变电站建筑物及辅助设施监控方案设计

(广东电网有限责任公司惠州供电局，广东 惠州 516000)

1 变电站基本概况

目前的变电站基本都属于无人值班运作的模式。相比较以前的变电站有人值班管理模式，极大地节约了人力成本，提高了安全运行水平。如1个110 kV变电站，有人值班模式需配置4～6名值班人员，无人值班模式只需要配置约1名运维人员。无人值班模式的实现，主要依托于电子及数字处理技术的飞速发展，研发了各种各样的自动化监控系统，将变电站的一二次设备的状态工况，集中采集起来，通过网络通道，传达至1个区域的监控中心，集中监视及控制。而1个监控中心只需在岗2～3名人员进行值班，即可监控上百个甚至更多的变电站，人均效率的提升不言而喻。

对于一二次主设备而言，已经有了比较完备的自动化监控系统。而对于建筑物及其他辅助系统，目前并没有较为完整及可靠成熟的系统。如何设计一套可靠稳定且性价比较高的系统呢？就需要分析变电站的哪些方面需要纳入监测控制，采用什么样的布局方案，才能获得较好的效果和付出较低的成本。

在变电站的运行中，常见的且由建筑物或辅助系统引起的问题有：建筑物渗漏水造成泡水或湿度升高、设备箱体进水造成泡水或湿度升高长期腐蚀设备、长期大雨造成设备室特别是高压室电缆沟泡水危及设备安全、空调故障停运造成二次设备运行温度过高、散热风机故障停运造成一次设备运行温度过高、消防管网因漏水无法维持有效压力、消防水池因漏水无法保证水池水位、SF6气体泄漏造成室内SF6气体浓度含量增高等。实际运行工作经验中，有需要进行遥控的辅助设施有：远程开门禁、空调因故断电后遥控开启、室内散热风机启动和停止、照明回路的远程控制等。

根据以上的问题导向及需求分析，发现建筑物及辅助设施的监控系统所面对的监控对象类型多种多样，分布零散，物理空间上的分布极其无规律。任何监控系统的组成，大致都分为数据采集终端、数据初步处理子站、远程中央数据及命令处理服务器这三大部分。1个变电站内部署多个数据采集终端和一个子站；服务器应部署在区域内的数据中心机房，集中管理多个变电站的子站数据和命令；整套系统类似于一二次主设备的调度自动化系统。

根据上述分析，建筑物及辅助设施监控系统数据传输方式的选择，成为了整个系统方案设计的核心，其将决定系统的可靠性及实施成本。另外，根据国家及电网公司对网络安全管理的要求，电网系统内的信息系统建设，应与互联网有较高的安全隔离防范要求，数据传输应尽量采用电网系统内的现有资源，确保系统安全和数据安全，不应考虑采用互联网传输的方式进行数据传输方案设计。

2 在数据采集终端与子站之间的数据通信可选择的方案

2.1 数据终端与子站之间布设数据线缆

每个数据终端与子站之间布设数据线缆，数据采集终端的工作电源可就地寻找电源接入或统一敷设线缆供电，市电220 V供电。此方案的优点是稳定性高，传输带宽高，安全性好，但最大的缺点是在全站几十个甚至上百个以上的数据终端至子站之间敷设线路，成本高昂，施工难度极高。

2.2 电力载波技术传输数据

在数据采集终端与子站处分别安装电力载波模块单元，经站内220 V配电线路进行高频载波通信，其优点是不需重新布线，施工难度小，带宽高。缺点就是稳定性稍差，原因是变电站内的220 V布线拓扑结构本来就复杂，载波数据终端单元多了之后，相互干扰变强，传输可靠性难以保证，调试纠错比较困难，载波模块单价较高。

2.3 蓝牙传输

蓝牙为高频传输技术，其传输特征是带宽较高，功耗小，但其覆盖范围非常有限，根本满足不了1个变电站内的传输需求。

2.4 WIFI传输

WIFI是一种比较成熟的高频传输技术，布点灵活，传输带宽高，但其覆盖范围依然是比较有限。虽然可以通过桥接组网的方式布设多个AP热点进行整个变电站的无线信号覆盖，但此种拓扑布网方式下信号稳定性、布设施工难度、调试复杂度、布设成本都不理想。

