嚴(yán)亞兵，黎剛，李輝，毛文奇，潘華，尹超勇

(1.國網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007；2.國網(wǎng)湖南省電力有限公司，湖南長沙410007)

0 引言

隨著綠色低碳能源技術(shù)革命的深入推進(jìn),對(duì)電力系統(tǒng)的建設(shè)提出了更高要求,在傳統(tǒng)功能基礎(chǔ)上需進(jìn)一步擴(kuò)展和豐富。設(shè)備狀態(tài)評(píng)估是變電站運(yùn)維的關(guān)鍵一環(huán)[1],研究采用先進(jìn)傳感技術(shù)對(duì)變電站設(shè)備狀態(tài)參量、消防、環(huán)境、動(dòng)力等進(jìn)行全面采集,如利用超聲波帶電檢測(cè)等在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)主設(shè)備狀態(tài)的多維度評(píng)估[2-3]。充分應(yīng)用通信數(shù)據(jù)網(wǎng)和人工智能、移動(dòng)互聯(lián)等現(xiàn)代信息技術(shù),建設(shè)狀態(tài)全面感知、信息互聯(lián)共享的智慧變電站；實(shí)現(xiàn)變電站 “操作一鍵順控、設(shè)備自動(dòng)巡檢、主輔設(shè)備智能聯(lián)動(dòng)”等智能應(yīng)用,深入推進(jìn)變電站運(yùn)維管理智能化、現(xiàn)代化；提升變電站安全水平,提高變電站運(yùn)檢質(zhì)量,大幅增加運(yùn)維效益,真正促進(jìn)變電站運(yùn)維向無人化發(fā)展[4-6]。智慧變電站建設(shè)中,二次監(jiān)控子系統(tǒng)的智能聯(lián)動(dòng)集中體現(xiàn)了電力設(shè)備的泛在物聯(lián),是實(shí)現(xiàn)變電站智慧化運(yùn)維的核心基礎(chǔ)。

目前,已有部分研究工作圍繞變電站二次監(jiān)控子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)展開[7-8]。文獻(xiàn) [9]探討了視頻監(jiān)視系統(tǒng)和智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)采用的主要方式,分析了不同聯(lián)動(dòng)方式的適用前景。該研究主要圍繞智能變電站,不能完全適用于智慧變電站的建設(shè)。文獻(xiàn) [10]從管理的角度對(duì)智能變電站內(nèi)輔助設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)之間的部分聯(lián)動(dòng)方式進(jìn)行了梳理,具有一定的工程參考價(jià)值。對(duì)變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制研究可以實(shí)現(xiàn)智能巡檢工作[11],有效提高變電站運(yùn)維效率。文獻(xiàn) [12]對(duì)消防聯(lián)動(dòng)在變電站火災(zāi)預(yù)防方面的應(yīng)用進(jìn)行了探討,指出了相關(guān)優(yōu)點(diǎn)與不足。總的來看,現(xiàn)有變電站建設(shè)中,主設(shè)備與輔助設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)之間的智能聯(lián)動(dòng)研究仍然處于起步階段,相關(guān)研究工作較少。智慧變電站建設(shè)仍處于探索階段,與之相關(guān)的智能聯(lián)動(dòng)技術(shù)還需深入研究。

本文在對(duì)輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與軟件架構(gòu)的基礎(chǔ)上,分析了智慧變電站智能聯(lián)動(dòng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式與相關(guān)聯(lián)動(dòng)功能的作用,并利用模擬案例對(duì)部分智能聯(lián)動(dòng)功能進(jìn)行了直觀展示。

1 智慧變電站輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 智慧變電站輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)有助于實(shí)現(xiàn)變電站的無人值守[13]。輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要由輔助設(shè)備監(jiān)控主機(jī)、工作站、運(yùn)檢網(wǎng)關(guān)機(jī)、巡檢機(jī)器人主機(jī)、視頻監(jiān)控主機(jī)、智能分析單元、就地模塊等組成,系統(tǒng)分別接入在線監(jiān)測(cè)、巡檢機(jī)器人、視頻監(jiān)控、消防、安全防范、環(huán)境監(jiān)測(cè)、SF6監(jiān)測(cè)、照明控制、智能鎖控等子系統(tǒng)。其中,各構(gòu)成部分的主要功能如下:

圖1 智慧變電站輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1)輔助設(shè)備監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)Ⅱ區(qū)輔助設(shè)備數(shù)據(jù)接入、運(yùn)行監(jiān)視、操作控制、智能聯(lián)動(dòng)、權(quán)限管理、系統(tǒng)配置、存儲(chǔ)管理等功能。

