110 kV變電站智能運維系統研究與應用

郭祝帆，游 旺，江輝鴻，朱 穎，尚育晶 ，柯 麗，胡 濱

（1.深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000；2.珠海電力設計院有限公司，廣東 珠海 519000；3.深圳供電規劃設計院有限公司，廣東 深圳 518054）

0 引 言

為貫徹落實中國南方電網有限責任公司《人工智能與業務發展深度融合專項規劃》文件要求，在110 kV變電站運行過程中，應針對現場作業、設施運行、狀態評價與監測等多方面開展智能化技術的應用與研究；針對深圳電網變電站運維存在的問題，結合110 kV變電站的特點，充分發揮智能化技術的有效性，提出110 kV變電站智能運維系統的應用研究方案，通過應用全國產化芯片服務器、5G攝像機、巡視機器人以及變電站程序化操作技術等緩解人工勞動壓力，提升變電站運行安全性，實現各個運行流程的智能化、自動化，最終實現變電站智能運維系統化管理，實時收集分析變電站系統運行數據，提升設備監測的有效性，確保110 kV變電站運行的安全性、穩定性，在開展日常維護、設備檢修、故障處理時能夠提供參考依據[1]。

1 變電站運維管理中存在的主要問題

目前，110 kV變電站在運維管理工作主要的問題體現在設備操作方面。由于110 kV變電站中的設備種類多樣，且不同設備的性能、要求以及運行狀態也完全不同，因此在運行過程中必須要嚴格按照相關標準和規定執行調度命令。然而，當人工操作變壓器或斷路器等一些帶電設備時，很容易發生安全事故，危險性相對較高。例如，當人員在切合空載變壓器時會產生過電壓，這不僅會損傷變壓器的絕緣功能，而且會導致變壓器空載電壓持續上升，就會直接影響變壓器的使用壽命。斷路器一旦發生線路故障就會停止運行。母線倒閘時也具有一定的危險性，包括繼電保護自動裝置切換故障會出現誤動現象[2]。

目前變電站中有很多的儀表、開關、指示燈，因設備的重要性，傳統采取人工巡檢，手工登記為主。依賴人工，巡檢結果取決于員工個體的責任心、細致度，費時費力；儀表數量很多，手工登記信息化程度比較弱，設備監測盲區多，很難實現過程管理[3]。

2 變電站智能運維體系結構

本文所構建的變電站智能運維系統如圖1所示。

圖1 變電站智能運維系統

3 智能運維系統配置方案

圖1所示智能運維系統基于110 kV變電站設備狀態智能監測、智能巡視、智能操作、智能視頻及環境監控及智能安防等，實現巡視無人化、操作自動化及運維少人化。

3.1 智能監測

按照《智能技術在生產技術領域應用路線方案》，堅持一次設備的“常態化”智能監測，推廣技術成熟、現場實用的在線監測技術應用。融合站內各類設備在線監測、離線檢測、運行工況、巡視維護以及移動終端等數據，并匯總衛星監測、氣象、地質以及水文等環境信息和人員作業情況，實現站端設備、人員、環境以及作業項目全維度狀態監測，及時掌握設備運行狀態，實現站端設備的精益化管控，優化設備檢修模式、有序推進狀態檢修技術應用。 智能監測具體要求如下文所述。

（1）每臺主變配置1套變壓器油色譜在線監測裝置。

（2）10 kV大電流開關柜（主變變低+分段）配置測溫光纖/聲表面波在線監測裝置。

（3）110 kV地理信息系統（Geographic Information System，GIS）配置1套局放在線監測裝置。

（4）110 kVGIS室配置1套SF6報警監測裝置。

（5）在線監測傳感器的布置滿足廣覆蓋、無死角、安全、可靠以及穩定的運行要求。

通過一次設備狀態監測數據智能化分析，深化狀態監測數據智能化分析應用，實現設備資產數據分析與狀態關鍵參數提取，對設備健康狀況進行全方位、多視角評價與風險預警，通過設備狀態實時評價準確把握和反映設備運行狀態，實現設備故障智能研判、準確定位與主動預警，提高設備運檢效率與狀態檢修輔助決策能力。

3.2 智能巡視

利用巡視機器人開展變電設備巡視，利用新一代人工智能技術，配合視頻系統、安防系統、環境系統以及針對生產設備運行參數檢測的在線監測裝置等，結合紅外、紫外、可見光監測等感知裝置采集設備數據及狀態信息，利用深度學習、云計算與大數據分析技術全面開展變電設備態勢感知分析，自動生成并推送巡視報告，實現設備自動化巡檢、數據智能化處理，接入全網生產巡檢數據集中管控平臺。同時，實現變電站內全天候、全方位、全自主的智能巡視，大幅替代人工巡視，降低運維人員勞動強度[4]。

