变电站辅助控制系统的发展与应用＊

陈 可，赵 艳，施柳宇，徐文扣，徐宇飞，李正杰

（南京工程学院 电力工程学院，江苏 南京211167）

随着能源革命和数字革命的融合发展，国家电网总公司提出了“三型两网，世界一流”的战略目标，打造泛在电力物联网，进一步推进智能电网的建设，智能变电站是其中重要的一环。为了保证变电站安全稳定的运行，基本都安装了环境监测、视频监控等辅助系统，但是，如今的智能电网的发展在全世界还处于起步阶段，有些技术尚未完全成熟，作为智能电网不可或缺的一部分，变电站辅助控制系统正是实现电网智能化和电网监控的重要手段之一。

传统的变电站通常以人工巡检的方式为主，这种方式不确定性大，耗时耗力。如今，变电站数量以及电网业务迅速增加，传统的人工巡检的工作效率愈发低下，并且经济效益较低。为保障电网的正常运行及变电站正常的工作，变电站如今配备了大量的监控设备，但是这些系统大多数为模块化的小型单元，独立并且分散，难以以少量的人工来关注、维护、理解系统内的信息。因此，变电站辅助控制系统应运而生，由此实现了无人值守及电网监控的智能化，大大减少了人员的配置，提高电网的经济效益及运行的稳定性。

随着计算机网络技术以及通信技术的快速发展，如今的变电站辅助控制系统的基础是高可靠的智能设备，对变电站视频监控、照明、消防报警、设备状态监控、空调控制、集中排水控制、周界防范和采暖控制等功能的实现提供在线监测和可靠控制，并远程传到监控中心或调度中心。这为变电站的可靠稳定运行提供了技术保障，从而解决了变电站安全运营的“在控”“可控”的问题，进而满足了变电站无人值守的要求。

1 变电站辅助控制系统的特点及现状

1.1 变电站辅助控制系统的特点

1．1．1 高可靠性

变电站辅助控制系统的设计正是为了给整个电力系统的安全运行提供基础的保障，所以无论从功能的设计上还是运行维护上，都具有较高的可靠性。系统具有承担高负荷运行的压力，在容错上能较好地保证读数的准确，冗余控制机制也保证了系统准确的控制。此外，系统还拥有较好的抗干扰能力，对于一些电磁信号和偶发的干扰，系统能够实现自动屏蔽、降噪和适应，以此减少外界干扰对系统运行稳定性的影响。

1．1．2 高智能化

变电站辅助控制系统采用智能采集、智能分析和智能控制等智能手段，实现整个系统的高智能化。同时智能排查和修复在系统运行的稳定性上也起着至关重要的作用。因此，系统的高智能化可以说是整个系统的核心，目前在设计和研究上也在朝进一步的智能化方向努力。

1．1．3 高效性

系统的高效性主要体现在两个方面：①人员的高效性。变电站辅助控制系统智能化的特性可实现“无人值守”，大大减少了人员的参与，因此节省了人力物力，实现了较高的经济效益。②性能的高效性。由于系统采用自动处理数据，少了许多人为因素的干扰，执行效率大大提高，系统采用数据采集、处理与集中控制的一体化，使得系统间的协调也具有高效性。

1.2 变电站辅助控制系统的现状

变电站辅助控制系统在设计上为变电站稳定性提供了比较有效的保障，但是就目前而言，变电站辅助控制系统还存在着一些不足的地方。

1．2．1 技术标准不统一

在现有的变电站辅助控制系统中，由于生产的设备来自不同厂家，存在型号和标准不统一的现象，因此设备可能出现软硬件不兼容的情况，以及技术标准和功能规范上的误差。这样就难以以一个统一的标准作出整体的管理，因此给变电站辅助控制系统运行的稳定性带来极大的影响。

1．2．2 功能单一且相互独立

目前，变电站辅助控制系统的功能还比较单一，仅能实现部分数据采集和远程控制之类的简单功能。对系统运行的安全性检测和异常情况报错之类的功能尚未成熟，容易出现误报、漏报的情况。与此同时，功能之间相对还比较独立，难以实现信息共享，实现统一的管理和处理。这导致了安全性的降低以及管理成本的提高。