2)輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工作站實(shí)現(xiàn)圖形界面規(guī)范化展示、運(yùn)行監(jiān)視及操作控制等人機(jī)交互功能。

3)視頻監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)Ⅳ區(qū)工業(yè)攝像機(jī)數(shù)據(jù)接入、操作控制、系統(tǒng)配置及轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)等功能,相關(guān)視頻監(jiān)控 (紅外攝像頭)可實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備局部發(fā)熱等狀態(tài)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)[14]。

4)巡檢機(jī)器人主機(jī)實(shí)現(xiàn)Ⅳ區(qū)巡檢機(jī)器人設(shè)備數(shù)據(jù)接入、上傳、信令下發(fā)等功能,結(jié)合圖像分析算法,可實(shí)現(xiàn)部分設(shè)備的常規(guī)巡視[15]。

5)輔助設(shè)備運(yùn)檢網(wǎng)關(guān)機(jī)實(shí)現(xiàn)Ⅱ區(qū)變電站輔助設(shè)備信息接收上傳、操作控制信息下發(fā)等功能。

6)就地模塊負(fù)責(zé)在線監(jiān)測(cè)、安全防范、環(huán)境監(jiān)測(cè)、SF6監(jiān)測(cè)、照明控制等輔助設(shè)備數(shù)據(jù)接入處理,其中門禁以及各類在線監(jiān)測(cè)采用專用就地模塊。

7)就地模塊采用本地部署或區(qū)域集中部署,直接與輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)和輔助設(shè)備運(yùn)檢網(wǎng)關(guān)機(jī)交互數(shù)據(jù)；當(dāng)就地模塊斷電時(shí),監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能通過測(cè)控裝置識(shí)別通信中斷并報(bào)警。

8)智能鎖控直接與輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)和輔助設(shè)備運(yùn)檢網(wǎng)關(guān)機(jī)交互數(shù)據(jù),有效降低人員誤開二次屏柜風(fēng)險(xiǎn)[16]。

9)消防專用傳輸單元負(fù)責(zé)變電站火災(zāi)報(bào)警、消防滅火等消防設(shè)備數(shù)據(jù)接入處理。

1.2 變電站輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)軟件架構(gòu)

智慧變電站輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)軟件架構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)封裝,則軟件架構(gòu)具備良好的移植性、可擴(kuò)展性,可適用不同規(guī)模的變電站應(yīng)用。圖2給出了推薦采用的輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng) (簡稱輔控系統(tǒng))軟件模塊架構(gòu)。

圖2 智慧變電站輔控系統(tǒng)軟件模塊架構(gòu)示意圖

從圖2中可以看出,輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)軟件架構(gòu)總體上由硬件層、操作系統(tǒng)層、通訊處理層、數(shù)據(jù)處理層、公共服務(wù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和表現(xiàn)層組成。其中,智慧變電站智能聯(lián)動(dòng)的配置管理在公共服務(wù)層實(shí)現(xiàn),通過該軟件模塊對(duì)全站各類子系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)進(jìn)行配置與管理。

2 智慧變電站監(jiān)控子系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)技術(shù)

2.1 智慧變電站內(nèi)智能聯(lián)動(dòng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式

智慧變電站內(nèi)智能聯(lián)動(dòng)總體可分為主設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)與輔控子系統(tǒng)/視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、輔控子系統(tǒng)間及其輔控子系統(tǒng)/視頻監(jiān)控系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)兩大類。圖3為某智慧變電站內(nèi)各類智能聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)所對(duì)應(yīng)的信息流。需要指出的是,在智慧變電站智能聯(lián)動(dòng)控制策略設(shè)計(jì)中,需考慮電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全分區(qū)的特殊要求,防止出現(xiàn)部分聯(lián)動(dòng)所需信息無法獲取的情況。

從圖3中可以看出,受網(wǎng)絡(luò)安全分區(qū)的限制,主設(shè)備監(jiān)控與輔控子系統(tǒng)/視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)僅考慮信息的單向流動(dòng)。主設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)通過防火墻與輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)通信,采用DL/T 634.5104—2009協(xié)議或UDP協(xié)議。主設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)給輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)信息內(nèi)容主要包括一次設(shè)備的遙控預(yù)置、變位信號(hào)、非電量告警信號(hào)、單體一次設(shè)備融合后的總告警信號(hào)和保護(hù)動(dòng)作跳閘信號(hào)等。

