理水平。

該110 kV變電站為配合核心區(qū)內(nèi)智能電網(wǎng)建設(shè)，按照智能變電站建設(shè)要求進(jìn)行設(shè)計，建設(shè)變電站統(tǒng)一信息平臺和一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)。一體化智能監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 變電站一次主設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)

變電站一次主設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)對變電站一次主設(shè)備的運行狀態(tài)參數(shù)的實時采集，建立變電站一次主設(shè)備運行狀態(tài)綜合數(shù)據(jù)庫，自動生成設(shè)備狀態(tài)參數(shù)報表和變化趨勢曲線，對設(shè)備狀態(tài)的歷史參數(shù)進(jìn)行橫向比較分析、趨勢分析等，對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行初步診斷，為專家診斷系統(tǒng)提供支撐，通過網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)對變電站一次主設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、診斷和評估。

某110 kV變電站一次主設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件擬集成在一體化監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，作為一體化監(jiān)控系統(tǒng)的一個高級應(yīng)用模塊，實現(xiàn)對系統(tǒng)的一體化監(jiān)控。一次主設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測采集到的運行數(shù)據(jù)按61850協(xié)議建模，并將數(shù)據(jù)上傳至統(tǒng)一信息平臺，實現(xiàn)跨專業(yè)協(xié)同作業(yè)。

為了實現(xiàn)對全站一次主設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)測的全覆蓋，該110 kV變電站擬配置一批設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，如表1所示。

3 變電站二次設(shè)備智能運維系統(tǒng)

變電站二次設(shè)備智能運維系統(tǒng)能準(zhǔn)確推斷故障設(shè)備、故障類型（可定位到插件），實現(xiàn)設(shè)備智能缺陷診斷，構(gòu)建集“狀態(tài)評估、遠(yuǎn)程巡視、故障分析、應(yīng)急指揮”于一體的二次設(shè)備智能運維體系，實現(xiàn)變電站二次系統(tǒng)不停電檢修與改擴(kuò)建，實現(xiàn)變電站二次系統(tǒng)運行方式識別與在線風(fēng)險評估，提高變電站二次系統(tǒng)運維的管理水平、效能水平，進(jìn)一步保障電網(wǎng)運行安全。

4 變電站智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)

4.1 ? ?室外場地巡檢機(jī)器人系統(tǒng)

該110 kV變電站按無人值班變電站要求建設(shè)。為配合核心區(qū)內(nèi)智能電網(wǎng)建設(shè)，按智能變電站標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，開展變電站機(jī)器人巡檢建設(shè)，采用完全自主或遙控的方式對站內(nèi)室外一次設(shè)備的部分項目進(jìn)行巡檢。巡檢機(jī)器人全自主模式包括例行和特巡兩種方式，在例行方式下，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的巡檢內(nèi)容、時間、周期、路線等參數(shù)信息，自主啟動并完成巡視任務(wù);特巡方式由操作人員選定巡視內(nèi)容并手動啟動巡視，機(jī)器人可自主完成巡檢任務(wù)。遙控巡檢模式由操作人員手動遙控機(jī)器人，完成巡視工作。

無軌導(dǎo)航技術(shù)：本技術(shù)利用激光雷達(dá)傳感器進(jìn)行定位導(dǎo)航，實現(xiàn)變電站的無軌化導(dǎo)航巡檢，無軌化導(dǎo)航指的是不通過事先預(yù)埋的磁軌或其他形式的軌道實現(xiàn)巡檢裝置自主行走的導(dǎo)航方案。本巡檢裝置無軌化導(dǎo)航方案通過激光雷達(dá)導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn)，該系統(tǒng)主要包括激光雷達(dá)定位技術(shù)和導(dǎo)航控制技術(shù)。

多適應(yīng)性底盤技術(shù)：巡檢機(jī)器人可根據(jù)變電站內(nèi)地面環(huán)境的多樣性，如水泥地、草地、電纜蓋板、坡道等，能夠在以上幾種地形中自由方便地進(jìn)出，不受地面環(huán)境阻礙。

圖像識別技術(shù)：對檢測裝置采集到的表計圖像，需要應(yīng)用到圖像識別技術(shù)，對表計的讀數(shù)（指針式或者數(shù)字式）進(jìn)行自動采集識別，并判斷是否存在異常運行情況，若有異常則提出報警。圖像識別視覺算法使用SuroSearchMax技術(shù)對圖像中的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行配準(zhǔn)與提取，然后通過模式識別技術(shù)對儀表進(jìn)行識別與讀數(shù)判別。

4.2 ? ?室內(nèi)軌道巡檢機(jī)器人系統(tǒng)

室內(nèi)軌道機(jī)器人系統(tǒng)包括軌道、機(jī)器人本體、本地監(jiān)控后臺軟硬件、機(jī)器人充電座及相關(guān)導(dǎo)航裝置、通信設(shè)備等。變電站機(jī)器人巡檢建設(shè)，采用完全自主或遙控的方式對站內(nèi)保護(hù)室及GIS室內(nèi)保護(hù)屏柜的部分項目進(jìn)行巡檢。全自主模式包括例行和特巡兩種方式。

巡檢內(nèi)容應(yīng)包括但不限于：（1）設(shè)備外觀;（2）設(shè)備本體和接頭的溫度;（3）壓板投退狀態(tài);（4）裝置狀態(tài)指示燈;（5）空開位置識別;（6）檔位位置識別。

