变电站一体化智能监控系统设计与应用探讨

贾明月，刘 君，周志玉

（国网鞍山供电公司，辽宁 鞍山 114001）

变电站一体化智能监控系统设计与应用探讨

贾明月，刘 君，周志玉

（国网鞍山供电公司，辽宁 鞍山 114001）

在分析智能变电站发展前景的基础上，针对现有变电站视频监控系统不足，提出了变电站一体化智能监控系统的思想。对一体化智能监控系统的功能定位、需要解决的关键问题、系统总体框架设计进行详细阐述。提出变电站视频监控应由固定监控和移动监控2部分构成，重点解决辅助运行人员倒闸操作、设备自动远程巡检问题，并兼顾变电站安防、环境监测等，提高了变电站辅助系统投资效能和变电站一次设备智能化管理水平，充分体现了智能变电站信息化、自动化和互动化的特征。

变电站；智能；监控；巡检；倒闸操作

1 变电站监控系统现状

视频监控系统作为变电站第“五遥”，在无人值守变电站设备管理中起到重要作用，但目前更多还是集中在变电站安保方面的应用，主要以场区视频监控视频信息作为设备事故或入侵事件的辅助调查依据，功能单一，利用率较低。

变电站虽然已无人值守，但设备倒闸操作、巡视等作业仍需运行人员到现场查看设备的实际运行位置和运行状态，劳动强度大，工作效率低，且存在一定安全风险。

实现变电站智能运行与管理是建设坚强智能电网最重要的环节［1－3］。随着信息技术、网络技术、智能电器制造技术的快速发展，智能变电站实现了全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化；视频监控技术则实现了智能化、高清化、网络化。利用现有高新视频监控技术，结合智能变电站设备特点及现场作业实际，设计一套适于智能变电站设备运行管理的一体化智能监控系统，不仅可以实现变电站运维智能化，同时也使变电站辅助系统投资效益最大化。

2 一体化智能监控系统设计

一体化智能系统应使变电站具备可视化监控、巡检和调度，因此，系统应具备如下功能：对仪表进行远程监控及对热点测量和报警的功能，运行操作队、监控中心、应急指挥中心等相关部门利用该系统对变电站可以远程实时图像监控、远程故障和意外情况告警接收处理；系统可以根据指令完成对指定目标的监控，对操作后的设备状态进行检查，代替人工现场校核，实现辅助运行人员倒闸操作；对所有目标按照程序指令自动巡检或按人员指令对特定设备巡视；对于进入变电站设备场区、控制设备核心区的外来人或物、场区发出的异常声光能够报警及跟踪拍录。

2.1 音视频信息传输与控制总体框架

一体化智能监控系统宜采用分布式结构，分公司级监控中心、变电站运行操作队和变电站本地控制系统3级。每级中心都分为主控中心、客户端和接口系统（预留），用于扩充与其他系统之间的衔接、WEB浏览功能，实现远程监控及系统扩展性。

主控中心包含数据库和管理平台，实现数据存储、权限控制、实时监控、配置管理等全部功能。在变电站和其他必要的电脑上安装客户端，根据不同权限，操作员可以进行相应的监控、管理和操作。接口系统通过采用IEC61850通信规约与综合自动化等系统接口及联动。值班及相关人员可以WEB浏览方式实时监控每个变电站区域的环境、报警及人员进出等实时状态。

视频监控系统、设备控制子系统、防盗报警子系统、门禁子系统、WEB浏览子系统等系统之间联动，并与自动化系统进行接口，实现包括现场设备操作联动视频、综合自动化系统告警、门禁联动视频等用户自定义的设备联动。

中心管理服务子系统完成设备管理、用户管理、权限认证、报警信息管理、信息查询、业务管理、日志管理等。

接入服务子系统负责响应客户端和设备提交的系统请求服务，并进行视频分发和存储的调度管理。如视频的调阅、云台控制请求、报警处理请求等，工作流程见图1。

图1 系统工作流程

分发服务子系统用于节约网络带宽，存储管理子系统根据管理员设定的存储策略自动将需要的录像保存到存储设备中。网络管理服务子系统将系统运行状态信息显示给维护管理人员，并在出现异常情况下给出相应的告警信息。平台互联子系统为各级应用平台之间的跨平台提供联网共享接口，负责联网过程中的控制命令和音视频数据的传输和转换。报警服务子系统，对监控报警联网管理系统内所有报警信号集中采集管理，远程调用报警主机信息，对报警源、音视频通道进行布防、撤防，完成系统级别的联动处理，实现对报警信息的音视频联动等功能。

