沈顯慶,朱彥磊,王昌奎

(黑龍江科技大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院 哈爾濱 150022)

變電站智能輔助系統(tǒng)的分析

沈顯慶,朱彥磊,王昌奎

(黑龍江科技大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院 哈爾濱 150022)

為了更好地發(fā)揮變電站智能輔助系統(tǒng)的作用,筆者介紹了變電站智能輔助系統(tǒng)的組成和功能,以及當(dāng)今電網(wǎng)對(duì)智能輔助系統(tǒng)的要求,歸納了變電站智能輔助系統(tǒng)建設(shè)存在的問(wèn)題,展望了未來(lái)變電站智能輔助系統(tǒng)。

智能變電站,智能輔助系統(tǒng),智能聯(lián)動(dòng),無(wú)人值守

在電力系統(tǒng)“發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度”這六大主要環(huán)節(jié)中,變電站處于中心環(huán)節(jié),起著舉足輕重的作用[1-2]。然而目前變電站中“重主設(shè)備、輕輔設(shè)備”的管理模式,使得各輔助系統(tǒng)缺乏實(shí)時(shí)有效的監(jiān)控管理手段[3],嚴(yán)重影響了變電站的運(yùn)行效率,且不利于提高變電站自動(dòng)化水平。所以在無(wú)人值守變電站的推廣普及下,提升對(duì)變電站輔助系統(tǒng)管理水平和技術(shù)手段的要求就變得越來(lái)越迫切。

1 智能變電站輔助系統(tǒng)概述

智能變電站輔助系統(tǒng)是指在保障各子系統(tǒng)獨(dú)自運(yùn)行的前提下,對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)整合并對(duì)其進(jìn)行底層控制的系統(tǒng)。它利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器,構(gòu)建了一套全站公用的智能監(jiān)測(cè)與輔助控制系統(tǒng),并預(yù)留了新智能化系統(tǒng)的接入端口[4-5]。在統(tǒng)一管理、系統(tǒng)兼容、避免設(shè)備重復(fù)投入和各系統(tǒng)間有效協(xié)作及信息共享上,發(fā)揮優(yōu)勢(shì),從而極大地降低了資源消耗,提高了系統(tǒng)保障能力,達(dá)到了智能化監(jiān)控的目的。尤其是“四遙”功能電力設(shè)備在變電站的應(yīng)用,加速了偏遠(yuǎn)地區(qū)變電站無(wú)人值守模式的轉(zhuǎn)變,提高了值班人員的遠(yuǎn)程監(jiān)控能力,減輕了運(yùn)維人員的工作量,避免了人力資源的浪費(fèi),為變電站的建設(shè)和管理節(jié)約了成本[6]。

2 變電站智能輔助系統(tǒng)組成和功能

2.1 系統(tǒng)組成

智能輔助系統(tǒng)是將現(xiàn)有各系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)整合,實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化連接,各子系統(tǒng)的信息得到集成,從而實(shí)現(xiàn)輔助子系統(tǒng)間的信息共享和信息交互,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、智能聯(lián)動(dòng)等功能[7]。它以綜合服務(wù)器為核心,由視頻監(jiān)控系統(tǒng)和動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成。其中,動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)又包括門(mén)禁控制系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)、安全警衛(wèi)系統(tǒng)、環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)、燈光控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)[8]。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1如示。

視頻監(jiān)控部分采用高清攝像頭,布防變電站各個(gè)監(jiān)控點(diǎn),來(lái)遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)嗦菲鳌⒏綦x刀閘等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài),并將信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)骄C合應(yīng)用服務(wù)器處理,使集控中心能及時(shí)準(zhǔn)確地的掌控現(xiàn)場(chǎng)情況,采取相應(yīng)措施[9]。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

門(mén)禁系統(tǒng)是現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng),可對(duì)變電站內(nèi)各通道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并對(duì)人員進(jìn)出進(jìn)行管理,以限制特殊區(qū)域的非法闖入,從而提高變電站運(yùn)維效率[10]。

