智慧變電站全面監控系統技術分析

顧明遠

（國電南瑞南京控制系統有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

近年來，隨著國家經濟的快速發展，變電站設備規模不斷擴大，運維要求不斷提高，當前運維管理模式與設備快速增長的矛盾日益凸顯。為滿足電力系統中運維管理中心對變電站中各類設備的多元化管理需求，需部署一套設備全面輔助監控系統。該系統不同業務應用的監控點網絡互聯互通、信息資源共享、應用功能完備，滿足視頻監控系統全局化、整體化的發展需求。智慧變電站技術是在智能變電站技術基礎上的不斷創新和變革，其融合了人工智能、物聯網等新技術，對變電站環境量、物理量、狀態量及電氣量進行全面采集[1]。

1 系統拓撲

1.1 聯網模式

智慧變電站輔助設備全面監控系統由站內在線監測、視頻監控、巡檢機器人、環境監測、消防及照明控制等子系統組成，可以實現數據的共享與聯動、運行監視等功能。輔助設備監控系統包括監控系統主機、工作站、巡檢機器人主機及視頻主機等主要設備，監控主機部署在安全Ⅱ區，視頻主機部署在安全Ⅳ區，Ⅱ區部分通過調度數據網實現信息交互，Ⅵ區通過綜合數據實現信息交互。

智慧變電站輔助設備全面監控系統承載于電力綜合數據網，用于前端與中心之間的通信。前端系統的遙視、遙測、遙信數據可上傳至中心，供坐席監控人員調用查看，并實現遠程遙控。

地市調控中心部署有監控平臺的服務端及客戶端，可管理地市所有變電站的設備，接收由前端上報的設備和環境信息。地市調控中心的軟件平臺能夠與SCADA事務服務器通信，實現調度自動化系統的可視化操作復核。根據電網公司的管理模式，變電站的運維工作由各運維站承擔，因此在各運維站將部署坐席工作站。各坐席工作站按區域進行授權，滿足坐席監控人員對所轄區域現場圖像、環境及設備工況信息查看、設備遙控的需求。

1.2 單站模式

在單站模式下，平臺服務器及工作站和前端系統將部署在同個變電站，一般會部署在運維站，應用功能和聯網模式沒有區別，最大差別在于生產系統聯動。

方式一：通過軟報文方式實現一鍵順控反饋。通過正向隔離裝置，通信服務器將接收順控主機的信號。通過反向隔離裝置，通信服務器將反饋一鍵順控過程中分合閘位置分析結果給順控主機。通過硬節點方式實現一鍵順控反饋。

方式二：通過正向隔離裝置，管理服務器將接收順控主機的信號。一鍵順控過程中分合閘位置分析結果的反饋，管理服務器輸出分析結果，通過動環監控報警主機，經繼電器模塊和測控裝置，最后反饋至順控主機。

2 系統功能

智慧變電站全面監控輔助系統功能多樣性，應包含優化運維監控所需的各類便捷功能，主要功能應包括但不限于實時視頻監控、視頻存儲回放、視頻分析、紅外線測溫、門禁人臉比對、門禁可視對講、環境在線監測、現場智能聯動、消防數據遠傳、設備遠程巡檢、生產業務聯動、告警管理、遠程維護、系統對時及系統管理等功能。

2.1 實時視頻監控

實時視頻監控主要對象為攝像機和視頻處理單元，能夠實時獲取監控區域內清晰的監控圖像，各種類型的攝像機（云臺、球機、卡片機等）可以滿足各類監控區域的需求。視頻監控信息包括1/4/9/16多畫面的預覽方式，支持多角度抓拍、多畫面監控、變倍控制及視頻內容有無違規分析等。

2.2 視頻存儲回放

變電站內各類巡檢監控設備的音視頻信息能夠實時存儲，監控系統應采用成熟的穩定的數據庫，存儲時間應≥90天，運行日志存儲應≥1年，支持中心平臺按需進行錄像檢索，并通過流轉發方式回放或下載指定時間的錄像。

2.3 視頻分析功能

支持對設備狀態分析、人員行為分析、環境狀態分析以及視頻質量診斷。

2.4 紅外在線測溫

紅外在線測溫包括在線監測、環境監測等，可通過紅外的方式檢測一次設備（變電器、GIS斷路器、避雷器等）運行狀況，監測環境變化對設備的影響，一旦發現紅外圖像出現異常，輔助全面監控系統及時發出報警信號，同時保存歷史數據，以便調閱分析。

