黄冈供电公司智能变电站一体化监控系统的设计

2013-09-10胡晓峰郭侨涂威陈锦花黄冈供电公司湖北黄冈438000

自动化博览 2013年4期

胡晓峰，郭侨，涂威，陈锦花（黄冈供电公司，湖北黄冈438000 ）

1 前言

黄冈供电公司是国家大型企业，担负着黄冈市11个县（市、区）740万人民生产生活的供电任务，供电范围1.74万平方公里，管辖220kV变电站9座、110kV变电站43座、35kV变电站170座，绝大部分变电站实现了无人值班。

近年来，在国家电网公司实施两个“转变”发展战略，全面推进“三集五大”体系建设的重要时期，全面建设智能变电站一体化监控系统，是当前电网转变电网发展方式、提高电网集中运营管理科技水平的重要工作之一。全面实施变电站远程智能监控，进一步提升无人值班监控管理水平是当前智能电网调度控制和生产管理的技术基础，也是大运行体系建设的管理基础。

根据《国家电网公司技术标准管理办法》的规定，国家电网公司下发了《智能变电站一体化监控系统功能规范》（Q/GDW 678-2011）和《智能变电站一体化监控系统建设技术规范》（Q/GDW 679-2011）。如何结合本单位实际情况，贯彻落实国网公司的技术规范和管理要求，建设真正符合变电站监控需求的、能够带来创新管理模式、优化业务流程的智能变电站一体化监控系统，引起了业内人士普遍的思考。

黄冈供电公司结合电网发展实际情况，积极探索推进“三集五大”过程的电网监控技术的创新，不拘泥于传统遥视系统的技术应用，经过多方调研讨论和技术路线选择，选用了业内较为先进、可靠、优秀的技术和产品，并结合本单位的实际情况针对性地提出解决方案，率先实施了变电站遥视安防全面的系统升级和改造，有力提升了全区无人值班变电站无人值班集中监控水平。

2 系统概述

黄冈供电公司智能变电站一体化监控系统是在黄冈变电站遥视系统基础上，结合遥调、遥信、遥控、遥测等电力系统远程控制和管理的要求，结合国网电力的最新技术规范，进行升级改造，整合报警、门禁、环境、消防、对讲、灯光控制、SCADA报警联动等应用，将未来两年内计划接入的200余座变电站全部规划在内，并预留其它扩展功能和接口，确保未来5～10年不落后。

系统选用了北京捷诺视讯自主研发的ISOS电力变电站一体化综合监控系统平台，集成了视频监控、智能分析、动力环境监控（温度，湿度，气体探测，水浸，烟感），灯光控制，空调控制，门禁控制，周界防范等多种安防子系统应用，并通过上层综合监控管理平台的统一协调实现各子系统间的资源共享与信息互通，从而达到管理便捷性、数据直观性、实现了各子系统之间的智能化联动。

图1 监控系统架构图

3 方案设计

根据《智能变电站一体化监控系统建设技术规范》（Q/GDW 679-2011）中的一体化监控系统架构图（如图1所示），智能变电站一体化监控系统智能变电站一体化监控系统可分为安全Ⅰ区和安全Ⅱ区。

在安全Ⅰ区中，监控主机采集电网运行和设备工况等实时数据，经过分析和处理后进行统一展示，并将数据存入数据服务器。Ⅰ区数据通信网关机通过直采直送的方式实现与调度（调控）中心的实时数据传输，并提供运行数据浏览服务。

在安全Ⅱ区中，综合应用服务器与输变电设备状态监测和辅助设备进行通信，采集电源、计量、消防、安防、环境监测等信息，经过分析和处理后进行可视化展示，并将数据存入数据服务器。Ⅱ区数据通信网关机通过防火墙从数据服务器获取Ⅱ区数据和模型等信息，与调度（调控）中心进行信息交互，提供信息查询和远程浏览服务。

