無(wú)人值守變電站綜合智能安全輔助監控系統(智能變電站輔助控制系統)

摘要

　　國內變電站智能輔助監控系統主要監控對象為變電站場(chǎng)站環(huán)境，而不是針對運行設備。本文主要設計一套針對變電站室內外運行設備的智能安全輔助監控系統，包括斷路器斷電保護、視頻監控、無(wú)線(xiàn)測溫、環(huán)境監測、消防告警等功能;建立無(wú)人值守變電站安全輔助信息的邏輯和推理模型，討論對故障告警信息的分類(lèi)和過(guò)濾策略，自動(dòng)報告變電站異常，提出故障處理指導意見(jiàn)。系統的智能告警及分析決策能力，可根據變電站各監測單元返回的變電站各項數據，運用分析決策機制獲得分析結果，并將分析結果以可視化界面綜合展示，值班員可根據分析結果進(jìn)行人工遠程操作，也可授權平臺自動(dòng)完成遠程控制動(dòng)作。

　　一、引言

　　隨著(zhù)近年來(lái)我國電網(wǎng)規模急劇擴大，新投運的變電站數量的成倍增長(cháng)。為提高生產(chǎn)管理效率，轉變生產(chǎn)方式，新變電站都按照無(wú)人值守變電站進(jìn)行設計和運行，傳統有人值守變電站也已進(jìn)行無(wú)人值守化升級改造。但是從有人值守到無(wú)人值守的轉變絕不僅僅是人員撤離那么簡(jiǎn)單。如何切實(shí)提高變電站設備運行管理水平，切實(shí)保證變電站的安全運行，有效實(shí)現對變電站的運行主設備及輔助設施的監控及管理，把握設備的實(shí)時(shí)運行狀況成為研究的主題。

　　在我國東北等高寒地區，冬季氣溫可達-40℃，冬季對高壓設備運行狀態(tài)及變電站環(huán)境監測尤為重要，并且對監測設備的低溫運行也提出了更高的挑戰。

　　黑龍江省電科院經(jīng)過(guò)對黑龍江省部分無(wú)人值守變電站的考察，發(fā)現存在如下問(wèn)題：

　　1變電站內的隔離開(kāi)關(guān)、斷路器等設備沒(méi)有實(shí)現在線(xiàn)測溫，需要巡視人員定期人工測溫，數據受人為因素影響較大，漏測情況時(shí)有發(fā)生,當設備溫度出現異常時(shí)關(guān)鍵點(diǎn)溫度數據不能及時(shí)上傳，故障無(wú)法及時(shí)被發(fā)現

　　2變電站室內關(guān)鍵場(chǎng)所(如：計算機房、繼電保護小室、開(kāi)關(guān)室、蓄電池間)沒(méi)有溫、濕度信息采集設備及自動(dòng)調溫設備，冬季靠暖氣供熱，一旦發(fā)生暖氣臨時(shí)中斷現象，(如蓄電池間)設備在低溫環(huán)境下運行，性能及壽命將受到嚴重影響;機房空調與溫、濕度監測單元沒(méi)有形成閉環(huán)聯(lián)動(dòng)，無(wú)法通過(guò)集控站干預空調等調溫、濕設備的運行

　　3調度對站內隔離開(kāi)關(guān)及斷路器進(jìn)行遠程分合操作時(shí)，由于隔離開(kāi)關(guān)電機或斷路器儲能機構故障，有時(shí)會(huì )出現分合動(dòng)作不正常的狀況，超過(guò)規定時(shí)間后，可能出現燒毀電機或斷路器分合閘線(xiàn)圈的現象;同時(shí)由于隔離開(kāi)關(guān)機械設計的原因，隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)可能出現對應輔助節點(diǎn)無(wú)反應的問(wèn)題，結果導致變電站后臺監控畫(huà)面的隔離開(kāi)關(guān)分合顯示錯誤

　　4變電站內煙霧報警裝置沒(méi)有集中管理，沒(méi)有與消防系統構成完整閉環(huán)控制系統，在變電站發(fā)生火災等事故時(shí)，不能及時(shí)啟動(dòng)消防設備撲救

　　5為解決上述問(wèn)題，我們將根據目前黑龍江省內220kV及以下無(wú)人值守變電站的實(shí)際工作現場(chǎng)條件，研發(fā)一套無(wú)人值守變電站智能安全輔助監控系統，將變電站內安全輔助設備、高壓監測設備、消防設備進(jìn)行集中管理，通過(guò)現有電力通信網(wǎng)與集控站(或地區調度)進(jìn)行雙向數據交互，不但使集控站能及時(shí)準確地掌握無(wú)人值守變電站各關(guān)鍵點(diǎn)的狀態(tài)參數，而且能實(shí)現自動(dòng)或值班員手動(dòng)遠程控制變電站安全輔助設備的啟停的目標，為無(wú)人值守變電站的安全運行保駕護航。