1．2．3 自动化程度不高

尽管变电站辅助控制系统实现了无人值守，大大减少了人工的参与，但是系统仍然需要人员的管理，这就存在自动化程度不高的现象。尤其是数据采集子系统和控制系统之间的脱节，导致无法实现智能调节和自动控制的功能。部分功能需要人工手动控制，这样使得管理以及协调远不能满足变电站自动化系统的要求。

2 变电站辅助控制系统结构功能及应用

2.1 变电站辅助控制系统的大体结构与主要功能

辅助控制系统主要由视频监控子系统、照明子系统、消防报警子系统及其他辅助控制系统组成。

2．1．1 视频监控子系统

视频监控子系统主要由视频采集、传输以及处理构成。视频信号采集系统包括变电站内的摄像设备，能够对站内图像进行采集。采集到的图像数据经过压缩后，通过线缆与光纤，传输至视频信号处理系统。

系统主要可以实现以下功能：①图像监视及录像。能够完整地观看变电站主要区域设备的情况并存储视频，以便未来调用。②与其他系统进行联动。系统自动记录每条报警事件，并弹出视频窗口，提示调度人员观察。③智能分析。当安全警戒被闯入时，相应摄像跟踪拍摄目标。

2．1．2 照明子系统

照明系统可以与监控系统联动，并在近程、远程两方面进行控制。这样能节约电能，降低变电站运行使用的费用，提高灯具使用寿命。

系统可以实现以下功能：①照明系统可以进行故障报警。当变电站中的设备发生故障，指示灯会亮起或熄灭，并且照明系统进行工作有助于监控人员快速排查故障。②夜间自动照明。与视频监控系统联动，为视频系统能更好地捕捉对象进行光线补偿。③节约电能。在正常情况下，灯处于关闭状态，能降低变电站运行成本。

2．1．3 消防报警子系统

变电站的正常运行是极为重要的，一旦发生火灾损失较为严重。因此，消防报警系统通过监控系统与照明系统的联动，使消防人员了解火情，并迅速控制火情。

主要可实现以下功能：①远程控制监测。当变电站设备温度超过警戒或烟尘颗粒超过警戒时，系统自动弹跳出报警界面，使监控人员及时作出反应。②火灾报警联动跟踪。当发生火灾时，通过与视频监控系统、照明系统的联动，迅速发出报警信号并跟踪火情。

2．1．4 设备状态监控子系统

设备状态监控子系统应具有数据采集和处理的功能，与视频监控系统相配合，检测设备状态。

系统主要可以采集以下数据与状态信息：①模拟量采集：I、U、P、Q、F、cosφ等。②状态量采集：断路器位置状态、隔离开关位置状态、继电保护动作状态、同期检测状态等。③脉冲量采集：脉冲量是电能表输出的一种反映电能流量的脉冲信号。

同时，当设备出现严重故障时，视频监控子系统可将摄像机直接调向故障位置，实施全纪录监控，从而保障系统信息的完整保存，并且自动提醒操作人员设备已发生故障，同时系统平台显示发生故障的具体设备和地点。

2．1．5 空调控制子系统

空调子系统为工业产品生产过程或工业工艺设备的可靠运行提供环境温度、湿度、洁净度保障。同时可依据现场环境状态信息，对空调系统实施远程智能监控，具体如下：①设定时间点与温度点自动开启或关闭空调；②当故障发生时，采取故障联动控制，并发出警告；③系统可远程调节空调的制冷、制热、送风控制、温度调节、除湿等各项功能。

