基于模塊化建設2.0版變電站智能輔控系統研究

國網冀北電力有限公司工程管理分公司 喬 平 中國電力科學研究院有限公司 郁舒雁

變電站內傳統輔助生產系統一般包括環境監測系統、采暖通風控制系統、水泵控制系統、火災報警系統、視頻監控系統、安防報警系統等，根據主變壓器容量還可能配置主變消防系統等輔助設施。這些系統設備供貨廠家多種多樣，技術水平參差不齊，包含的內容廣，系統內設備之間的接口復雜多樣，系統間的通信規約一般不能兼容，通常設置硬接點將簡單的報警信號發送給各自的監控后臺。由于缺乏系統集成機制，各類輔助系統獨立工作，基本無聯動功能，效率低，缺乏互動。當輔助設備發生重大問題，往往影響到站內電氣設備正常運行時運行維護人員才能發現，容易將安全隱患拖延為安全事故。

為推進變電站模塊化建設技術迭代提升，實現“主要設備更集成、二次系統更智能、預制裝配更高效、建設運行更環?！?，遵循“安全可靠、先進適用、經濟合理、建設高效、運維便捷”的原則[1]，國家電網有限公司制定了變電站模塊化建設2.0版技術導則，對輔助設備智能監控系統的技術規范做了進一步的明確和提升。

冀北白土窯500kV變電新建工程作為國網公司變電站模塊化建設2.0版的示范工程，應用了25項關鍵技術中的18項，建立了一套先進完整的智能輔控系統，將變電站站內各種輔助生產設施有機整合、統一管理，為變電站的安全防范、設備運行提高相應的聯動及應急處理能力，為運行維護人員提高管理質效提供更為可靠、直接和全面的手段。

1 智能輔控系統架構

變電站輔助設備智能監控系統不同于變電站監控系統，是專門用于對變電站各種輔助生產系統進行整合、優化、管理、控制的綜合系統，由綜合應用服務器、智能巡視主機、各子系統前端設備及通信設備組成[2]。智能輔控系統架構如圖1所示。站控層統一采用DL/T 860通信報文。一次設備在線監測、火災消防監測、安全防衛監測、動力環境監測、智能鎖控等子系統部署于安全Ⅱ區，信息接入綜合應用服務器，并通過Ⅱ區網關機與運維主站交互信息，智能巡視子系統部署于安全Ⅳ區，信息接入智能巡視主機，與運維主站智能巡視集中監控系統交互信息。

圖1 智能輔控系統架構

2 子系統功能描述及應用

白土窯500kV變電站智能輔控系統包含一次設備在線監測子系統、火災消防監測子系統、安全防衛監測子系統、動力環境監測子系統、智能鎖控子系統、智能巡視子系統等，實現一次設備在線監測、火災報警、安全警衛、動力環境監視及控制、智能鎖控、圖像監視信息的分類存儲、智能聯動及綜合展示等功能。

2.1 一次設備在線監測子系統

一次設備在線監測子系統主要實現變電站主設備的狀態監測，關鍵指標包括主變壓器的油溫及油位、油中溶解氣體、鐵芯夾件接地電流，GIS（HGIS）、斷路器的絕緣氣體密度、開關柜觸頭溫度，避雷器的泄漏電流等。

白土窯工程針對每臺主變配置了本體油位數字化遠傳表計、油面溫度數字化遠傳表計、繞組溫度數字化遠傳表計、1套油中溶解氣體在線監測單元、1套鐵芯/夾件接地電流在線監測裝置；對HGIS每個絕緣氣室配置1臺絕緣氣體密度數字化遠傳表計；上述表計、在線監測裝置等前端設備實時采集各一次設備狀態信息，點對點傳輸至就地配置的監測終端（IED），監測終端采用DL/T 860協議將數據打包發送給站控層綜合應用服務器，并發送給輔助設備監控主機。