2.5 Lora传输

Lora是一种相对新型的中频433 MHz通信技术，主要用在传输带宽要求低，覆盖范围要求广，通信要求稳定的场景，其主要是应用在物联网领域。1个Lora基站即可确保覆盖整个变电站的通信范围，且单个终端通信模块的价格及基站的价格也在较为合理的区间，成本不高容易实施。

经比较发现，Lora传输符合了变电站辅助监控系统的主要特征：传输数据量少、覆盖范围广、通信稳定等，是本系统的理想传输方式。

3 在子站与服务器之间的数据通信可选择的方案

3.1 互联网通信

根据之前所述，因数据及网络安全的要求，不可取。

3.2 系统内综合数据网通信

综合数据网内所承载的的业务类型多种多样，有OA办公通信，遥视系统等等，若本单位的业务管理允许，是一种便捷的可选的通信方式，只需要做通信策略上的配置即可，成本低，实施方便。

3.3 系统内业务专线通信

申请专用的业务专线进行通信，1个子站1条专线至服务器，只需要在专线两侧增加通信协议转换器，再配置相应通信策略即可，也是一种可选的方式。只是在子站数量多了之后，通道也多了，管理起来稍显繁杂一些。

3.4 系统内业务VPN专网通信

在系统内已有的通信资源下，专门建立一个给辅助监控系统使用的可覆盖所有变电站的VPN专网，不需增加通信设施硬件，只需配置相应通信策略即可。其优点是专用通信，安全性好，子站接入便捷，管理方便，在子站数量多的情况下，是一种理想的通信方式。

子站至服务器的通信方式选择，可根据自身所处的网络环境及需求合理选择。在数据终端、子站、服务器三大部分的通信方案确定之后，系统的骨架已经搭建起来，需要详细考虑的是数据采集终端的应用方式，以下就各种具体的应用场景进行举例分析。

3.4.1 温湿度监测及加热器控制

在数据终端模块上配置温湿度传感器接口以及常开继电器接口，将温湿度传感器接入模块，即可采集所需场景的温湿度信息，最终传输至服务器进行综合应用。若所在场景有加热器，可在服务器配置策略，根据温湿度条件，决定是否自动启动场景内的加热器，也可手动启停。加热器启停可通过模块继电器接点介入控制，继电器接点可远程控制导通及断开。

3.4.2 空调监控

温度传感器感知出风口温度，霍尔传感器接入动力电源回路感知工作电流，红外接收器感知空调的故障红外灯状态，遥控器接入模块继电器控制空调的启停。通过以上传感器信息可综合判断空调的运作状态，控制启停。传感器均采用外挂方式，是为了不影像空调原来的使用控制方式。

3.4.3 风机监控

霍尔传感器接入动力电源回路感知工作电流，风机启停可通过模块继电器接点介入控制原风机的接触器，原风机无接触器的增加1个控制接触器。

3.4.4 水浸监测

在容易泡水的地方安装水位检测传感器，可安装多个传感器感知不同水位信息，即可对即时的水位区间有效判别，提前预控。

3.4.5 照明监控

霍尔传感器接入动力电源回路感知工作电流，照明启停可通过模块继电器接点介入控制原照明的接触器，原照明回路无接触器的可增加1个控制接触器，若照明回路容量较小也可以不增加接触器直接用继电器的接点进行痛断控制。也可接入亮度传感器，根据亮度进行自动控制。

4 变电站建筑物及辅助设施监控方案的应用

通过以上举例，可以看出，只要数据采集终端模块集成了数字接口、模拟接口、继电器接口，就可接入相应的各种类型的传感器，将数据通过传感器采集，将控制命令经过继电器进行执行，实现对被控对象的监测与控制。采用不同的传感器或者不同的传感器组合，可实现多种多样的应用场景的拓展。除以上列举的：温湿度传感器、霍尔电流传感器、红外接收传感器、亮度传感器，变电站可以应用到的还包括：SF6气体含量传感器、氧气含量传感器、水压传感器、红外感应传感器、红外无线测温探头、激光传感器、声音分贝传感器等。再借助遥控器、接触器、继电器的使用，可实现远程控制的功能。

5 结语

构建一套稳定可靠的变电站建筑物及辅助设施监控系统，关键在于数据传输方式的选择以及数据感知类型的挖掘及组合。设计得当，才能在保证效果的前提下，将实施成本有效控制。