消防報(bào)警系統(tǒng)是為防范變電站內(nèi)發(fā)生火災(zāi)而設(shè)置的,當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)它能及時(shí)探明火情并啟動(dòng)自動(dòng)滅火裝置或火災(zāi)隔離措施,并同時(shí)將信號(hào)傳至監(jiān)控中心,以方便有關(guān)人員組織疏散或滅火,從而將損失降到最小[11]。

安全警衛(wèi)系統(tǒng)主要用于防范無(wú)關(guān)人員的非法侵入,保障變電站內(nèi)設(shè)備和人員的安全,一旦探測(cè)到外來(lái)入侵,能及時(shí)將入侵信號(hào)上傳到監(jiān)控中心,并調(diào)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)以方便工作人員及時(shí)查看并作出應(yīng)對(duì)[12]。

燈光控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具的遠(yuǎn)程遙控,能改善就地控制照明燈具的不足,且可與其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng),擴(kuò)展其他輔助系統(tǒng)夜間和光照不夠時(shí)的不足[13]。

2.2 系統(tǒng)特色功能

2.2.1 設(shè)備智能巡檢

智能輔助系統(tǒng)具有替代人員進(jìn)行設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)巡檢的功能,可為無(wú)人值守變電站的建設(shè)提供技術(shù)支持。該功能可根據(jù)實(shí)際需要,設(shè)計(jì)自動(dòng)巡檢路線,通過(guò)站內(nèi)布防的攝像機(jī)將巡視的信息傳到集控中心,而無(wú)需人員親自到場(chǎng)。輔助系統(tǒng)中還接有設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng),可對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)狀況進(jìn)行監(jiān)控,協(xié)助智能巡檢功能的實(shí)現(xiàn)[14]。

2.2.2 高清視頻和智能視頻分析

智能輔助系統(tǒng)中采用攝像機(jī)提供的高清畫(huà)面及關(guān)鍵信息,有助于提高智能視頻分析準(zhǔn)確性,而且基于背景建模和目標(biāo)追蹤技術(shù)的智能視頻分析功能,可對(duì)非法侵入行為進(jìn)行分析,對(duì)監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)變位進(jìn)行判斷[15]。

2.2.3 智能報(bào)警功能

輔助系統(tǒng)報(bào)警子系統(tǒng)為每個(gè)報(bào)警對(duì)象設(shè)置了報(bào)警屬性,不同報(bào)警有不同級(jí)別。而且可提供多種報(bào)警方式,如畫(huà)面、語(yǔ)音、郵件、電話、短信等,以提醒值守人員及時(shí)處理[16]。對(duì)于較低級(jí)別的報(bào)警,只需啟動(dòng)畫(huà)面和聲音報(bào)警方式即可,對(duì)于較高級(jí)別的報(bào)警不但要啟動(dòng)聲音和畫(huà)面報(bào)警方式,還要以郵件、短信和電話的方式提醒值班人員或上一級(jí)管理人員。以期得到及時(shí)響應(yīng)和處理[17]。

2.2.4 各子系統(tǒng)間智能聯(lián)動(dòng)

輔助系統(tǒng)整合了各子系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和子系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測(cè)所有探測(cè)器的工作狀態(tài),當(dāng)報(bào)警條件被觸發(fā)時(shí),能聯(lián)動(dòng)調(diào)用報(bào)警點(diǎn)攝像機(jī),將報(bào)警點(diǎn)的實(shí)時(shí)信息上傳至集控中心,供工作人員查看[18]。如視頻監(jiān)控和門(mén)禁系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)重要區(qū)域人員過(guò)往情況的監(jiān)控,以防范重要區(qū)域的非法闖入,確保設(shè)備和人員人身安全。視頻監(jiān)控和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)可將報(bào)警點(diǎn)實(shí)時(shí)畫(huà)面呈現(xiàn)出來(lái),便于救援人員及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況,提升火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的準(zhǔn)確性[19]。門(mén)禁和火災(zāi)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)可在火災(zāi)發(fā)生時(shí),及時(shí)對(duì)報(bào)警點(diǎn)的門(mén)禁進(jìn)行開(kāi)鎖斷電處理,以方便人員逃生和救援人員的進(jìn)入。

3 變電站智能輔助系統(tǒng)的特點(diǎn)