2.2 音视频获取系统设计

一体化智能监控系统提供的音视频功能主要包括辅助运行人员倒闸操作、设备巡检、变电站安防及场区作业人员安全监察。

系统实现辅助运行人员倒闸操作的基础是能够快速提供变电站场区开关类设备操作前后状态信息，实现远程自动巡检的基础是能够准确提供一次设备仪表显示值。因此，变电站视频监控信息应包括开关类设备操作前后状态、一次设备仪表显示和安防、设备故障报警等信息。

变电站中每一个监控点均设置摄像机才能代替人工巡检及设备操作后状态校核，但不易实现。解决这一问题的可行方法是将二自由度云台摄像机安装在一个移动平台上，根据指令实现对指定目标的监控或自动巡检。固定监控与移动监控系统相结合，相互补充盲点，共同完成变电站一次设备音视频信息采集。固定监控主要完成设备内部分合闸指示器显示、设备异常状态图像监视、安防系统视频采集、作业人员安全监察等，移动监控系统完成设备表面状态信息采集（GIS隔离开关分合闸指示器、气室SF6表检查、设备故障后音视频信息采集等）。

2.2.1 固定监控系统

SCADA系统与智能监控系统连接，实现可靠的隔离开关操作。当SCADA系统控制隔离开关进行不同工作状态切换时，智能监控系统自动将摄像机对准到执行此次动作的相关设备，并显示对应的视频信息，便于操作人员对操作结果进行确认，SCADA系统与智能监控系统通过正向隔离装置（网闸）单向通信，保证电网内部数据的安全。设备内部分合闸指示监控点采用高清（720P与1080P）网络化摄像机实现对设备的定点监测。

变电站安防视频、场区设备异常监视视频系统、场区作业实时安全监察采用智能网络球机。依托智能分析器的视频分析和行为分析技术，当报警产生时，智能网络球机自动跟踪到对应的报警触发物上，可以直观地监测到报警现场。为防止变电站周边发生误闯行为，基于全景L／F双摄像机跟踪系统提前警戒并告知，见图2。

图2 接近告警

对于场区重点区域设置警戒区，在周围人为设定禁止区域，基于图像的行为分析系统，在作业人员违规操作、超范围活动时马上报警，从而实现现场作业实时安全监察。在变电站大门等重要部位，设置监视器移动侦测报警功能，在没有经过门禁系统解除状态下，人员和物体进入，有任何图像变化都会导致中心报警，提示工作人员针对画面中出现的情况作出相应处理，见图3。

图3 警戒监察

2.2.2 移动监控系统

移动监控系统根据指令实现对制定目标的监控或所有目标的循环自动巡检。为实现对智能变电站设备顺序控制操作后的实际状态检查，该系统必须具备精确定位、高速运行的特点。采用轮子或履带行走方式，存在导航精度差、行走速度慢、定位精度低等缺点，且不适合全天候运行，难以实现变电站一体化监控系统全天候自动巡检的要求。移动平台宜采用轨道式移动机构，既可提高运行速度又便于定位，见图4。

图4 移动机构

移动机构利用编码器、定位块以及行程开关、激光定位等技术，实现在预定位置的精确停车，携带的摄像机对多点目标进行精确定位观察，即对指定设备进行整体扫描、针对重点部位拉近观测等。

针对北方特殊环境，移动平台设计还应有除尘、除雪、除冰、除霜、红外防撞装置。除尘装置由驱动电动机和除尘毛刷构成，除尘毛刷的连续旋转可使轨道的上表面保持清洁；机器人上的除雪、除冰、除霜装置由热风枪和导热槽组成，可向轨道的上表面进行高温加热，用于去除雪、冰、霜，保证在冬天恶劣天气环境下也能够顺利工作。

移动机构动力电源依靠滑线取电装置供电。在轨道的一侧安装滑触线，滑触线内接入电源，见图5。滑线取电的方式保证了机器人在移动过程中可以获得连续的电力供应。同时利用交流电力载波通信传输技术，实现机器人与后台控制系统的控制信息、视频数据双向传输。这种有线数据传输方式保障了信息传输的高度稳定性和可靠性。

图5 移动机构供电装置

2.2.3 移动平台操作与控制

移动机构可以实现状态监视、就地及远程控制，并将获取的音频和视频图像上传至一体化监控系统存储子系统，移动平台由控制、监督、视频监控、音频监控、电子地图、通信等模块组成。

视频监控模块将摄像机采集的视频数据、报警数据存储上传，以供查询和调用。音频采集分析模块通过音频采集设备采集特定采集点的音频数据，获取音频数据的频率和幅值信息，将其与设备正常工作的声音频率及幅值进行对比。一旦出现异常，进行报警，并将采集数据和报警数据存储到数据库中，以供查询和调用。通过对设备音视频的监视，及时发现电力设备的内外缺陷，并能诊断设备运行中的事故隐患和故障先兆，对设备声音异常、移动目标等自动判断和报警，以便及时采取措施消除事故隐患。