2.5 門禁人臉比對

人臉識別一體機內置人臉庫，當識別出是在庫人員，聯動電鎖開啟。

2.6 門禁可視對講

不在庫人員或未被識別人員可通過人臉識別一體機內置的可視對講呼叫運維班值班人員，出示工作票和工作證并經過驗證后，會通過運維班值班人員遠程開啟門禁。

2.7 環境在線監測

通過各類傳感器可以實現室內外溫濕度、風機、空調、水浸等對象的監控，可以實現風速、風向、雨量、溫濕度、水位、空調控制及水泵控制等功能需求。通過動環規轉主機收集信息轉發至全面監控系統，監控系統生成曲線和報表，以便實時監控，能夠在環境出現異常時及時發出告警信號聯動處理。

2.8 現場智能聯動

全面監控系統可以實現主輔設備之間的聯動、輔助設備之間子系統的聯動。主輔設備聯動即為對一次設備的遙控指令能夠根據操作命令選擇相應的視頻信息預覽，能夠對一次設備的異常變位選擇相應的視頻信息預覽并同步錄像。輔助設備之間子系統的聯動有：當有安全防范入侵系統時能夠自動打開警防區的燈光照明聯動視頻監控，彈出視頻監控預覽窗口并同步錄像；能夠與消防之間實現聯動，聯動消防照明，啟動聲光報警，支持空調、風機的開啟與關閉等功能。

2.9 設備遠程巡檢

輔助系統全面監控系統包括視頻監控，通過提前部署的視頻信息或巡檢機器人可實現自動巡檢代替人工的預案。部署之前先制定各類站內巡檢的方案，制定巡檢要求。巡檢過程中記錄存儲并分析巡檢結果，對存在嚴重安全隱患的及時出發提醒。巡檢結束能夠輸出巡檢分析報告。

2.10 生產業務聯動

通過通信服務器對接后，當遙控操作或設備故障時，輔助設備全面監控系統將收到生產系統（調度自動化系統、站端順控主機）發送的信號，聯動相關監控點的預置點實現抓圖上傳，實現可視化運行管理。

2.11 告警管理功能

中心平臺接收變電站前端系統的信號，能夠形成告警事件，并支持告警信息儲存管理；支持處理多事件多點告警，告警信息不得丟失和誤報。

2.12 系統對時功能

全面監控系統應支持主流對時方式對時，時鐘源應采用變電站統一的時間同步系統，輔助設備監控主機采用簡單網絡時間協議（Simple Network Time Protocol，SNTP）方式，網關機、巡檢主機、采集模塊等采用IRIG-B或簡單網絡時間協議。

2.13 系統管理功能

全面監控系統管理應支持用戶及權限的管理，支持告警等級分類與提示方式設置，支持聯動策略配置，支持視頻錄像、數據日志等存儲與備份。

3 核心應用

3.1 設備溫度監控

變電站原有設備紅外測溫方式，基本采用便攜式紅外測溫儀，由運維人員以人工巡檢方式進行，由于使用中的不便和方法中存在缺陷，無法滿足變電站全面監控系統實時性、安全性、可靠性和易用性等方面日益增長的需求。

采用紅外在線測溫方式，能夠實現設備自動巡檢、異常報警及溫度分析等功能，提高運行人員對設備缺陷識別能力和預見性。溫度預警后，運維人員能及時采取相應的措施，用減少負荷或改變系統運行方式等手段，確保設備運行的安全。

3.2 設備遠程巡檢

設備遠程巡檢應用主要根據變電站巡檢規程，配置巡檢類型，結合視頻能力對站內的電氣設備按計劃進行人工以及智能巡檢。人工巡檢是指人工按順序對電氣設備下的巡檢點位通過人工抓圖、錄像、巡檢記錄等方式進行巡檢。智能巡檢是指進行自動抓圖并對配有智能分析項的進行智能分析，最終人工進行確認的一套流程。

3.3 可視生產復核

當平臺通過通信服務器與SCADA事務服務器（調度自動化系統）、順控主機（一鍵順控系統），可視生產復核主要應用如下。

在船員管理過程中，不管是在編船員還是外包船員都應該一視同仁，平等對待，強化以人為本的管理理念，一方面增強對他們的尊重和信任，包括尊重人格、勞動權益、確保獲得知情權、參與權等；另一方面船舶管理部門突出服務意識，強化服務功能，多組織慰問活動，尤其在重大節日和航標集中保養期間，工會部門多下基層，到船舶送慰問品，增強他們對單位的認同感和歸屬感。