基于以上需求，本套系统在应用场景设计上分为两大部分：

（1）电力生产安全防范监控

为了保障变电站空间范围内的建筑、设备的安全，具体所要实现的功能有：

安全防范视频监测

在重要通道及入口安装摄像机，并可实现报警联动，加装光源，可以24小时不间断监视。

在设备区安装摄像机，监控所有设备的正常运转。

安全防范报警探测及报警

在周界安装各类报警探测器，对周界安全加以防范。

出入口管理和人员管理

在出入口加装门禁设备和视频监控设备，对进出的车辆和人员进行管理。

在线巡更管理

在有人值守的变电站安装在线巡更设备，加强环境巡逻的有效性。

（2）电力设备运行状态监控

为了保障变电站设备的正常运行，需实现远程视频监控及报警录像，为了便于工作人员进行远程交流，系统还应具有语音采集及双向对讲功能，具体有以下内容：

在室外安装一台或多台动点摄像机或轨道摄像机，用于监看变压器等重要设备的运行状态。

在配电室安装一台或多台动点摄像机或轨道摄像机，用于监看配电箱、仪表盘、刀闸等关键部位。

对于环境温度、湿度、电源、电量、压力等数据采集、统计、报警分析。

在视频画面上叠加设备运行状态监测的数据。

将各类数据处理单独作为一个窗口以图形、图表、典线等方式显示，并且要将历史数据进行记录，支持查询、统计、打印、输出。

图2 智能变电站一体化监控系统三级网络架构

结合视频实现语音采集，便于工作人员在现场可以和总站进行双向语音交流，便于发现问题，处理各种事件。

对电力检修车安装车载监控，实现检修实况监控、远程语音指挥、GPS定位和GIS地图结合。

黄冈供电公司智能变电站一体化监控系统从逻辑结构上分为三大部分：前端系统、传输系统、管理平台。

前端系统包括了摄像机、视频服务器、网络摄像机、拾音器、报警探测器、报警按钮、对讲终端、门禁主机、报警主机、动力环境主机、智能分析设备等各种信号采集设备，负责获取各类运行状态并传输给后台负责处理；同时也包括广播、对讲、报警等输出终端设备，用于对监控场所发送不同的信号。

传输系统由于子系统众多，而且很多子系统是独立运行，因此传输系统也比较复杂，这是布线子系统主要负责的内容，包括视频监控、报警、门禁、对讲、动力环境等都需要自己的传输线路，远不止以太网。

管理平台（软件）采用SOA(Service Oriented Architecture)开放式体系架构模型进行设计开发，形成了集图像设备管理、信息交换、业务整合的基础平台，并结合电力行业的应用特点及发展趋势而度身定做，满足总体设计的组件化、互操作、模块化、可伸缩等特性。系统提供二次开发接口，方便未来的功能扩展和与第三方应用系统集成。

管理平台（软件）的逻辑结构由四个不同的功能层组成：

（1）应用接口层：用户界面显示，提供视频监控，环境数据采集，视频报警联动，门禁报警联动，消防报警联动，SCADA报警联动等应用；

（2）业务控制层：主要实现信令，控制信息交换，音视频流调度和系统管理等业务逻辑控制；主要包括：系统安全认证，用户端地址解析，用户级别和权限设置管理，设备接入控制，周界门禁，防火防盗报警，环境数据采集，GIS，GPS等其他业务系统交互控制；

（3）业务承载层：音视频转发，设备代理，录像及回放，智能分析，数据处理，消息调度，预案管理等；

（4）设备接入层：实现音视频信号的采集和数字化，网络化传输，兼容多个厂家硬盘录像机；实现报警、门禁、消防、巡更、环境、灯控等信息的采集和数字化、网络化传输，兼容多个厂家的设备和平台。

基于电力系统的网络结构，本套系统在网络部署设计上采用三级网络架构，如图2所示。

第一级中心站（主站），第二级下属多个分中心站（二级主站），第三级再到具体的变电站（分站）。系统采用分层管理、级联交互的模式，既能照顾本市电网的现有资产状况，又能节约资源和成本，还能将系统功能发挥到最佳模式。