3.1 系統(tǒng)具有高可靠性和高效性

基于保障變電站設(shè)備可靠運(yùn)行而設(shè)計(jì)的智能輔助系統(tǒng),在功能設(shè)計(jì)方面表現(xiàn)出色,易于改進(jìn)和擴(kuò)展。智能輔助系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)有很好的保障,可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)監(jiān)控[20]。智能輔助系統(tǒng)采用容錯(cuò)技術(shù),能使系統(tǒng)在數(shù)據(jù)丟失或損壞時(shí)繼續(xù)正常運(yùn)行;智能輔助系統(tǒng)具有多種保護(hù)措施,可在強(qiáng)電磁干擾等多種惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠工作。另外,智能輔助系統(tǒng)采用多種先進(jìn)智能技術(shù),可對(duì)采集的多種數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一高效智能化系統(tǒng)分析及對(duì)它們進(jìn)行自動(dòng)化處理[21],有效降低人為干預(yù)所帶來(lái)的錯(cuò)誤和誤差,提高系統(tǒng)的處理能力和準(zhǔn)確性。同時(shí)高兼容性的接口設(shè)計(jì)能提高系統(tǒng)間協(xié)作效率。

3.2 系統(tǒng)具有視頻聯(lián)動(dòng)機(jī)制和設(shè)備狀態(tài)智能分析功能

在變電站SCADA系統(tǒng)調(diào)控下,通過(guò)“四遙”技術(shù)實(shí)現(xiàn)向智能輔助系統(tǒng)發(fā)送相關(guān)斷路器和刀閘信息的功能。輔助系統(tǒng)通過(guò)視頻監(jiān)控功能實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)作設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),可使工作人員遠(yuǎn)程做出確認(rèn)與決策。視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)的智能分析技術(shù),可在保證切換質(zhì)量的前提下,極大程度地提高倒閘效率,從而實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)控制[22]。

3.3 系統(tǒng)具有自動(dòng)巡檢功能

配置重要設(shè)備的巡檢路線,將需要監(jiān)控的點(diǎn)位納入監(jiān)控范圍并自動(dòng)顯示圖像[23],從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢功能。設(shè)置監(jiān)控區(qū)域的觸發(fā)條件及聯(lián)動(dòng)報(bào)警機(jī)制,有效提高了巡檢效率;合理安排人員到全站重要設(shè)備處巡檢,避免了人力資源的浪費(fèi)。

4 目前變電站建設(shè)存在問(wèn)題

在變電站建設(shè)和管理方面存在的問(wèn)題,主要包含下幾個(gè)方面。

1) 標(biāo)準(zhǔn)體系不統(tǒng)一,系統(tǒng)兼容性差。在變電站輔助系統(tǒng)中存在多廠家設(shè)備共存的情況,這些設(shè)備開(kāi)發(fā)所使用的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)不盡相同,存在互不兼容的問(wèn)題,難以形成有效管理,造成各系統(tǒng)間不能相互協(xié)作,無(wú)法集成數(shù)據(jù)信息,到處存在信息孤島,給變電站各系統(tǒng)間的信息共享和交互造成巨大障礙。資源不能有效整合利用,嚴(yán)重制約著變電站信息化建設(shè)和應(yīng)用[24]。

2) 各輔助設(shè)施的控制局限性。現(xiàn)有各輔助子系統(tǒng)各自獨(dú)立自成體系,各系統(tǒng)間缺乏聯(lián)動(dòng)策略和機(jī)制,系統(tǒng)間信息檢測(cè)和控制功能脫節(jié),在變電站運(yùn)行維護(hù)方面智能化、自動(dòng)化程度低。而且在監(jiān)控報(bào)警方面多為人為主觀判斷的被動(dòng)監(jiān)控模式,極易產(chǎn)生誤報(bào)、漏報(bào)情況[25]。

3) 變電站管理模式固定,經(jīng)營(yíng)觀念落后。變電站經(jīng)營(yíng)管理模式存在弊端,條塊分割,信息分散,沒(méi)有規(guī)范的建制,導(dǎo)致了變電站信息化建設(shè)缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和管理,機(jī)構(gòu)設(shè)置和人才狀況的滯后,阻礙了信息化的進(jìn)程,而且領(lǐng)導(dǎo)層對(duì)信息化的理解和資本的投資存在誤區(qū),也影響了智能變電站電力信息綜合一體化的發(fā)展[26]。