2.2 火災消防監測子系統

火災消防監測子系統包括模擬量變送器、消防信息傳輸控制單元、火災自動報警系統等設備，能夠實時監測消防電源電壓、消防管網壓力、消防水池液位的狀態信息，實時采集、傳輸站內火災報警信息，實現消防聯動控制?；馂淖詣訄缶到y內的前端設備通過總線上送數據至消防信息傳輸控制單元，消防信息傳輸控制單元采用DL/T 860協議將數據打包發送給站控層綜合應用服務器，并發送給輔助設備監控主機。

2.3 安全防衛監測子系統

安全防衛監測子系統包括安防監控終端、聲光報警器、防盜報警控制器、緊急報警按鈕、門禁控制器、電子圍欄、紅外雙鑒探測器、紅外對射探測器等設備。前端設備通過RJ45、I/O、RS485等接口方式與安防監控終端進行通訊，安防監控終端采用DL/T 860協議將數據打包發送給站控層綜合應用服務器，并發送給輔助設備監控主機，實現全站安全警衛信息的采集和監控。

白土窯工程配置1套安防監控終端，在圍墻四周采用電子圍欄布防，大門上方配置1對紅外對射探測器，主控通訊樓、二次設備室等出入口配置紅外雙鑒探測器；對未使用門禁刷卡授權進站、攀爬圍墻、翻越大門等非法入侵行為，由圍墻上方的電子圍欄及進站大門上方的紅外對射探測器發送信號至防盜報警控制器進行聲光報警，并聯動智能巡視系統攝像機，推送報警區域的視頻畫面，清晰顯示人員活動情況。

2.4 動力環境監測子系統

動力環境監測子系統包括動環監控終端、空調控制器、照明控制器、除濕機控制箱、風機控制器、水泵控制器、溫濕度傳感器、微氣象傳感器、水浸傳感器、水位傳感器、絕緣氣體監測傳感器等設備。前端設備通過RS485、I/O等接口方式與動環監控終端進行通訊，動環監控終端采用DL/T 860協議將數據打包發送給站控層綜合應用服務器，并發送給輔助設備監控主機，實現全站環境數據的實時采集和監控。

白土窯工程在主控通訊樓、二次設備室、SVG室均配置溫濕度傳感器，在HGIS設備下方落地安裝SF6/O2傳感器，在電纜層、室外電纜溝等電纜集中區域配置水浸傳感器，在集水井配置水位傳感器，對空調、水泵、風機等設備配置控制器，在戶外場區及重要設備房間配置照明控制器，在主控通訊樓樓頂配置1套一體化微氣象傳感器，采集室外溫度、濕度、風速、風向、氣壓、雨量等數據，對應各傳感器、控制器配置了動環監控終端。通過預先設定環境信息的告警值，系統能夠對各類異常環境及時告警并觸發智能聯動設置，控制相關設備及時防范。

2.5 智能鎖控子系統

智能鎖控子系統包括鎖控監控終端、電子鑰匙、鎖具等配套設備。系統具備對變電站內各類鎖具（不含防止電氣誤操作的鎖具）和電子鑰匙的控制和管理功能，實現開鎖權限、開鎖記錄和開鎖流程的智能化管控；具備身份認證功能，包括刷卡、密碼等多種認證方式；具備上送開鎖任務、人員及鎖具配置信息，下發開鎖任務到電子鑰匙等功能；具備在網絡故障情況下通過鎖控監控終端直接對鑰匙進行授權操作功能，并對授權信息和開鎖信息進行記錄。

2.6 智能巡視子系統

智能巡視子系統由巡視主機、視頻設備等組成[3]，實現數據采集、自動巡視、智能分析、實時監控、智能聯動、遠程操作等功能。智能巡視子系統采用分層、分布、開放式的網絡構架，由站層設備和前端設備構成，部署在安全IV區。系統通過1套物理隔離設備與站內安全I/II區系統互連，通過綜合數據網與運維主站智能巡視集中監控系統交互信息。