變電站采用機(jī)器人巡檢方式，為無人值守變電站的推廣應(yīng)用提供了新型的技術(shù)檢測手段，代替巡檢人員對站室外一次設(shè)備的部分項目進(jìn)行巡檢，對設(shè)備自動進(jìn)行溫度測量，對圖像進(jìn)行分析和判斷，及時發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備缺陷、外觀異常問題，可以提高變電運行人員工作效率，減輕變電運行人員的工作強度。如遇雷雨天氣，巡檢機(jī)器人可以代替運行人員檢查設(shè)備。

5 變電站智能輔助控制系統(tǒng)

5.1 ? ?視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

該110 kV變電站配置了一套視頻及環(huán)境監(jiān)控站端系統(tǒng)，對變電站現(xiàn)場視頻及各種環(huán)境信息進(jìn)行采集、處理、監(jiān)控，實現(xiàn)變電站“無人值班，有人值守”的建設(shè)目標(biāo)。

視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)由RPU、視頻監(jiān)控設(shè)備、環(huán)境量采集設(shè)備、報警控制設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備等組成。

監(jiān)控對象：變電站廠區(qū)內(nèi)環(huán)境、主變壓器外觀及中性點接地刀閘、變電站內(nèi)各主要設(shè)備間（包括大門、電氣二次設(shè)備室、10 kV配電裝置室等）。

5.2 ? ?智慧安防系統(tǒng)

該110 kV變電站基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，構(gòu)建城市安全生產(chǎn)智慧監(jiān)管平臺，融合物聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)、衛(wèi)星遙感、視頻監(jiān)控等多種安監(jiān)數(shù)據(jù)監(jiān)測與感知技術(shù)，實現(xiàn)全方位、大范圍、高精度、實時動態(tài)的安監(jiān)數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)安監(jiān)信息一網(wǎng)實時感知、一云全盤分析、多端及時預(yù)警、全域應(yīng)急聯(lián)動。

智慧安防系統(tǒng)應(yīng)用場景：（1）生產(chǎn)場所智能安保;（2）基于人功智能視頻在線監(jiān)控;（3）電子 3D圍欄;（4）智能聲光警示、渣土收納場智能安全監(jiān)測。

5.3 ? ?智慧消防系統(tǒng)

智慧消防系統(tǒng)綜合利用RFID（射頻識別）、無線傳感、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，依托有線、無線、移動互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代通信手段，整合已有的各數(shù)據(jù)中心，擴(kuò)大監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量，完善系統(tǒng)的報警聯(lián)動、設(shè)施巡檢、單位管理、消防監(jiān)督等功能。

智慧消防系統(tǒng)實現(xiàn)的功能包括：（1）報警功能;（2）信息記錄和重放功能;（3）指揮功能，接警中心可隨時調(diào)出消防系統(tǒng)的相關(guān)信息和資料;（4）火災(zāi)定位;（5）快速制圖和應(yīng)急分析。

5.4 ? ?實時環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

該110 kV變電站應(yīng)用信息化技術(shù)及新的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對污染源及環(huán)境質(zhì)量實施長期、連續(xù)、有效的監(jiān)測。

智能變電站安裝了各種儀器，如大氣檢測儀、水質(zhì)監(jiān)測儀、UPS等設(shè)備，實現(xiàn)實時環(huán)境監(jiān)控的可視化，還需要攝像機(jī)、聲光報警器、溫濕度檢測儀、煙感報警器、數(shù)采儀等設(shè)備。數(shù)采儀設(shè)備不僅可以接入傳統(tǒng)的水質(zhì)、大氣等監(jiān)測儀數(shù)據(jù)，還能夠接入攝像機(jī)、環(huán)境等傳感器數(shù)據(jù)。智能變電站結(jié)合視頻監(jiān)控形成一套完備的綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)，達(dá)到無人值守目的，實時了解變電站的信息，監(jiān)督動力設(shè)備運行和環(huán)境的狀態(tài)信息。

實時環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能包括：實時監(jiān)測一氧化碳、硫化氫、氧氣、甲烷、溫濕度、水位、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、顆粒物（PM2.5/PM10）、噪聲、甲醛、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速等。

5.5 ? ?門禁系統(tǒng)

該110 kV變電站站內(nèi)主控室等關(guān)鍵房室設(shè)置了門禁系統(tǒng)，具備授權(quán)進(jìn)入、數(shù)據(jù)儲存、非法開啟告警、應(yīng)急開鎖、故障顯示等功能。在人員進(jìn)出口位置設(shè)置聲光報警裝置，與門禁系統(tǒng)聯(lián)動，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或隧道中有毒害氣體威脅人身安全時發(fā)出告警。

6 結(jié)語

在“十二五”期間，國家電網(wǎng)公司大力開展智能變電站試點工作，建立了智能變電站關(guān)鍵技術(shù)基本理論、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，積累了豐富的建設(shè)經(jīng)驗，為全面推廣建設(shè)智能變電站奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)國家電網(wǎng)公司發(fā)布的“十三五”規(guī)劃戰(zhàn)略要求，預(yù)計在“十三五”期間，國家電網(wǎng)公司將在智能電網(wǎng)的變電環(huán)節(jié)加大新建智能變電站的投入力度，并對原有變電站進(jìn)行智能化改造，預(yù)計智能化改造率達(dá)到100%。由此可見，智能變電站在國家電網(wǎng)建設(shè)中的重要性，隨著我國對智能變電站建設(shè)重視度的不斷提高，智能變電站產(chǎn)業(yè)將迎來更大的發(fā)展機(jī)遇。

收稿日期：2020-08-13

作者簡介：屠智輝（1983—），男，廣東佛山人，高級工程師，高級經(jīng)濟(jì)師，二級建造師，研究方向：電力管理、電力技術(shù)、新能源電力應(yīng)用、電力運維平臺信息化管理。