某110kV智能变电站建设要点探讨

摘要：详细介绍了某110 kV智能变电站的主要组成系统，如一体化智能监控系统、一次主设备状态在线监测系统、二次设备智能运维系统、智能巡检机器人系统以及智能辅助控制系统等，对于变电站实现智能化、自动化控制具有重要意义。

关键词：智能变电站;一体化智能监控系统;二次设备智能运维系统;巡检机器人

0 引言

某110 kV变电站拟按照智能变电站建设要求进行设计，以可靠、节能、环保的集成化智能设备为基础，支持电网实时在线分析与控制功能，进而提高整个电网运行的可靠性及经济性。智能变电站设備具有信息数字化、功能集成化、智能化、结构紧凑化、状态可视化等主要技术特征，满足易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求。该110 kV智能变电站最终要实现变电站“设备状态一目了然、风险管控一线贯穿、生产操作一键可达、决策指挥一体作战”的建设目标。

1 一体化智能监控系统

一体化智能监控系统是在一次设备智能化、二次设备一体化、信息通信网络化的基础上，建设变电站的统一信息平台和一体化监控系统，为电网运行控制、设备运行监视和变电站维护管理提供一站式的运维支撑服务，跨专业协同应用，实现了变电站“可观测、可控制、可管理”的目标。该系统满足简洁高效原则、一体化原则、智能化原则、可靠性原则。

智能变电站的通信网络与系统符合DL/T 860实施技术规范要求。一体化智能监控系统基于OS2架构，建立站内全景数据的统一信息平台，通过标准化模型和服务接口，实现各子系统统一数据标准化、规范化存取访问以及和调度等其他系统进行标准化深度交互。

智能变电站应能实现站内信息的全面采集、分析和应用，并进行可视化展示，为变电站日常运维、异常处理、检修安排及事故分析提供技术手段和辅助决策依据，实现状态评估、态势感知、状态检修功能，提高变电站智能运维管理水平。

该110 kV变电站为配合核心区内智能电网建设，按照智能变电站建设要求进行设计，建设变电站统一信息平台和一体化智能监控系统。一体化智能监控系统网络结构如图1所示。

2 变电站一次主设备状态在线监测系统

变电站一次主设备状态在线监测系统可实现对变电站一次主设备的运行状态参数的实时采集，建立变电站一次主设备运行状态综合数据库，自动生成设备状态参数报表和变化趋势曲线，对设备状态的历史参数进行横向比较分析、趋势分析等，对设备状态进行初步诊断，为专家诊断系统提供支撑，通过网络可实现对变电站一次主设备的状态监测、诊断和评估。

某110 kV变电站一次主设备状态在线监测系统软件拟集成在一体化监控系统内，作为一体化监控系统的一个高级应用模块，实现对系统的一体化监控。一次主设备状态在线监测采集到的运行数据按61850协议建模，并将数据上传至统一信息平台，实现跨专业协同作业。

为了实现对全站一次主设备状态实时监测的全覆盖，该110 kV变电站拟配置一批设备状态在线监测装置，如表1所示。

3 变电站二次设备智能运维系统

变电站二次设备智能运维系统能准确推断故障设备、故障类型（可定位到插件），实现设备智能缺陷诊断，构建集“状态评估、远程巡视、故障分析、应急指挥”于一体的二次设备智能运维体系，实现变电站二次系统不停电检修与改扩建，实现变电站二次系统运行方式识别与在线风险评估，提高变电站二次系统运维的管理水平、效能水平，进一步保障电网运行安全。

4 变电站智能巡检机器人系统

4.1    室外场地巡检机器人系统

该110 kV变电站按无人值班变电站要求建设。为配合核心区内智能电网建设，按智能变电站标准进行设计，开展变电站机器人巡检建设，采用完全自主或遥控的方式对站内室外一次设备的部分项目进行巡检。巡检机器人全自主模式包括例行和特巡两种方式，在例行方式下，系统根据预先设定的巡检内容、时间、周期、路线等参数信息，自主启动并完成巡视任务;特巡方式由操作人员选定巡视内容并手动启动巡视，机器人可自主完成巡检任务。遥控巡检模式由操作人员手动遥控机器人，完成巡视工作。

无轨导航技术：本技术利用激光雷达传感器进行定位导航，实现变电站的无轨化导航巡检，无轨化导航指的是不通过事先预埋的磁轨或其他形式的轨道实现巡检装置自主行走的导航方案。本巡检装置无轨化导航方案通过激光雷达导航系统实现，该系统主要包括激光雷达定位技术和导航控制技术。

多适应性底盘技术：巡检机器人可根据变电站内地面环境的多样性，如水泥地、草地、电缆盖板、坡道等，能够在以上几种地形中自由方便地进出，不受地面环境阻碍。

图像识别技术：对检测装置采集到的表计图像，需要应用到图像识别技术，对表计的读数（指针式或者数字式）进行自动采集识别，并判断是否存在异常运行情况，若有异常则提出报警。图像识别视觉算法使用SuroSearchMax技术对图像中的目标区域进行配准与提取，然后通过模式识别技术对仪表进行识别与读数判别。