黄冈供电公司智能变电站一体化监控系统在功能设计上分为八大子系统，如图3所示。

图3 智能变电站一体化监控系统八大子系统

（1）视频监控子系统

视频监控子系统（又称“遥视子系统”）主要监控点为：室外刀闸、变压器、大门、周界、室内仪表柜、开关柜等。现场监视设备由硬盘录像机、摄像机、球机、网络传输设备等构成。

视频监控子系统主要实现图像实时监控、设备远程控制、录像检索与回放等功能。是日常安全监管和远程应急指挥的重要工具。

（2）报警管理子系统

报警管理子系统负责接收、处理前端报警探测设备反馈的报警信息、设备状态信息，并将信息实时反馈到监控中心，是综合监控管理平台的重要组成部分之一。报警系统与视频监控、对讲、门禁、环境、SCADA等系统集成联动，是实现综合监控一体化、自动化、智能化的关键。

报警管理子系统主要由前端报警探测装置（红外对射、双鉴探测器、电子围栏等）、现场警示装置（警灯、警号）、报警控制主机、中心管理平台等构成。

报警的接收、响应、联动流程如图4所示。

（3）门禁管理子系统

门禁管理子系统通过门禁控制器接收门禁控制信号，门禁控制器通过电力专网连接到管理中心门禁服务器，利用TCP/IP网络与各门禁控制器通讯。管理人员在监控中心可以对各门进行授权和监控。当接收到门禁报警消息时，可以联动触发报警，地图定位，通知管理人员采取措施。

图4 报警的接收、响应、联动流程图

（4）环境监测子系统

环境监测子系统是针对电力变电站一二次设备运行温湿度等状态进行实时动态监控管理的系统。包括保护室、控制室、智能组件柜等设备设施的温度、湿度监测、告警及空调自动控制功能，具备站内降雨、积水自动监测、告警与自动排水控制等功能。

针对电力中断情况、设备运行情况，运行环境如温度、湿度、水浸、烟感及其它各种需要监控的信号等进行实时采集监测，通过IP网络上传到监控中心，实现温湿度数据与视频叠加，计算机自动保存并处理各种数据，并能够根据汇总数据智能发现各种非正常运行状态及时报警通知值班人员，作相应处理，避免事故的发生。

该系统解决了变电站仪器仪表安全的集中管理问题，可大大提高电力系统变电站仪器仪表安全的自动化管理水平，实现了环境监控的智能化，全面把握现场动态，真正达到变电站的无人/少人值守。

（5）SCADA报警联动子系统

在电力系统中，SCADA报警系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。

SCADA报警联动子系统主要是将站端SCADA系统与变电站一体化监控系统联动起来，当SCADA系统触发事件类消息（SOE、遥信变位、二次遥信告警等）、事故类报警（事故分闸、事故跳变、事故越限、微机保护、遥测越限、稳定监控告警等）时，站端及主站工作站根据接收到的信号联动报警子系统、视频子系统，实现及时发现、及时查看、及时处置，对站端SCADA系统起到一个很好的辅助作用，提高站端自动化的准确性及响应速度。

（6）对讲广播子系统

对讲广播子系统采用广泛使用的TCP/IP网络技术，将音频信号以数据包的形式利用监控系统的设备和网络进行编解码和传输，是数字化的双向语音对讲广播系统。

对讲是一对一的，设备安装在前端站点的办公楼大门外，可通过现场的对讲按钮（请求开门按钮）呼叫中心请求对讲。

广播是一对多的，监控中心可以与主站、二级主站、分站实现语音广播。

对讲广播子系统可以与视频子系统联动，实时中心与站端的可视对讲

（7）灯光控制子系统

灯光控制子系统利用监控系统的设备和网络，远程控制各站端的灯光控制器，实现远程控制前端变电站各区域的灯光照明功能。系统可通过预案联动自动打开或关闭灯光；如：设置前端站点电子围栏晚上报警时，系统联动图像，同时自动打开对应区域的灯光。