以220 kV場地一個線路間隔為例，主要包括母線側隔離開關（俗稱母線刀閘，分正母刀閘、付母刀閘）、斷路器（俗稱開關）、線路側隔離開關（俗稱線路刀閘）等帶電設備，如圖1所示。

圖1 變電站220 kV典型線路間隔示意圖

合閘操作可遙控操作，首先合上正母刀閘或者付母刀閘，其次合上線路刀閘，最后合上開關。

分閘操作可遙控操作，首先斷開開關，其次斷開線路刀閘，最后斷開正母刀閘或者付母刀閘。

開關中的SF6氣體具有滅弧功能，使開關能夠帶電分合。

合上開關是在合閘操作最后一步執行，斷開開關是在分閘操作第一步執行。

當執行遠方遙控操作時，生產系統對某設備發出遙控指令后，系統自動顯示該設備的所有現場圖像信息，以及該設備所在區域的工業環境信息。操作人員通過查看視頻預覽信息可以確認一次設備真實狀態，實現數據三確認，確保了操作的準備性、可靠性和安全性。

3.4 設備跳閘視頻復核

當某條線路出現故障時，開關跳閘由合位到分位，故障信息通過事件報文上送至生產系統（EMS系統/SCADA系統），系統自動彈出故障設備的所有圖像信息以及該設備所在區域的工業環境信息，存儲錄像以便查看分析。

3.5 遙信變位智能分析

3.6 一鍵順控服務

一鍵順控操作和傳統人工倒閘操作相比較，除了節約操作人時，還能節省交通成本、降低交通風險。一鍵順控服務將輸出圖像智能分析結果信號作為一鍵順控操作的輔助判據，基于可視生產復核而優于可視生產復核[2]。

4 系統特點

4.1 智慧物聯

本方案應用以視頻為核心的物聯網技術，通過智能攝像機、紅外熱成像、非視頻傳感器，綜合采集變電站內的人員行為、設備溫度及工況、環境狀態，實時在線連接站內的“人、機、環”，實現泛在物聯[3]。

4.2 邊緣智理

變電站實現了泛在物聯，部署有智能攝像機、紅外熱成像、人臉識別一體機及各類非視頻傳感器。

視頻監控類設備具備智能感知功能，能夠在設備端實現安全帽檢測、防誤跑間隔檢測、吸煙檢測，并通過外接音柱報警或內置聲光報警，提醒現場人員及時停止違章行為。人臉識別一體機具備人臉比對功能，比對成功能夠聯動開門。

非視頻傳感器主要實現數據采集功能，依托動環監控報警主機，實現觸發報警、閥值越限報警，除了聯動打開對應的攝像機畫面、切換預置位、抓拍、錄像，還能聯動對應的智能設備啟動，調節站內運行環境，確保電氣設備穩定運行。在突發情況下，即使與調控中心通信中斷，也能實現站內的邊緣智理。

4.3 物信融合

物信融合是電力物聯網與電力數據信息網的全面融合，其根本在于數據的打通和共用。過去大數據呈現大多采用平面方式，近年來企業會優先選擇三維地圖呈現方式，但三維地圖操作體驗不佳且后期擴容還需建模。通過AR實景畫面作為呈現底圖，真實感強，通過標簽點擊展開各類關聯數據，為運維管理提供多維數據支撐[4]。AR全景視圖應用實現秒級切換，操作便捷，即學即會，當發生突發事件時，大大提高了響應速度。AR全景視圖應用實現了物信融合，助力運維站全局監控，滿足現代化運維管理要求，提高了管理水平和工作效率。

5 結 論

智慧站全面監控技術，能夠為電網用戶“提質增效、安全生產”提供堅強的技術保障，助力電力物聯網建設[5]。建立功能完善的變電站輔助設備監控系統，實現輔助設備在運維班、地市公司遠程遙控、報警遠方確認、信號遠方復位，減少運檢人員往返現場時間，提高工作效率，降低運維成本，提升變電站輔助設備監控規范化、智能化水平。變電站輔助設備監控系統作為配套建設，提供視頻監控、安全防護、環境監測、輔助控制等功能，使變電站的運行更為安全、可靠，已成為變電站信息化建設的重要支撐部分。