3.2.1 巡視機器人

（1）繼電器及通信室、10 kV配電裝置室、3個電容器室各配置1套戶內掛軌機器人，共計5套。采用軌道吊裝，具備遠近拉伸功能，完成設備室監控。

（2）110 kV GIS室配置1套輪式巡視機器人。

3.2.2 紅外雙視攝像機

（1）主變區域：按臺配置紅外雙視攝像機，每臺主變配置1套，共3套；每臺主變中性點刀閘配置1套白光云臺攝像機，共3套。主要實現一次設備電流致熱及電壓致熱監測。

（2）380 V低壓配電室配置2套紅外雙視攝像機。

（3）攝像機具備光纖傳輸功能。

3.2.3 表計識別攝像機

110 kV GIS設備按間隔配置表計識別攝像機，避雷器泄露電流表、SF6密度表及開關動作次數表等按每個表計1個攝像機配置。對表計讀數進行拍照并上傳至狀態監測子站。

3.3 智能操作

按照智能化、移動化、協同化發展方向，推進變電站程序化操作。開展設備運行環境、位置狀態和風險管控自動識別技術研究應用，實現設備遠方操作的操作步驟與自動識別結果的安全動態校核。該方法使智能化變電站真正實現無人值班，達到變電站“減員增效”的目的；同時通過順控操作，減少或無需人工操作，最大限度地減少操作失誤，縮短操作時間，提高變電站的智能程度和安全運行水平。

（1）站端順控服務器1套，包括主機、顯示屏、鼠標及鍵盤等，在綜自系統中考慮。

（2）智能防誤主機1套，包括主機、顯示屏、鼠標及鍵盤等），在綜自系統中考慮。

（3）程序化操作后臺1套，包括正向隔離裝置1臺、反向隔離裝置1臺、縱向加密裝置2臺、后臺軟件及調試等。

（4）滿足程序化操作需求，110 kV GIS各間隔刀閘電機電源空開應具備遠程控制功能。

3.4 智能視頻及環境監控

3.4.1 可見光攝像機

可見光攝像機的安裝位置及數量如下。

（1）主控樓樓頂4個角各安裝1臺攝像機，共4臺。

（2）圍墻上支架安裝5臺球機。（3）變電站進站大門各安裝1臺球機，共2臺。（4）主控樓靠公路側大門5個門各安裝1臺固定攝像機，共計5臺。

（5）主控樓靠站內側大門6個門各安裝1臺固定攝像機，共6臺。

（6）接地變、站用變共安裝3臺攝像機。

3.4.2 環境監測配套裝置

（1）水浸傳感器：10 kV電纜溝每條1個，共3個；110 kV電纜溝每條1個，共2個；10 kV高壓室電纜層配2個。

（2）風速、光照、雨量傳感器：主控樓樓項安裝風速傳感器1個；主控樓樓頂安裝光照傳感器1個；主控樓樓頂安裝雨量傳感器1個。

（3）溫濕度控制器：#1-#2蓄電池室各配1個，共2個；繼電器及通信室共2個；運維監控室1個；10 kV高壓室2個；主變室每臺1個，共3個。

溫濕度控制器具備啟停加熱器功能。

3.4.3 空調控制器

每臺空調配置1個。

3.5 智能網關設備

一體化智能終端箱，每1樓層配置1個，用于終端裝置的統一供電和接入，含智能網關、數據轉換模塊、供電模塊等。

3.6 生產指揮終端

引進變電站三維系統模型，利用機器人、視頻監測、狀態監測以及環境監測等數據完成變電站的統一監控、指揮、管理。接入站內所有智能運維終端數據，完成軟件調試，提交入網安全測評報告，實現上線運行。

采用一體化機柜（800 mm×600 mm×2000 mm），全國產化設備，含服務器、人工智能（Artificial Intelligence，AI）計算模塊、存儲設備以及交換機等。

3.7 5G電力通信終端應用

落實南方電網5G研究應用總體工作部署，充分利用深圳地區5G技術快速發展的地緣優勢及創新成果，應在站端一次設備在線監測、智能視頻、環境監控、紅外雙視攝像機以及巡檢機器人等核心業務場景應用5G通信終端，實現5G網絡全覆蓋[5]。

4 實施過程中需注意的問題

（1）基于智能巡維系統的技術要求較高，實施過程中，電氣一次、土建專業需密切配合，完成前期的綜合布線工作，且電氣一次設備及現場均需預留智能運維監測終端設備的基礎及安裝位置，因此需盡早確定站端智能巡維系統的建設規模、配置形式，確保在一次設備的生產和土建施工圖的設計階段完成智能巡維設備的預留布點工作。

（2）由于智能巡維系統設備組成復雜，對供應商的集成及調試能力要求較高，應盡早開展智能巡維系統設備的專項招標工作，確定設備廠家，確保后續的工作如期完成。

5 結 論

綜上，順應智能化發展的大趨勢、大背景，以“智能運維+智能調控”為功能特征，110 kV變電站通過智能運維系統建設，提升設備狀態監視智能化水平，實現變電站系統信息的全面采集、分析和應用，為變電站系統的日常運維、異常處理、檢修安排及事故分析提供技術手段和輔助決策依據，實現狀態評估、態勢感知、狀態檢修。進一步提升變電站作為電網基礎運行單元的智能化水平，打造 “先行示范”效果明顯的智能變電站標桿模式，以點帶面，為智能電網發展、運維、管理、決策提供全面支撐。