5 變電站智能輔助系統(tǒng)的未來(lái)展望

隨著科技的飛速發(fā)展未來(lái)變電站中將會(huì)應(yīng)用更多先進(jìn)技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足智能化管理和運(yùn)行方面的需要。

5.1 提高智能輔助系統(tǒng)性能

未來(lái)變電站將會(huì)整合IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)、高清視頻監(jiān)控技術(shù)、智能視頻識(shí)別等技術(shù),開(kāi)發(fā)變電站一體化信息平臺(tái),以實(shí)現(xiàn)變電站全景數(shù)據(jù)統(tǒng)一建模、智能控制、系統(tǒng)處理等高級(jí)應(yīng)用功能[27]。高清視頻監(jiān)控技術(shù)和智能視頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用,可對(duì)檢修人員進(jìn)行智能監(jiān)督管理,以規(guī)范其檢修安全作業(yè)操作。特別是與在線檢測(cè)系統(tǒng)后臺(tái)的整合,可有效提高巡視人員的巡視質(zhì)量。而且變電站信息系統(tǒng)的安全防護(hù),也將從多層次、多方位進(jìn)行加強(qiáng),已達(dá)到系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行[28]。

5.2 智能輔助系統(tǒng)采用統(tǒng)一的信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo),加快變電站信息化標(biāo)準(zhǔn)工作,制定統(tǒng)一的信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化體系有利于變電站各輔助系統(tǒng)間的信息共享和交互式操作,便于不同廠商設(shè)備接口上的兼容,便于變電站一體化監(jiān)控平臺(tái)的管控。

5.3 專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)用

在無(wú)人值守的變電站,采集到的數(shù)據(jù)信息將全部傳動(dòng)到集控調(diào)度中心,如果一個(gè)監(jiān)控中心監(jiān)控的變電站數(shù)量比較多,就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)積累大量信息,這些信息種類(lèi)繁多,眼花繚亂,往往令值守人員無(wú)所是從,這樣故障告警信息就可能得不到及時(shí)處理甚至遺漏,從而埋下安全隱患。如果應(yīng)用具有智能告警的專(zhuān)家系統(tǒng)來(lái)處理這些收集到的信息,將使各種告警信息得到及時(shí)處理,并保障變電站可靠運(yùn)行,極大簡(jiǎn)化工作人員的工作量。

6 結(jié) 語(yǔ)

隨著智能電網(wǎng)的不斷建設(shè),在變電站內(nèi)實(shí)施并推廣智能輔助系統(tǒng),可有效降低人力資源浪費(fèi),減輕監(jiān)控人員工作量,減小人為干預(yù)帶來(lái)的錯(cuò)誤。變電站智能輔助系統(tǒng)完美體現(xiàn)了智能變電站對(duì)于全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化的要求,通過(guò)整合變電站圖像、安防、環(huán)境、消防等輔助子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化、主動(dòng)化、綜合化、智能化的發(fā)展要求。同時(shí)為變電站的安全防范、智能巡檢、節(jié)能減排等提供了更為全面、可靠的技術(shù)保障。

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(責(zé)任編輯 郭金光)

Analysis of substation intelligent auxiliary system

SHEN Xianqing, ZHU Yanlei, WANG Changkui

(School of Electrical and Control Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China)

In order to make intelligent auxiliary system playing an important role in substations, the author introduced the composition and functions of substation intelligent auxiliary system and the requirement for the intelligent auxiliary system of power grid nowadays, summarized the problems existing in the construction of substation intelligent auxiliary system, and prospected the future substation intelligent auxiliary system.

intelligent substation; intelligent auxiliary system; intelligent linkage; unattended operation

2015-04-24。

沈顯慶(1969—),男,工學(xué)博士,教授,主要研究方向?yàn)樽冸娬局悄茌o助系統(tǒng)。

黑龍江省教育廳(12541697)

TP18

A

2095-6843(2015)05-0381-04