圖3 智慧變電站內(nèi)智能聯(lián)動(dòng)信息流

圖3 中布置在安全Ⅱ區(qū)的輔控子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)可以直接進(jìn)行信息交互,聯(lián)動(dòng)功能設(shè)計(jì)更為方便,但輔控子系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)仍然只能進(jìn)行單向的信息傳輸。在智能聯(lián)動(dòng)執(zhí)行過程中,輔助設(shè)備監(jiān)控主機(jī)通過正向隔離裝置與視頻監(jiān)控主機(jī)單向通信,采用UDP協(xié)議。輔助設(shè)備監(jiān)控主機(jī)發(fā)給視頻監(jiān)控主機(jī)的聯(lián)動(dòng)信息包括一次設(shè)備的遙控預(yù)置、變位、非電量告警信號(hào)、保護(hù)動(dòng)作跳閘信號(hào)等主設(shè)備信息,和燈光設(shè)備的遙控開啟命令、消防設(shè)備的遙信變位信號(hào)、氧氣在線監(jiān)測(cè)的遙測(cè)告警信號(hào)、輔助設(shè)備融合后的總告警信號(hào)等輔助設(shè)備信息兩個(gè)部分內(nèi)容。

2.2 智慧變電站監(jiān)控子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能

在智慧變電站中涉及聯(lián)動(dòng)的子系統(tǒng)較多,聯(lián)動(dòng)控制策略配置復(fù)雜,為清晰展示各子系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)關(guān)系,以某智慧變電站為例,給出了典型智慧變電站智能聯(lián)動(dòng)控制策略,具體見表1。該表格僅從宏觀角度整理變電站各子系統(tǒng)之間聯(lián)動(dòng)的關(guān)系。隨著智慧變電站技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,其監(jiān)控子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系將更為完善。

從表1中可以看出,主設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控、機(jī)器人、照明控制、在線監(jiān)測(cè)等子系統(tǒng)存在聯(lián)動(dòng)關(guān)系。這一類型的聯(lián)動(dòng)事件通過主設(shè)備遙控預(yù)置、主設(shè)備變位信號(hào)、主設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)告警信號(hào)觸發(fā),聯(lián)動(dòng)對(duì)應(yīng)視頻預(yù)置位或巡檢機(jī)器人對(duì)事件進(jìn)行視頻預(yù)覽、錄像,更進(jìn)一步則是對(duì)相關(guān)一次設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集記錄。主設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)與照明控制系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)則主要是方便相關(guān)攝像頭的錄像。

表1 智慧變電站監(jiān)控子系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)關(guān)系

輔助設(shè)備監(jiān)控中多個(gè)子系統(tǒng)之間存在聯(lián)動(dòng)關(guān)系。為方便梳理子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)功能,以聯(lián)動(dòng)觸發(fā)源為依據(jù),對(duì)輔控系統(tǒng)子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)進(jìn)行梳理。

1)視頻監(jiān)控系統(tǒng)觸發(fā)的聯(lián)動(dòng)功能。這一聯(lián)動(dòng)功能主要依靠人工智能圖像識(shí)別對(duì)變電站內(nèi)人員、動(dòng)物行為分析及環(huán)境偵測(cè)后,觸發(fā)安全防范、環(huán)境監(jiān)測(cè)、照明控制、消防、鎖控、在線監(jiān)測(cè)等子系統(tǒng),發(fā)出告警信號(hào)并聯(lián)動(dòng)相關(guān)應(yīng)急措施,防止站內(nèi)事故發(fā)生。

2)安全防范子系統(tǒng)觸發(fā)的聯(lián)動(dòng)功能。該聯(lián)動(dòng)功能由安全防范子系統(tǒng)中的門禁系統(tǒng)和防入侵系統(tǒng)動(dòng)作引起。其中門禁系統(tǒng)主要根據(jù)人員刷卡開門時(shí)聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)對(duì)相關(guān)行為進(jìn)行錄像記錄；防入侵系統(tǒng)中電子圍欄、紅外對(duì)射探測(cè)器、雙鑒探測(cè)器等安防設(shè)備報(bào)警時(shí),則聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)對(duì)入侵點(diǎn)進(jìn)行抓拍并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)錄像,聯(lián)動(dòng)照明控制子系統(tǒng)開啟相關(guān)區(qū)域燈光以輔助攝像機(jī)的工作。

