基于模块化建设2.0版变电站智能辅控系统研究

国网冀北电力有限公司工程管理分公司 乔 平 中国电力科学研究院有限公司 郁舒雁

变电站内传统辅助生产系统一般包括环境监测系统、采暖通风控制系统、水泵控制系统、火灾报警系统、视频监控系统、安防报警系统等，根据主变压器容量还可能配置主变消防系统等辅助设施。这些系统设备供货厂家多种多样，技术水平参差不齐，包含的内容广，系统内设备之间的接口复杂多样，系统间的通信规约一般不能兼容，通常设置硬接点将简单的报警信号发送给各自的监控后台。由于缺乏系统集成机制，各类辅助系统独立工作，基本无联动功能，效率低，缺乏互动。当辅助设备发生重大问题，往往影响到站内电气设备正常运行时运行维护人员才能发现，容易将安全隐患拖延为安全事故。

为推进变电站模块化建设技术迭代提升，实现“主要设备更集成、二次系统更智能、预制装配更高效、建设运行更环保”，遵循“安全可靠、先进适用、经济合理、建设高效、运维便捷”的原则[1]，国家电网有限公司制定了变电站模块化建设2.0版技术导则，对辅助设备智能监控系统的技术规范做了进一步的明确和提升。

冀北白土窑500kV变电新建工程作为国网公司变电站模块化建设2.0版的示范工程，应用了25项关键技术中的18项，建立了一套先进完整的智能辅控系统，将变电站站内各种辅助生产设施有机整合、统一管理，为变电站的安全防范、设备运行提高相应的联动及应急处理能力，为运行维护人员提高管理质效提供更为可靠、直接和全面的手段。

1 智能辅控系统架构

变电站辅助设备智能监控系统不同于变电站监控系统，是专门用于对变电站各种辅助生产系统进行整合、优化、管理、控制的综合系统，由综合应用服务器、智能巡视主机、各子系统前端设备及通信设备组成[2]。智能辅控系统架构如图1所示。站控层统一采用DL/T 860通信报文。一次设备在线监测、火灾消防监测、安全防卫监测、动力环境监测、智能锁控等子系统部署于安全Ⅱ区，信息接入综合应用服务器，并通过Ⅱ区网关机与运维主站交互信息，智能巡视子系统部署于安全Ⅳ区，信息接入智能巡视主机，与运维主站智能巡视集中监控系统交互信息。

图1 智能辅控系统架构

2 子系统功能描述及应用

白土窑500kV变电站智能辅控系统包含一次设备在线监测子系统、火灾消防监测子系统、安全防卫监测子系统、动力环境监测子系统、智能锁控子系统、智能巡视子系统等，实现一次设备在线监测、火灾报警、安全警卫、动力环境监视及控制、智能锁控、图像监视信息的分类存储、智能联动及综合展示等功能。

2.1 一次设备在线监测子系统

一次设备在线监测子系统主要实现变电站主设备的状态监测，关键指标包括主变压器的油温及油位、油中溶解气体、铁芯夹件接地电流，GIS（HGIS）、断路器的绝缘气体密度、开关柜触头温度，避雷器的泄漏电流等。

白土窑工程针对每台主变配置了本体油位数字化远传表计、油面温度数字化远传表计、绕组温度数字化远传表计、1套油中溶解气体在线监测单元、1套铁芯/夹件接地电流在线监测装置；对HGIS每个绝缘气室配置1台绝缘气体密度数字化远传表计；上述表计、在线监测装置等前端设备实时采集各一次设备状态信息，点对点传输至就地配置的监测终端（IED），监测终端采用DL/T 860协议将数据打包发送给站控层综合应用服务器，并发送给辅助设备监控主机。

