智慧变电站全面监控系统技术分析

顾明远

（国电南瑞南京控制系统有限公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

近年来，随着国家经济的快速发展，变电站设备规模不断扩大，运维要求不断提高，当前运维管理模式与设备快速增长的矛盾日益凸显。为满足电力系统中运维管理中心对变电站中各类设备的多元化管理需求，需部署一套设备全面辅助监控系统。该系统不同业务应用的监控点网络互联互通、信息资源共享、应用功能完备，满足视频监控系统全局化、整体化的发展需求。智慧变电站技术是在智能变电站技术基础上的不断创新和变革，其融合了人工智能、物联网等新技术，对变电站环境量、物理量、状态量及电气量进行全面采集[1]。

1 系统拓扑

1.1 联网模式

智慧变电站辅助设备全面监控系统由站内在线监测、视频监控、巡检机器人、环境监测、消防及照明控制等子系统组成，可以实现数据的共享与联动、运行监视等功能。辅助设备监控系统包括监控系统主机、工作站、巡检机器人主机及视频主机等主要设备，监控主机部署在安全Ⅱ区，视频主机部署在安全Ⅳ区，Ⅱ区部分通过调度数据网实现信息交互，Ⅵ区通过综合数据实现信息交互。

智慧变电站辅助设备全面监控系统承载于电力综合数据网，用于前端与中心之间的通信。前端系统的遥视、遥测、遥信数据可上传至中心，供坐席监控人员调用查看，并实现远程遥控。

地市调控中心部署有监控平台的服务端及客户端，可管理地市所有变电站的设备，接收由前端上报的设备和环境信息。地市调控中心的软件平台能够与SCADA事务服务器通信，实现调度自动化系统的可视化操作复核。根据电网公司的管理模式，变电站的运维工作由各运维站承担，因此在各运维站将部署坐席工作站。各坐席工作站按区域进行授权，满足坐席监控人员对所辖区域现场图像、环境及设备工况信息查看、设备遥控的需求。

1.2 单站模式

在单站模式下，平台服务器及工作站和前端系统将部署在同个变电站，一般会部署在运维站，应用功能和联网模式没有区别，最大差别在于生产系统联动。

方式一：通过软报文方式实现一键顺控反馈。通过正向隔离装置，通信服务器将接收顺控主机的信号。通过反向隔离装置，通信服务器将反馈一键顺控过程中分合闸位置分析结果给顺控主机。通过硬节点方式实现一键顺控反馈。

方式二：通过正向隔离装置，管理服务器将接收顺控主机的信号。一键顺控过程中分合闸位置分析结果的反馈，管理服务器输出分析结果，通过动环监控报警主机，经继电器模块和测控装置，最后反馈至顺控主机。

2 系统功能

智慧变电站全面监控辅助系统功能多样性，应包含优化运维监控所需的各类便捷功能，主要功能应包括但不限于实时视频监控、视频存储回放、视频分析、红外线测温、门禁人脸比对、门禁可视对讲、环境在线监测、现场智能联动、消防数据远传、设备远程巡检、生产业务联动、告警管理、远程维护、系统对时及系统管理等功能。

2.1 实时视频监控

实时视频监控主要对象为摄像机和视频处理单元，能够实时获取监控区域内清晰的监控图像，各种类型的摄像机（云台、球机、卡片机等）可以满足各类监控区域的需求。视频监控信息包括1/4/9/16多画面的预览方式，支持多角度抓拍、多画面监控、变倍控制及视频内容有无违规分析等。

2.2 视频存储回放

变电站内各类巡检监控设备的音视频信息能够实时存储，监控系统应采用成熟的稳定的数据库，存储时间应≥90天，运行日志存储应≥1年，支持中心平台按需进行录像检索，并通过流转发方式回放或下载指定时间的录像。

2.3 视频分析功能

支持对设备状态分析、人员行为分析、环境状态分析以及视频质量诊断。

2.4 红外在线测温

红外在线测温包括在线监测、环境监测等，可通过红外的方式检测一次设备（变电器、GIS断路器、避雷器等）运行状况，监测环境变化对设备的影响，一旦发现红外图像出现异常，辅助全面监控系统及时发出报警信号，同时保存历史数据，以便调阅分析。