2．1．6 集中排水控制子系统

运行人员通过该控制系统对工业废水净化和排放进行监控管理，减少了各子系统常规控制室的设置，达到了减员增效和降低发电成本的目的。

系统主要可以实现以下功能：①监测功能。实现对水仓水位、水泵轴温、电机轴温、电机定子温度、压力、负压、流量、电机电压、电流、功率、水泵运行效率等参数的实时监测。②控制功能。第一，现场控制：调度员在现场直接通过现场设备上的指示灯及数据对机组进行直接控制，实现检修维护设备。第二，远程集控：调度员在远程终端控制，通过计算机上的控制软件，远程实现对于水泵机组的控制。第三，全自动控制：由集中排水控制系统直接全自动控制调度水泵机组，通过水位等参数完成排水控制功能。③保护功能。在设备出现故障时，能自动停止系统的运行，并能检测出系统故障的类型。④报警功能。发生故障时能向总系统发出警报，由调度员进行统一处理。

2．1．7 周界防范子系统

周界防范系统主要通过设置在变电站的边界或围墙上，通过视频监控、红外线探测等技术实现对周围区域的扫描。一旦有非法用户进入区域，就能实现对变电站的保护。周界防范系统主要由两个部分组成：①探测器。探测器工作在变电站区域边界，对进入或靠近边界人员的一种检测，形成变电站的一道警戒线。②防盗报警系统。防盗报警系统是从探测器探测到异常情况，统一传输给防盗警报系统，提醒工作人员进行进一步的应对和处理。

2．1．8 采暖控制子系统

采暖系统可以采集发电产生的余温，向用户室内供给相应的热量，运用智能系统对采暖系统进行控制，可以产生很大的节能效果，取得较大的经济效益与社会效益。同时，智能系统控制还可对电暖气进行远程监控和故障告警联动的优化控制。

2.2 辅助系统的网络连接

图1 为变电站控制系统通信网络的拓扑结构，图2 为变电站控制系统通信网络的协议体系结构。

图1 变电站通信网络的拓扑结构

图2 IEC 61850 协议的体系结构

变电站控制系统的通信通过有线与无线两种方式进行信息传输，遵循电力系统的远动无缝通信传输协议（IEC61850 协议），现行协议大多基于TCP/IP 协议，采用套接字SOCKET 等技术实现。

3 前景展望和技术创新

3.1 技术的优越化

在信息技术不断发展情况下，有望通过远程控制实现与调度主站的数据模型一致，从而实现调度主站端在线远程维护，减少主站端的工作量，提高变电站运行的工作效率。

3.2 系统的安全化

各种模块间通过建模的方式可以使传输更加安全可靠及稳定。未来通信技术与其他技术不断发展，变电站主站端所获得的信息将会越来越准确及快速。

3.3 实现技术标准的智能检测、统筹处理

在新兴技术的发展下，变电站辅助控制系统有望通过智能化、准确化分析设备的型号、种类，合理分配系统性的处理方案，实现技术标准的智能检测与统筹处理相结合，来解决设备出现软件、硬件不兼容的问题，使设备更好地与变电站辅助控制系统融合，使得变电站更加可靠、智能、高效，从而提高整个电网的高度自动化管理，保证电力系统的安全运行。

3.4 实现以AI 智能化为主、人为监控为辅的综合应用

变电站辅助控制系统通过AI 智能化技术的运用和推广，能够使传统意义上的单一检测控制得到大幅转变，进而提升辅助控制技术的整体进步，实现以AI 智能化辅助控制为主、人为监控为辅的跨越式发展。

4 结束语

近年来，新型专业智能电网正跨越式发展着，而变电站辅助控制系统的应用，便于电网调度人员远程监控变电站内的一次、二次设备，从而提高了电力系统的经济运行和安全管理，保障了变电站的稳定运行，是电力行业提高劳动生产率、增加效益的有效途径。

变电站辅助控制系统，利用其主要的数据采集及集中控制，正逐渐实现测控一体化。我们不难看出，辅助控制系统历经多个时代的发展正在走向成熟。虽然在技术标准的智能检测、统筹处理以及AI 智能化应用等方面仍存在许多技术难题，但毫无疑问的是，变电站辅助控制系统具有相当广阔的发展空间，将会成为电力系统行业应用中的重要组成部分。