　　二、國內外研究水平綜述

　　國外發(fā)達國家現已全面進(jìn)入變電站無(wú)人值守階段，所有監控信息均實(shí)現遠程監控及操作，將監測的重點(diǎn)放在變壓器、SF6開(kāi)關(guān)及GIS設備、電力電纜、MOA等關(guān)鍵設備監測技術(shù)的發(fā)展上，可以實(shí)現對變電站內設備進(jìn)行綜合性診斷監測。如：法國阿爾斯通公司開(kāi)發(fā)了變壓器狀態(tài)監測系統，通過(guò)局域網(wǎng)可實(shí)現對變壓器頂層油溫、環(huán)境溫度、變壓器負載電流、三相電壓、絕緣油氣體組分、有載開(kāi)關(guān)分接位置、風(fēng)扇切換狀態(tài)、鐵芯、夾件、高壓套管絕緣等在線(xiàn)狀態(tài)的監測;美國通用電氣開(kāi)發(fā)了集成變電站監測與診斷系統，實(shí)現斷路器狀態(tài)監測，同時(shí)可實(shí)現冷卻系統和有載調壓開(kāi)關(guān)的最優(yōu)動(dòng)態(tài)控制，通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)現了狀態(tài)監測與狀態(tài)維修。且發(fā)達國家如美國在無(wú)人值守變電站的基礎上大力推廣智能變電站，所以其變電站建設的總體規劃更加智能化，可靠性更高。

　　我國十年前開(kāi)始逐步推廣變電站的無(wú)人值守改造與建設，但在初期僅僅實(shí)現基本的遙測、遙信、遙控、遙調等基本功能，部分實(shí)現了紅外監測、氣體監測的功能。國內變電站智能輔助監控系統集成了視頻監控子系統、環(huán)境監測子系統、消防告警子系統、門(mén)禁子系統和控制子系統等相關(guān)輔助子系統。但其主要監控對象為變電站場(chǎng)站環(huán)境，而不是針對運行設備。更沒(méi)有將隔離開(kāi)關(guān)及斷路器的斷電保護、隔離開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)柜及接頭溫度監測、匯控箱的溫度監測、蓄電池間自動(dòng)控溫系統以及煙霧報警與消防噴淋系統集中在一個(gè)綜控平臺，沒(méi)有實(shí)現綜合智能化管控等高級功能。

　　三、綜合智能安全

　　輔助監控系統實(shí)施方案

　　圖1 智能安全輔助監控系統結構示意圖

　　1、隔離開(kāi)關(guān)故障保護子系統

　　在隔離開(kāi)關(guān)操作機構電源側加裝電源切斷裝置，隔離開(kāi)關(guān)驅動(dòng)電機或斷路器彈簧儲能不能正常動(dòng)作時(shí)，切斷操作機構電源保護電氣設備及控制回路，切斷裝置與調度后臺(SCADA)互聯(lián)，切斷裝置動(dòng)作的同時(shí)向SCADA系統發(fā)送動(dòng)作信號以免發(fā)生錯誤判別，視頻監控系統彈出相應隔離開(kāi)關(guān)實(shí)時(shí)畫(huà)面，發(fā)出聲光報警信號。

　　高壓帶電顯示裝置能在帶電設備

　　安全距離外檢測設備是否帶電

　　2、視頻監控子系統

　　利用槍式攝像機主要監控刀閘觸點(diǎn)狀態(tài)、變壓器有載開(kāi)關(guān)分接頭位置等設備信息，球型攝像機監控場(chǎng)站環(huán)境狀態(tài)信息。系統通過(guò)攝像機采集的現場(chǎng)圖像，經(jīng)編碼器和視頻服務(wù)器后，視頻信號直接變換成數字信號進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )系統，各監控點(diǎn)的實(shí)時(shí)圖像經(jīng)光纖或其它網(wǎng)絡(luò )系統傳輸到控制中心，在控制中心或利用移動(dòng)終端實(shí)現對現場(chǎng)設備的實(shí)時(shí)監視與控制，實(shí)現視頻聯(lián)動(dòng)。

　　視頻監控攝像頭可清晰監控

　　場(chǎng)站內設備及場(chǎng)站環(huán)境圖像

　　清晰監控刀閘開(kāi)合狀態(tài)

　　在出現消防告警信號時(shí)清晰監控主要設備的狀態(tài)

　　3、無(wú)線(xiàn)測溫子系統

　　無(wú)線(xiàn)測溫子系統采用短程無(wú)線(xiàn)測量技術(shù)采集溫度數據并匯聚于一點(diǎn)，再通過(guò)遠程(GPRS/CDMA)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸，實(shí)現數據的無(wú)線(xiàn)傳輸。無(wú)線(xiàn)測溫模塊可以采用高能電池供電或無(wú)源SAW傳感器，以減少高低壓之間的電氣聯(lián)系，采用全數字方式工作。無(wú)線(xiàn)測溫模塊把溫度信號通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式直接或經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)中繼站傳送給無(wú)線(xiàn)匯聚終端，無(wú)線(xiàn)匯聚終端可以接收多個(gè)測溫模塊發(fā)送來(lái)的數據。采用短程無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的方式，多個(gè)測溫模塊分布在無(wú)線(xiàn)匯聚終端模塊的周?chē)?，在有效的通訊范圍內可以隨意添加、刪除、移動(dòng)測溫模塊。無(wú)線(xiàn)發(fā)射器采用專(zhuān)用頻段，使功率控制不對變電站內設備造成干擾。