2.5 门禁人脸比对

人脸识别一体机内置人脸库，当识别出是在库人员，联动电锁开启。

2.6 门禁可视对讲

不在库人员或未被识别人员可通过人脸识别一体机内置的可视对讲呼叫运维班值班人员，出示工作票和工作证并经过验证后，会通过运维班值班人员远程开启门禁。

2.7 环境在线监测

通过各类传感器可以实现室内外温湿度、风机、空调、水浸等对象的监控，可以实现风速、风向、雨量、温湿度、水位、空调控制及水泵控制等功能需求。通过动环规转主机收集信息转发至全面监控系统，监控系统生成曲线和报表，以便实时监控，能够在环境出现异常时及时发出告警信号联动处理。

2.8 现场智能联动

全面监控系统可以实现主辅设备之间的联动、辅助设备之间子系统的联动。主辅设备联动即为对一次设备的遥控指令能够根据操作命令选择相应的视频信息预览，能够对一次设备的异常变位选择相应的视频信息预览并同步录像。辅助设备之间子系统的联动有：当有安全防范入侵系统时能够自动打开警防区的灯光照明联动视频监控，弹出视频监控预览窗口并同步录像；能够与消防之间实现联动，联动消防照明，启动声光报警，支持空调、风机的开启与关闭等功能。

2.9 设备远程巡检

辅助系统全面监控系统包括视频监控，通过提前部署的视频信息或巡检机器人可实现自动巡检代替人工的预案。部署之前先制定各类站内巡检的方案，制定巡检要求。巡检过程中记录存储并分析巡检结果，对存在严重安全隐患的及时出发提醒。巡检结束能够输出巡检分析报告。

2.10 生产业务联动

通过通信服务器对接后，当遥控操作或设备故障时，辅助设备全面监控系统将收到生产系统（调度自动化系统、站端顺控主机）发送的信号，联动相关监控点的预置点实现抓图上传，实现可视化运行管理。

2.11 告警管理功能

中心平台接收变电站前端系统的信号，能够形成告警事件，并支持告警信息储存管理；支持处理多事件多点告警，告警信息不得丢失和误报。

2.12 系统对时功能

全面监控系统应支持主流对时方式对时，时钟源应采用变电站统一的时间同步系统，辅助设备监控主机采用简单网络时间协议（Simple Network Time Protocol，SNTP）方式，网关机、巡检主机、采集模块等采用IRIG-B或简单网络时间协议。

2.13 系统管理功能

全面监控系统管理应支持用户及权限的管理，支持告警等级分类与提示方式设置，支持联动策略配置，支持视频录像、数据日志等存储与备份。

3 核心应用

3.1 设备温度监控

变电站原有设备红外测温方式，基本采用便携式红外测温仪，由运维人员以人工巡检方式进行，由于使用中的不便和方法中存在缺陷，无法满足变电站全面监控系统实时性、安全性、可靠性和易用性等方面日益增长的需求。

采用红外在线测温方式，能够实现设备自动巡检、异常报警及温度分析等功能，提高运行人员对设备缺陷识别能力和预见性。温度预警后，运维人员能及时采取相应的措施，用减少负荷或改变系统运行方式等手段，确保设备运行的安全。

3.2 设备远程巡检

设备远程巡检应用主要根据变电站巡检规程，配置巡检类型，结合视频能力对站内的电气设备按计划进行人工以及智能巡检。人工巡检是指人工按顺序对电气设备下的巡检点位通过人工抓图、录像、巡检记录等方式进行巡检。智能巡检是指进行自动抓图并对配有智能分析项的进行智能分析，最终人工进行确认的一套流程。

3.3 可视生产复核

当平台通过通信服务器与SCADA事务服务器（调度自动化系统）、顺控主机（一键顺控系统），可视生产复核主要应用如下。

在船员管理过程中，不管是在编船员还是外包船员都应该一视同仁，平等对待，强化以人为本的管理理念，一方面增强对他们的尊重和信任，包括尊重人格、劳动权益、确保获得知情权、参与权等；另一方面船舶管理部门突出服务意识，强化服务功能，多组织慰问活动，尤其在重大节日和航标集中保养期间，工会部门多下基层，到船舶送慰问品，增强他们对单位的认同感和归属感。

