國網冀北電力有限公司工程管理分公司 喬 平 中國電力科學研究院有限公司 郁舒雁

變電站內傳統(tǒng)輔助生產系統(tǒng)一般包括環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、采暖通風控制系統(tǒng)、水泵控制系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安防報警系統(tǒng)等，根據主變壓器容量還可能配置主變消防系統(tǒng)等輔助設施。這些系統(tǒng)設備供貨廠家多種多樣，技術水平參差不齊，包含的內容廣，系統(tǒng)內設備之間的接口復雜多樣，系統(tǒng)間的通信規(guī)約一般不能兼容，通常設置硬接點將簡單的報警信號發(fā)送給各自的監(jiān)控后臺。由于缺乏系統(tǒng)集成機制，各類輔助系統(tǒng)獨立工作，基本無聯(lián)動功能，效率低，缺乏互動。當輔助設備發(fā)生重大問題，往往影響到站內電氣設備正常運行時運行維護人員才能發(fā)現(xiàn)，容易將安全隱患拖延為安全事故。

為推進變電站模塊化建設技術迭代提升，實現(xiàn)“主要設備更集成、二次系統(tǒng)更智能、預制裝配更高效、建設運行更環(huán)?！?，遵循“安全可靠、先進適用、經濟合理、建設高效、運維便捷”的原則[1]，國家電網有限公司制定了變電站模塊化建設2.0版技術導則，對輔助設備智能監(jiān)控系統(tǒng)的技術規(guī)范做了進一步的明確和提升。

冀北白土窯500kV變電新建工程作為國網公司變電站模塊化建設2.0版的示范工程，應用了25項關鍵技術中的18項，建立了一套先進完整的智能輔控系統(tǒng)，將變電站站內各種輔助生產設施有機整合、統(tǒng)一管理，為變電站的安全防范、設備運行提高相應的聯(lián)動及應急處理能力，為運行維護人員提高管理質效提供更為可靠、直接和全面的手段。

1 智能輔控系統(tǒng)架構

變電站輔助設備智能監(jiān)控系統(tǒng)不同于變電站監(jiān)控系統(tǒng)，是專門用于對變電站各種輔助生產系統(tǒng)進行整合、優(yōu)化、管理、控制的綜合系統(tǒng)，由綜合應用服務器、智能巡視主機、各子系統(tǒng)前端設備及通信設備組成[2]。智能輔控系統(tǒng)架構如圖1所示。站控層統(tǒng)一采用DL/T 860通信報文。一次設備在線監(jiān)測、火災消防監(jiān)測、安全防衛(wèi)監(jiān)測、動力環(huán)境監(jiān)測、智能鎖控等子系統(tǒng)部署于安全Ⅱ區(qū)，信息接入綜合應用服務器，并通過Ⅱ區(qū)網關機與運維主站交互信息，智能巡視子系統(tǒng)部署于安全Ⅳ區(qū)，信息接入智能巡視主機，與運維主站智能巡視集中監(jiān)控系統(tǒng)交互信息。

圖1 智能輔控系統(tǒng)架構

2 子系統(tǒng)功能描述及應用

白土窯500kV變電站智能輔控系統(tǒng)包含一次設備在線監(jiān)測子系統(tǒng)、火災消防監(jiān)測子系統(tǒng)、安全防衛(wèi)監(jiān)測子系統(tǒng)、動力環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、智能鎖控子系統(tǒng)、智能巡視子系統(tǒng)等，實現(xiàn)一次設備在線監(jiān)測、火災報警、安全警衛(wèi)、動力環(huán)境監(jiān)視及控制、智能鎖控、圖像監(jiān)視信息的分類存儲、智能聯(lián)動及綜合展示等功能。

2.1 一次設備在線監(jiān)測子系統(tǒng)

一次設備在線監(jiān)測子系統(tǒng)主要實現(xiàn)變電站主設備的狀態(tài)監(jiān)測，關鍵指標包括主變壓器的油溫及油位、油中溶解氣體、鐵芯夾件接地電流，GIS（HGIS）、斷路器的絕緣氣體密度、開關柜觸頭溫度，避雷器的泄漏電流等。

白土窯工程針對每臺主變配置了本體油位數字化遠傳表計、油面溫度數字化遠傳表計、繞組溫度數字化遠傳表計、1套油中溶解氣體在線監(jiān)測單元、1套鐵芯/夾件接地電流在線監(jiān)測裝置；對HGIS每個絕緣氣室配置1臺絕緣氣體密度數字化遠傳表計；上述表計、在線監(jiān)測裝置等前端設備實時采集各一次設備狀態(tài)信息，點對點傳輸至就地配置的監(jiān)測終端（IED），監(jiān)測終端采用DL/T 860協(xié)議將數據打包發(fā)送給站控層綜合應用服務器，并發(fā)送給輔助設備監(jiān)控主機。

2.2 火災消防監(jiān)測子系統(tǒng)

火災消防監(jiān)測子系統(tǒng)包括模擬量變送器、消防信息傳輸控制單元、火災自動報警系統(tǒng)等設備，能夠實時監(jiān)測消防電源電壓、消防管網壓力、消防水池液位的狀態(tài)信息，實時采集、傳輸站內火災報警信息，實現(xiàn)消防聯(lián)動控制?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)內的前端設備通過總線上送數據至消防信息傳輸控制單元，消防信息傳輸控制單元采用DL/T 860協(xié)議將數據打包發(fā)送給站控層綜合應用服務器，并發(fā)送給輔助設備監(jiān)控主機。