2.2 火灾消防监测子系统

火灾消防监测子系统包括模拟量变送器、消防信息传输控制单元、火灾自动报警系统等设备，能够实时监测消防电源电压、消防管网压力、消防水池液位的状态信息，实时采集、传输站内火灾报警信息，实现消防联动控制。火灾自动报警系统内的前端设备通过总线上送数据至消防信息传输控制单元，消防信息传输控制单元采用DL/T 860协议将数据打包发送给站控层综合应用服务器，并发送给辅助设备监控主机。

2.3 安全防卫监测子系统

安全防卫监测子系统包括安防监控终端、声光报警器、防盗报警控制器、紧急报警按钮、门禁控制器、电子围栏、红外双鉴探测器、红外对射探测器等设备。前端设备通过RJ45、I/O、RS485等接口方式与安防监控终端进行通讯，安防监控终端采用DL/T 860协议将数据打包发送给站控层综合应用服务器，并发送给辅助设备监控主机，实现全站安全警卫信息的采集和监控。

白土窑工程配置1套安防监控终端，在围墙四周采用电子围栏布防，大门上方配置1对红外对射探测器，主控通讯楼、二次设备室等出入口配置红外双鉴探测器；对未使用门禁刷卡授权进站、攀爬围墙、翻越大门等非法入侵行为，由围墙上方的电子围栏及进站大门上方的红外对射探测器发送信号至防盗报警控制器进行声光报警，并联动智能巡视系统摄像机，推送报警区域的视频画面，清晰显示人员活动情况。

2.4 动力环境监测子系统

动力环境监测子系统包括动环监控终端、空调控制器、照明控制器、除湿机控制箱、风机控制器、水泵控制器、温湿度传感器、微气象传感器、水浸传感器、水位传感器、绝缘气体监测传感器等设备。前端设备通过RS485、I/O等接口方式与动环监控终端进行通讯，动环监控终端采用DL/T 860协议将数据打包发送给站控层综合应用服务器，并发送给辅助设备监控主机，实现全站环境数据的实时采集和监控。

白土窑工程在主控通讯楼、二次设备室、SVG室均配置温湿度传感器，在HGIS设备下方落地安装SF6/O2传感器，在电缆层、室外电缆沟等电缆集中区域配置水浸传感器，在集水井配置水位传感器，对空调、水泵、风机等设备配置控制器，在户外场区及重要设备房间配置照明控制器，在主控通讯楼楼顶配置1套一体化微气象传感器，采集室外温度、湿度、风速、风向、气压、雨量等数据，对应各传感器、控制器配置了动环监控终端。通过预先设定环境信息的告警值，系统能够对各类异常环境及时告警并触发智能联动设置，控制相关设备及时防范。

2.5 智能锁控子系统

智能锁控子系统包括锁控监控终端、电子钥匙、锁具等配套设备。系统具备对变电站内各类锁具（不含防止电气误操作的锁具）和电子钥匙的控制和管理功能，实现开锁权限、开锁记录和开锁流程的智能化管控；具备身份认证功能，包括刷卡、密码等多种认证方式；具备上送开锁任务、人员及锁具配置信息，下发开锁任务到电子钥匙等功能；具备在网络故障情况下通过锁控监控终端直接对钥匙进行授权操作功能，并对授权信息和开锁信息进行记录。

2.6 智能巡视子系统

智能巡视子系统由巡视主机、视频设备等组成[3]，实现数据采集、自动巡视、智能分析、实时监控、智能联动、远程操作等功能。智能巡视子系统采用分层、分布、开放式的网络构架，由站层设备和前端设备构成，部署在安全IV区。系统通过1套物理隔离设备与站内安全I/II区系统互连，通过综合数据网与运维主站智能巡视集中监控系统交互信息。