以220 kV场地一个线路间隔为例，主要包括母线侧隔离开关（俗称母线刀闸，分正母刀闸、付母刀闸）、断路器（俗称开关）、线路侧隔离开关（俗称线路刀闸）等带电设备，如图1所示。

图1 变电站220 kV典型线路间隔示意图

合闸操作可遥控操作，首先合上正母刀闸或者付母刀闸，其次合上线路刀闸，最后合上开关。

分闸操作可遥控操作，首先断开开关，其次断开线路刀闸，最后断开正母刀闸或者付母刀闸。

开关中的SF6气体具有灭弧功能，使开关能够带电分合。

合上开关是在合闸操作最后一步执行，断开开关是在分闸操作第一步执行。

当执行远方遥控操作时，生产系统对某设备发出遥控指令后，系统自动显示该设备的所有现场图像信息，以及该设备所在区域的工业环境信息。操作人员通过查看视频预览信息可以确认一次设备真实状态，实现数据三确认，确保了操作的准备性、可靠性和安全性。

3.4 设备跳闸视频复核

当某条线路出现故障时，开关跳闸由合位到分位，故障信息通过事件报文上送至生产系统（EMS系统/SCADA系统），系统自动弹出故障设备的所有图像信息以及该设备所在区域的工业环境信息，存储录像以便查看分析。

3.5 遥信变位智能分析

3.6 一键顺控服务

一键顺控操作和传统人工倒闸操作相比较，除了节约操作人时，还能节省交通成本、降低交通风险。一键顺控服务将输出图像智能分析结果信号作为一键顺控操作的辅助判据，基于可视生产复核而优于可视生产复核[2]。

4 系统特点

4.1 智慧物联

本方案应用以视频为核心的物联网技术，通过智能摄像机、红外热成像、非视频传感器，综合采集变电站内的人员行为、设备温度及工况、环境状态，实时在线连接站内的“人、机、环”，实现泛在物联[3]。

4.2 边缘智理

变电站实现了泛在物联，部署有智能摄像机、红外热成像、人脸识别一体机及各类非视频传感器。

视频监控类设备具备智能感知功能，能够在设备端实现安全帽检测、防误跑间隔检测、吸烟检测，并通过外接音柱报警或内置声光报警，提醒现场人员及时停止违章行为。人脸识别一体机具备人脸比对功能，比对成功能够联动开门。

非视频传感器主要实现数据采集功能，依托动环监控报警主机，实现触发报警、阀值越限报警，除了联动打开对应的摄像机画面、切换预置位、抓拍、录像，还能联动对应的智能设备启动，调节站内运行环境，确保电气设备稳定运行。在突发情况下，即使与调控中心通信中断，也能实现站内的边缘智理。

4.3 物信融合

物信融合是电力物联网与电力数据信息网的全面融合，其根本在于数据的打通和共用。过去大数据呈现大多采用平面方式，近年来企业会优先选择三维地图呈现方式，但三维地图操作体验不佳且后期扩容还需建模。通过AR实景画面作为呈现底图，真实感强，通过标签点击展开各类关联数据，为运维管理提供多维数据支撑[4]。AR全景视图应用实现秒级切换，操作便捷，即学即会，当发生突发事件时，大大提高了响应速度。AR全景视图应用实现了物信融合，助力运维站全局监控，满足现代化运维管理要求，提高了管理水平和工作效率。

5 结 论

智慧站全面监控技术，能够为电网用户“提质增效、安全生产”提供坚强的技术保障，助力电力物联网建设[5]。建立功能完善的变电站辅助设备监控系统，实现辅助设备在运维班、地市公司远程遥控、报警远方确认、信号远方复位，减少运检人员往返现场时间，提高工作效率，降低运维成本，提升变电站辅助设备监控规范化、智能化水平。变电站辅助设备监控系统作为配套建设，提供视频监控、安全防护、环境监测、辅助控制等功能，使变电站的运行更为安全、可靠，已成为变电站信息化建设的重要支撑部分。