白土窯工程在站控層配置1套巡視主機、1套存儲設備、1套網絡交換機等設備；智能巡視主機部署在主控通訊樓，對視頻設備實現統一接入、下發控制指令和分析巡視結果，并與上級系統進行交互；在站區大門、站內場地、戶外設備區、各房間均安裝球形攝像機，戶外設備區另外安裝云臺攝像機，對變電站進行常規監視，兼顧環境狀態、人員行為及設備狀態分析；對變壓器等重要一次設備區域配置高清固定攝像機、紅外熱成像攝像機、聲紋監測裝置等，滿足遠程在線巡視的布點需求；在主控通訊樓樓頂裝設全景攝像機，用于站內環境監視和設備區全景監視及盲區覆蓋；在站區大門正對入口處應安裝槍型攝像機，識別記錄進入人員及車輛車牌。

3 智能輔控系統應用成效

3.1 智能聯動

智能聯動含主輔聯動、子系統間聯動及子系統內部聯動功能。白土窯工程智能輔控系統可實現以下智能聯動功能。

當主設備監控系統收到設備變位信號、保護裝置越限信號、動作信號、告警信號時，向智能輔控系統發出聯動巡視需求；智能巡視主機根據聯動規則，自動生成巡視任務，由視頻設備對相關點位進行巡視，返回巡視結果。在智能巡視主機巡視期間，支持向監控主機和綜合應用服務器發送聯動任務并實現聯動控制；檢測到室內SF6氣體濃度超標時，能啟動報警并自動開啟風機；智能巡視主機自動調取附近視頻設備的監控畫面，跟蹤記錄處理過程。

檢測到火情時，火災報警系統聯動智能巡視主機，控制報警設備所在區域視頻設備跟蹤拍攝火災情況，安防子系統自動解鎖房間門禁，動環子系統立刻切斷區域內各類電機電器的電源；檢測到非法入侵時，安防子系統聯動動環子系統主動打開報警防區的燈光照明，聯動智能巡視主機調取報警區域視頻設備的監控畫面，并啟動報警功能；檢測電纜溝或電纜層遭到水浸或水位越限時，動環子系統自動開啟水泵排水并發出警報；強對流天氣發生時，系統會實時記錄環境信息并上傳告警，同時聯動對應設備做出防范；用戶可以通過自定義設置，實現站區照明、暖通空調、環境監測等設備之間的聯動。例如，系統實時采集設備室內溫濕度信息，自動開啟或關閉空調、風機、電暖器等設備。

3.2 綜合應用成效

提高運行安全性：智能輔控系統實現功能共享、數據共享、統一管理及廣泛聯動，能夠及時發現并預防故障，降低事故風險，同時也加強了運行維護人員應急處理和反應能力，有效防范意外災害和突發事件；降低維護成本：智能輔控系統將輔助生產子系統的高度集成，可以進行先期預警和故障診斷，便于遠方人員掌控變電站狀況，提升管理質量和效率，降低人工巡查、維修的時間和成本；提高生產效率：智能輔控系統能夠快速檢測和定位故障，大大降低故障查找和修復時間，能夠更快地恢復正常運行，提高生產效率。

延長設備壽命：通過全方位多手段實時聯網監測和智能分析變電站的環境條件和設備狀態，各個子系統智能聯動實現主輔設備運行狀態的實時采集和自動調節，保證設備長期處于健康工況，有效延長設備使用壽命；消除“信息孤島”：通過變電站全局信息收集與建模、全局數據共享、集中管理，統一分類存儲、自動處理和綜合展示所有數據信息，為輔助生產設備及運行環境提供全局信息庫，從根本上消除“信息孤島”；提升變電站管理水平：智能輔控系統各類子系統信息模型和通信接口采用DL/T 860標準，規范信息傳輸方式和通信規約，實現網絡結構規范化和通信規約標準化，為實現統一化管理奠定基礎，為變電站的優化管理提供有力支持。

綜上所述，本文分析了變電站傳統輔助設備監控系統在系統集成與聯動方面的缺點，提出建設符合變電站模塊化建設2.0版技術要求的輔助設備智能監控系統，結合冀北白土窯工程實踐闡述了智能輔控系統的架構及各子系統功能，總結了工程應用成效。在變電站模塊化建設深入應用階段，后續工程必將綜合應用全景數據、網絡平臺、廣泛物聯等先進技術，實現變電站設備狀態全面感知、主輔設備遠程監控，進一步提高變電站自動化、模塊化、智能化水平。