电子地图模块进行电子地图的绘制和巡检任务点的标识，在电子地图上标识出变电站的平面图和巡检路线图。

2.2.4 辅助运行人员操作及自动巡检功能的实现

智能变电站控制保护系统分为过程层、设备层（间隔层）和站控层。站控层能够通过间隔层装置实现变电站的控制［4］，即根据运行人员输入的命令实现断路器、隔离开关、保护装置复归和主变分接头等设备的操作。由于轨道式移动平台速度快，具备多重定位技术保障，在运行人员下达操作命令后，根据顺序控制指令，可以迅速、准确到达被操作设备的指定监视位置，对断路器、隔离开关等设备的操作后状态进行视频监视，确认是否操作到位。避免了人工完成倒闸操作后还需要运行人员实地进行设备运行状态确认。

当操作员设定自动巡检程序后，移动机构按照巡检设备流程，依次将设备仪表显示值及设备状态音视频上传服务器，固定视频也按照巡检设备流程，依次获取定点监测媒体数据上传服务器。

3 一体化智能监控系统优势

与现有变电站视频监控系统相比，一体化智能监控系统不但具有变电站日常安防功能，更多应用于设备的日常管理，虽然增加一定投资，但是利用率大幅提高。

a.代替运行人员进行倒闸操作后的设备实际位置校核，运行操作人员只需在主控室或控制中心，使智能变电站设备真正实现远方操作。

b.通过后台系统，实现变电站远方无人巡检。

c.系统增加了设备异常信息搜集功能，对于设备故障诊断分析、事故处理提供了形象、直观的音视频资料。

d.视频监控增加了图像跟踪功能，不但提高了安保水平，还可应用于变电站场区作业安全监察。

e.监控系统后台具有开放性，可以将变电站一次设备在线监测系统（如SF6在线监测、GIS局部放电在线监测、温度在线监测等）通过物联网技术，将报警信号与监控系统联动。在故障信息智能诊断基础上实现后台监控人员判断。

4 结束语

智能变电站一体化监控系统，利用现有智能化、高清化、网络化音视频监控设备，结合智能机器人技术、物联网技术等，对变电站场区及设备智能化管理，变电站日常安防、辅助倒闸操作、巡检作业实现设备一体化，同时也为电力系统作业实时视频安全监督及可视化生产指挥扩大了基础。变电站辅助系统功能多样化，提高了辅助系统利用率，降低了变电站辅助系统的投资。设备巡检作业及操作远程化，更是实现了变电站运行维护智能化，充分体现了智能变电站信息化、自动化和互动化的特征［5］。因此，加快研究信息技术、自动化技术、物联网技术在变电站运维管理方面的应用，促进变电站辅助管理系统应用设计智能化、标准统一化是智能变电站建设的重要发展方向之一。

［1］高 涛，邓 玲.智能电网及其国内外发展概述［J］.东北电力技术，2012，33（2）：5－10.

［2］张幼明，高忠继，黄 旭.智能变电站技术应用研究分析［J］.东北电力技术，2012，33（5）：1－3.

［3］郭哲强.浅谈智能化变电站的实施和应用［J］.东北电力技术，2014，35（3）：44－48.

［4］GB／T 30155—2013，智能变电站技术导则［S］.

［5］Q／GDW 679—2011，智能变电站一体化监控系统建设技术规范［S］.

Design and Application Discussion of Integrated Intelligent Monitoring System in Substation

JIA Ming⁃yue，LIU Jun，ZHOU Zhi⁃yu
（State Grid Anshan Electric Power Supply Company，Anshan，Liaoning 114001，China）

Based on the analysis of development prospect of intelligent substation，this paper puts forward the design thought of intelli⁃gent monitoring system of substation integration.The intelligent monitoring system functions，the key problem and the main framework of system design are elucidated in detail.Substation video monitoring is divided into two parts：stationary and mobile surveillance moni⁃toring，solving the switch operation of auxiliary operator and automatic remote monitoring，as well as taking into account the substation security and environmental monitoring，which can improve investment efficiency of substation and the management level，as well as il⁃lustrate the characteristics of information，automation and interaction.

Substation；Intelligence；Monitor；On⁃site inspection；Switching operation

TM76；TM63

A

1004－7913（2015）09－0030－04

贾明月（1979—），男，硕士，高级工程师，从事电气工程及其自动化方向研究。

2015－06－30）