4.2    室内轨道巡检机器人系统

室内轨道机器人系统包括轨道、机器人本体、本地监控后台软硬件、机器人充电座及相关导航装置、通信设备等。变电站机器人巡检建设，采用完全自主或遥控的方式对站内保护室及GIS室内保护屏柜的部分项目进行巡检。全自主模式包括例行和特巡两种方式。

巡检内容应包括但不限于：（1）设备外观;（2）设备本体和接头的温度;（3）压板投退状态;（4）装置状态指示灯;（5）空开位置识别;（6）档位位置识别。

变电站采用机器人巡检方式，为无人值守变电站的推广应用提供了新型的技术检测手段，代替巡检人员对站室外一次设备的部分项目进行巡检，对设备自动进行温度测量，对图像进行分析和判断，及时发现电力设备缺陷、外观异常问题，可以提高变电运行人员工作效率，减轻变电运行人员的工作强度。如遇雷雨天气，巡检机器人可以代替运行人员检查设备。

5 变电站智能辅助控制系统

5.1    视频及环境监控系统

该110 kV变电站配置了一套视频及环境监控站端系统，对变电站现场视频及各种环境信息进行采集、处理、监控，实现变电站“无人值班，有人值守”的建设目标。

视频及环境监控系统由RPU、视频监控设备、环境量采集设备、报警控制设备、网络设备、存储设备等组成。

监控对象：变电站厂区内环境、主变压器外观及中性点接地刀闸、变电站内各主要设备间（包括大门、电气二次设备室、10 kV配电装置室等）。

5.2    智慧安防系统

该110 kV变电站基于物联网、大数据、人工智能技术，构建城市安全生产智慧监管平台，融合物联网、无人机、卫星遥感、视频监控等多种安监数据监测与感知技术，实现全方位、大范围、高精度、实时动态的安监数据采集，实现安监信息一网实时感知、一云全盘分析、多端及时预警、全域应急联动。

智慧安防系统应用场景：（1）生产场所智能安保;（2）基于人功智能视频在线监控;（3）电子 3D围栏;（4）智能声光警示、渣土收纳场智能安全监测。

5.3    智慧消防系统

智慧消防系统综合利用RFID（射频识别）、无线传感、云计算、大数据等技术，依托有线、无线、移动互联网等现代通信手段，整合已有的各数据中心，扩大监控系统的联网用户数量，完善系统的报警联动、设施巡检、单位管理、消防监督等功能。

智慧消防系统实现的功能包括：（1）报警功能;（2）信息记录和重放功能;（3）指挥功能，接警中心可随时调出消防系统的相关信息和资料;（4）火灾定位;（5）快速制图和应急分析。

5.4    实时环境监控系统

该110 kV变电站应用信息化技术及新的通信网络技术，对污染源及环境质量实施长期、连续、有效的监测。

智能变电站安装了各种仪器，如大气检测仪、水质监测仪、UPS等设备，实现实时环境监控的可视化，还需要摄像机、声光报警器、温湿度检测仪、烟感报警器、数采仪等设备。数采仪设备不仅可以接入传统的水质、大气等监测仪数据，还能够接入摄像机、环境等传感器数据。智能变电站结合视频监控形成一套完备的综合安防监控系统，达到无人值守目的，实时了解变电站的信息，监督动力设备运行和环境的状态信息。

实时环境监控系统实现的功能包括：实时监测一氧化碳、硫化氢、氧气、甲烷、温湿度、水位、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、颗粒物（PM2.5/PM10）、噪声、甲醛、气压、风向、风速等。

5.5    门禁系统

该110 kV变电站站内主控室等关键房室设置了门禁系统，具备授权进入、数据储存、非法开启告警、应急开锁、故障显示等功能。在人员进出口位置设置声光報警装置，与门禁系统联动，当发生火灾或隧道中有毒害气体威胁人身安全时发出告警。

6 结语

在“十二五”期间，国家电网公司大力开展智能变电站试点工作，建立了智能变电站关键技术基本理论、技术标准体系，积累了丰富的建设经验，为全面推广建设智能变电站奠定了基础。根据国家电网公司发布的“十三五”规划战略要求，预计在“十三五”期间，国家电网公司将在智能电网的变电环节加大新建智能变电站的投入力度，并对原有变电站进行智能化改造，预计智能化改造率达到100%。由此可见，智能变电站在国家电网建设中的重要性，随着我国对智能变电站建设重视度的不断提高，智能变电站产业将迎来更大的发展机遇。

收稿日期：2020-08-13

作者简介：屠智辉（1983—），男，广东佛山人，高级工程师，高级经济师，二级建造师，研究方向：电力管理、电力技术、新能源电力应用、电力运维平台信息化管理。