3)消防子系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)主要是聯(lián)動(dòng)安防子系統(tǒng)控制與逃生通道相關(guān)的門鎖打開,聯(lián)動(dòng)照明控制子系統(tǒng)控制開啟相關(guān)區(qū)域燈光,聯(lián)動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)控制關(guān)閉對(duì)應(yīng)區(qū)域風(fēng)機(jī)。

4)在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)在發(fā)出告警或異常信息時(shí),聯(lián)動(dòng)相關(guān)攝像頭進(jìn)行告警、異常信息確認(rèn)；在進(jìn)行局部放電測(cè)試時(shí),可聯(lián)動(dòng)照明控制子系統(tǒng)與環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)以減少相關(guān)設(shè)備對(duì)監(jiān)測(cè)的影響。

5)智能鎖控子系統(tǒng)觸發(fā)的聯(lián)動(dòng)主要是用于啟動(dòng)相應(yīng)視頻攝像機(jī)對(duì)開鎖事件進(jìn)行記錄。

6)環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)觸發(fā)的聯(lián)動(dòng)事件主要是在檢測(cè)到SF6、O2濃度越限及越限復(fù)歸發(fā)生后,自動(dòng)控制啟動(dòng)、停止風(fēng)機(jī),并聯(lián)動(dòng)安防子系統(tǒng),啟動(dòng)、停止聲光報(bào)警,調(diào)用相關(guān)攝像機(jī)進(jìn)行環(huán)境信息確認(rèn)。

7)智能機(jī)器人巡檢子系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需聯(lián)動(dòng)照明控制子系統(tǒng)開啟相關(guān)區(qū)域燈光,聯(lián)動(dòng)安防子系統(tǒng)控制相關(guān)區(qū)域門禁。

3 智慧變電站智能聯(lián)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用案例

為更為直觀展示智慧變電站智能聯(lián)動(dòng)的應(yīng)用效果,選取部分模擬案例進(jìn)行說明。

3.1 主變壓器告警聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

主變壓器狀態(tài)對(duì)變電站的正常運(yùn)行有至關(guān)重要的影響。智慧變電站中,可利用智能聯(lián)動(dòng)對(duì)主變壓器進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè),并根據(jù)主變壓器告警信息聯(lián)動(dòng)相關(guān)攝像機(jī),以方便運(yùn)維人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的及時(shí)研判。實(shí)驗(yàn)中測(cè)控裝置模擬主變壓器告警信號(hào),視頻監(jiān)控子系統(tǒng)即會(huì)調(diào)動(dòng)相關(guān)攝像頭運(yùn)動(dòng)至預(yù)置位,并對(duì)模擬表計(jì)進(jìn)行識(shí)別,以輔助運(yùn)維人員研判主變壓器狀態(tài)。

3.2 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)安防系統(tǒng)

3.2.1 遺留物品偵測(cè)

為防止變電站內(nèi)作業(yè)人員在工作區(qū)域遺留物品而危害設(shè)備安全運(yùn)行,可利用圖像識(shí)別技術(shù),配置物品遺留偵測(cè),并通過聯(lián)動(dòng)站內(nèi)安防子系統(tǒng)聲光報(bào)警,及時(shí)提醒工作人員移出相關(guān)遺留物品。

3.2.2 人員行為管控

利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)碼流進(jìn)行分析,識(shí)別站內(nèi)工作人員安全帽佩戴情況。當(dāng)出現(xiàn)違規(guī)佩戴情況時(shí),則聯(lián)動(dòng)安防子系統(tǒng)對(duì)相關(guān)人員發(fā)出告警信號(hào),可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員行為的實(shí)時(shí)管控。

4 結(jié)語

智能聯(lián)動(dòng)技術(shù)作為智慧變電站的建設(shè)核心之一,是保障變電站運(yùn)維智慧化的重要手段。本文對(duì)智慧變電站輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成及軟件架構(gòu)進(jìn)行了梳理,分析了站端主設(shè)備監(jiān)控與輔助設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)/視頻監(jiān)控系統(tǒng)、輔助設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)之間及其與視頻監(jiān)控系統(tǒng)之間智能聯(lián)動(dòng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式及聯(lián)動(dòng)功能作用?；诂F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)置的模擬案例直觀展示了智能聯(lián)動(dòng)技術(shù)對(duì)變電站智慧化運(yùn)維的促進(jìn)作用。目前智慧變電站智能聯(lián)動(dòng)技術(shù)仍然處于發(fā)展初期,為促進(jìn)電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè),后續(xù)仍需深化對(duì)這一技術(shù)的研究。