白土窑工程在站控层配置1套巡视主机、1套存储设备、1套网络交换机等设备；智能巡视主机部署在主控通讯楼，对视频设备实现统一接入、下发控制指令和分析巡视结果，并与上级系统进行交互；在站区大门、站内场地、户外设备区、各房间均安装球形摄像机，户外设备区另外安装云台摄像机，对变电站进行常规监视，兼顾环境状态、人员行为及设备状态分析；对变压器等重要一次设备区域配置高清固定摄像机、红外热成像摄像机、声纹监测装置等，满足远程在线巡视的布点需求；在主控通讯楼楼顶装设全景摄像机，用于站内环境监视和设备区全景监视及盲区覆盖；在站区大门正对入口处应安装枪型摄像机，识别记录进入人员及车辆车牌。

3 智能辅控系统应用成效

3.1 智能联动

智能联动含主辅联动、子系统间联动及子系统内部联动功能。白土窑工程智能辅控系统可实现以下智能联动功能。

当主设备监控系统收到设备变位信号、保护装置越限信号、动作信号、告警信号时，向智能辅控系统发出联动巡视需求；智能巡视主机根据联动规则，自动生成巡视任务，由视频设备对相关点位进行巡视，返回巡视结果。在智能巡视主机巡视期间，支持向监控主机和综合应用服务器发送联动任务并实现联动控制；检测到室内SF6气体浓度超标时，能启动报警并自动开启风机；智能巡视主机自动调取附近视频设备的监控画面，跟踪记录处理过程。

检测到火情时，火灾报警系统联动智能巡视主机，控制报警设备所在区域视频设备跟踪拍摄火灾情况，安防子系统自动解锁房间门禁，动环子系统立刻切断区域内各类电机电器的电源；检测到非法入侵时，安防子系统联动动环子系统主动打开报警防区的灯光照明，联动智能巡视主机调取报警区域视频设备的监控画面，并启动报警功能；检测电缆沟或电缆层遭到水浸或水位越限时，动环子系统自动开启水泵排水并发出警报；强对流天气发生时，系统会实时记录环境信息并上传告警，同时联动对应设备做出防范；用户可以通过自定义设置，实现站区照明、暖通空调、环境监测等设备之间的联动。例如，系统实时采集设备室内温湿度信息，自动开启或关闭空调、风机、电暖器等设备。

3.2 综合应用成效

提高运行安全性：智能辅控系统实现功能共享、数据共享、统一管理及广泛联动，能够及时发现并预防故障，降低事故风险，同时也加强了运行维护人员应急处理和反应能力，有效防范意外灾害和突发事件；降低维护成本：智能辅控系统将辅助生产子系统的高度集成，可以进行先期预警和故障诊断，便于远方人员掌控变电站状况，提升管理质量和效率，降低人工巡查、维修的时间和成本；提高生产效率：智能辅控系统能够快速检测和定位故障，大大降低故障查找和修复时间，能够更快地恢复正常运行，提高生产效率。

延长设备寿命：通过全方位多手段实时联网监测和智能分析变电站的环境条件和设备状态，各个子系统智能联动实现主辅设备运行状态的实时采集和自动调节，保证设备长期处于健康工况，有效延长设备使用寿命；消除“信息孤岛”：通过变电站全局信息收集与建模、全局数据共享、集中管理，统一分类存储、自动处理和综合展示所有数据信息，为辅助生产设备及运行环境提供全局信息库，从根本上消除“信息孤岛”；提升变电站管理水平：智能辅控系统各类子系统信息模型和通信接口采用DL/T 860标准，规范信息传输方式和通信规约，实现网络结构规范化和通信规约标准化，为实现统一化管理奠定基础，为变电站的优化管理提供有力支持。

综上所述，本文分析了变电站传统辅助设备监控系统在系统集成与联动方面的缺点，提出建设符合变电站模块化建设2.0版技术要求的辅助设备智能监控系统，结合冀北白土窑工程实践阐述了智能辅控系统的架构及各子系统功能，总结了工程应用成效。在变电站模块化建设深入应用阶段，后续工程必将综合应用全景数据、网络平台、广泛物联等先进技术，实现变电站设备状态全面感知、主辅设备远程监控，进一步提高变电站自动化、模块化、智能化水平。