　　無(wú)線(xiàn)測溫匯集終端

　　可將無(wú)線(xiàn)測溫探頭采集的數據集中轉發(fā)至監控后臺

　　無(wú)線(xiàn)測溫趨勢曲線(xiàn)

　　4、環(huán)境監測子系統

　　該子系統能對站內的溫度、濕度、風(fēng)力、水浸、SF6濃度等環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理和上傳，采集周期小于5秒;環(huán)境信息數據的變化上傳智能輔助控制系統，可設置不同級別的環(huán)境量告警信息。環(huán)境量超限報警聯(lián)動(dòng)，當環(huán)境量超過(guò)報警限值時(shí)，根據設置好的聯(lián)動(dòng)預案，自動(dòng)聯(lián)動(dòng)相關(guān)攝像頭的預置點(diǎn)，并進(jìn)行告警錄像。一個(gè)環(huán)境量支持聯(lián)動(dòng)多路視頻，即當一個(gè)環(huán)境量超限報警時(shí)，可以同時(shí)聯(lián)動(dòng)多個(gè)攝像機，從不同角度不同方位將現場(chǎng)的信息傳到監控中心。越限可以聯(lián)動(dòng)聲光報警、短信報警、啟動(dòng)相應子系統(溫濕度關(guān)聯(lián)取暖系統、水浸關(guān)聯(lián)給排水系統)等預案，同時(shí)將數據轉發(fā)上傳至統一信息平臺。

　　5、消防告警子系統

　　此系統將消防設備提供的通信數據、干接點(diǎn)信號或區域性的有源信號，通過(guò)以太網(wǎng)數據采集器傳送到消防告警子系統，實(shí)時(shí)監測每個(gè)區域的火災情況。消防設備一旦發(fā)生報警，消防告警子系統立即以聲音報警、文字提示、電子地圖和彈出實(shí)時(shí)圖像等多種形式報出警情，并向預先設定的固定電話(huà)自動(dòng)播放告警語(yǔ)音、向預先設定的手機發(fā)送告警短信，同時(shí)把信號上傳至智能輔助監控系統。視頻監控子系統通過(guò)智能輔助控制系統接收到火警信息后，相應采取一系列措施，如調用相應預置位、視頻監控子系統中彈出視頻窗口、自動(dòng)巡航相關(guān)區域等，并把火警信號轉發(fā)上傳至統一信息平臺。消防告警子系統以文字方式顯示報警事故的時(shí)間、地點(diǎn)和報警狀態(tài)。警情處理解除后，報警紀錄以歷史記錄的方式存在系統的數據服務(wù)器中。同時(shí)系統具有報警查詢(xún)、數據導入導出、權限管理等功能。

　　主控室內安裝煙感探頭及視頻監控設施

　　6、遠程控制子系統

　　遠程控制子系統(照明系統、采暖系統、給排水系統)根據事件(如消防報警、溫濕度報警、水浸報警)自動(dòng)對站內設備進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉操作，位于集控站的值班員也可在統一信息平臺及智能輔助控制系統中控制設備的開(kāi)啟和關(guān)閉。支持本地/遠程控制電暖氣、排風(fēng)扇、抽水泵的啟動(dòng)和關(guān)閉。

　　7、智能巡檢子系統

　　智能巡檢子系統是依托視頻監控子系統、無(wú)線(xiàn)測溫子系統、環(huán)境監測子系統，單獨開(kāi)發(fā)的遠程變電站巡檢系統，巡檢人員只需在電腦前選擇智能巡檢，系統就能根據預設的巡檢程序通過(guò)高清攝像頭對關(guān)鍵設備進(jìn)行遠程巡檢、播放巡檢畫(huà)面，自動(dòng)生成巡檢報告。

　　電子圍欄

　　8、變電站智能安全輔助監控系統平臺

　　此平臺安裝于集控站，可作為一個(gè)功能模塊納入集控站現有中心監控系統，也可單獨自成一體并與中心監控系統實(shí)現數據共享，該平臺具有智能告警及分析決策能力，可根據變電站各監測單元返回的變電站各項數據，運用分析決策機制獲得分析結果，并將分析結果以簡(jiǎn)潔明了的可視化界面綜合展示，值班員可根據分析結果進(jìn)行人工遠程操作，也可授權平臺自動(dòng)完成遠程控制動(dòng)作。

　　場(chǎng)站全景監控

　　四、小結

　　本項目完成后，形成的無(wú)人值守變電站智能安全輔助監控方案能夠為后續智能變電站建設提供參考，建成的監控平臺可實(shí)現變電站后臺、各級集控站與調度之間的信息共享和信息互動(dòng)，并對相關(guān)環(huán)節實(shí)現智能化管理，從而為變電站降低運維成本、優(yōu)化資源配置、提升運行效率及安全生產(chǎn)提供重要保障。