（8）资产管理子系统

资产管理子系统主要负责一体化监控系统所辖资产的管理，可实现资产信息的查询、统计，资产的维护、预警，以及资产的新增、修改、拆分、转移、调拨、领用和借用等的资产信息处置情况。主要功能特点如下：

清晰的固定资产管理结构；

常用的固定资产管理功能；

灵活的查询、统计功能；

与平台紧密结合，可实时查看设备的相关信息、运行状态。

4 系统亮点特色

4.1 以报警处置为核心

系统集成了多种报警信号，包括智能视频报警、动力环境报警、周界入侵报警、门禁报警、SCADA报警等等。在每一类报警信号发生后可通过预案系统自行设计相应的联动动作。前端发生报警后，根据报警级别传输至各级监控中心，各级监控中心则以视频弹出、报警信息显示、电子地图定位等多种方式、多屏展示，现场情况一目了然。

4.2 多级管理模式

系统可以设置多级监控中心进行分级监控和管理，不受距离限制，可以部署到任何地方，便于跨区域、大范围组网，真正实现大型分布式集成管理系统。监控管理平台是整个变电站监控系统的核心部分，是实现互联、互通、互控和满足实际应用的共享平台，完成联网状态下的级联管理、权限分配、消息管理以及应用管理等功能。

4.3 开放式兼容能力

系统采用专业的第三方软件平台，不拘泥于单一品牌的设备兼容，支持多种类型、多种品牌的设备，可将不同时期、不同厂商、不同硬件环境、不同软件环境下建成的各子系统按照统一系统接口规范，平滑地接入平台系统，实现无缝集成，便于改造和升级过程中对原有投资的保护。

4.4 注重体现人性化

本套系统是电力一体化监控监督的工作平台，是执行日常业务的工具，因此系统的人性化设计就显得尤为重要。首先体现在界面的有好性，采用体现电力行业的界面色调、图案、动画等作为背景。其次体现在各类信息提示和应用导航功能，通过配置“个人工作日志”对用户当前未处理的事务进行温馨提示、越时报警等等，最大限度地为用户提供方便。第三是体现在操作的简易性，通过优化流程减少业务执行的节点，减少操作人员执行业务的环节；通过尽量使用“下拉选择”，回避使用“输出数据”等手段填写表单，提高工作效率同时也有效防范的填写错误的概率；通过业务导航功能，提示执行业务的过程，降低学习难度，在较短时间内掌握系统使用技能。

4.5 多应用无缝集成

系统不仅仅是将若干个应用子系统进行简单的汇集，而是在应用功能集中的基础上实现了各类安防应用涉及业务的联动，将原本独立运行、信息屏蔽的诸多子系统进行横向协同。如此大大提升了综合平台信息系统的业务管理能力，提升了突发事件的应急响应能力。在此基础上，借助计算机强大的信息处理能力，实现安防子系统集成业务的综合应用，包括智能化联动和应急指挥，统计分析和辅助决策，监控中心安防事件由“事后处理”向“事先遏制”的转变，电力工作人员的工作价值体现由原来的“事后调查”向“防患未然”的转变。有效增加了信息化工具和现代化管理模式为监管中心创造的现实价值，促进安全电力的良好局面的形成。

4.6 智能化综合应用

智能化综合应用在一定程度上代表着系统的前瞻性，是有效降低电力值班人员日常工作量、提高工作效率的有效途径。在本方案中，使用了智能化周界防范，应用行为分析和联动报警技术确保周界事故的发生，解决了红外对射技术的误报率高的现实问题。实现了系统对突发事故的提前识别，有效降低恶性事件发生概率，大大降低了工作人员的工作压力，提高整体的工作效率。