2.3 安全防衛(wèi)監(jiān)測子系統(tǒng)

安全防衛(wèi)監(jiān)測子系統(tǒng)包括安防監(jiān)控終端、聲光報警器、防盜報警控制器、緊急報警按鈕、門禁控制器、電子圍欄、紅外雙鑒探測器、紅外對射探測器等設備。前端設備通過RJ45、I/O、RS485等接口方式與安防監(jiān)控終端進行通訊，安防監(jiān)控終端采用DL/T 860協(xié)議將數據打包發(fā)送給站控層綜合應用服務器，并發(fā)送給輔助設備監(jiān)控主機，實現(xiàn)全站安全警衛(wèi)信息的采集和監(jiān)控。

白土窯工程配置1套安防監(jiān)控終端，在圍墻四周采用電子圍欄布防，大門上方配置1對紅外對射探測器，主控通訊樓、二次設備室等出入口配置紅外雙鑒探測器；對未使用門禁刷卡授權進站、攀爬圍墻、翻越大門等非法入侵行為，由圍墻上方的電子圍欄及進站大門上方的紅外對射探測器發(fā)送信號至防盜報警控制器進行聲光報警，并聯(lián)動智能巡視系統(tǒng)攝像機，推送報警區(qū)域的視頻畫面，清晰顯示人員活動情況。

2.4 動力環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)

動力環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)包括動環(huán)監(jiān)控終端、空調控制器、照明控制器、除濕機控制箱、風機控制器、水泵控制器、溫濕度傳感器、微氣象傳感器、水浸傳感器、水位傳感器、絕緣氣體監(jiān)測傳感器等設備。前端設備通過RS485、I/O等接口方式與動環(huán)監(jiān)控終端進行通訊，動環(huán)監(jiān)控終端采用DL/T 860協(xié)議將數據打包發(fā)送給站控層綜合應用服務器，并發(fā)送給輔助設備監(jiān)控主機，實現(xiàn)全站環(huán)境數據的實時采集和監(jiān)控。

白土窯工程在主控通訊樓、二次設備室、SVG室均配置溫濕度傳感器，在HGIS設備下方落地安裝SF6/O2傳感器，在電纜層、室外電纜溝等電纜集中區(qū)域配置水浸傳感器，在集水井配置水位傳感器，對空調、水泵、風機等設備配置控制器，在戶外場區(qū)及重要設備房間配置照明控制器，在主控通訊樓樓頂配置1套一體化微氣象傳感器，采集室外溫度、濕度、風速、風向、氣壓、雨量等數據，對應各傳感器、控制器配置了動環(huán)監(jiān)控終端。通過預先設定環(huán)境信息的告警值，系統(tǒng)能夠對各類異常環(huán)境及時告警并觸發(fā)智能聯(lián)動設置，控制相關設備及時防范。

2.5 智能鎖控子系統(tǒng)

智能鎖控子系統(tǒng)包括鎖控監(jiān)控終端、電子鑰匙、鎖具等配套設備。系統(tǒng)具備對變電站內各類鎖具（不含防止電氣誤操作的鎖具）和電子鑰匙的控制和管理功能，實現(xiàn)開鎖權限、開鎖記錄和開鎖流程的智能化管控；具備身份認證功能，包括刷卡、密碼等多種認證方式；具備上送開鎖任務、人員及鎖具配置信息，下發(fā)開鎖任務到電子鑰匙等功能；具備在網絡故障情況下通過鎖控監(jiān)控終端直接對鑰匙進行授權操作功能，并對授權信息和開鎖信息進行記錄。

2.6 智能巡視子系統(tǒng)

智能巡視子系統(tǒng)由巡視主機、視頻設備等組成[3]，實現(xiàn)數據采集、自動巡視、智能分析、實時監(jiān)控、智能聯(lián)動、遠程操作等功能。智能巡視子系統(tǒng)采用分層、分布、開放式的網絡構架，由站層設備和前端設備構成，部署在安全IV區(qū)。系統(tǒng)通過1套物理隔離設備與站內安全I/II區(qū)系統(tǒng)互連，通過綜合數據網與運維主站智能巡視集中監(jiān)控系統(tǒng)交互信息。

白土窯工程在站控層配置1套巡視主機、1套存儲設備、1套網絡交換機等設備；智能巡視主機部署在主控通訊樓，對視頻設備實現(xiàn)統(tǒng)一接入、下發(fā)控制指令和分析巡視結果，并與上級系統(tǒng)進行交互；在站區(qū)大門、站內場地、戶外設備區(qū)、各房間均安裝球形攝像機，戶外設備區(qū)另外安裝云臺攝像機，對變電站進行常規(guī)監(jiān)視，兼顧環(huán)境狀態(tài)、人員行為及設備狀態(tài)分析；對變壓器等重要一次設備區(qū)域配置高清固定攝像機、紅外熱成像攝像機、聲紋監(jiān)測裝置等，滿足遠程在線巡視的布點需求；在主控通訊樓樓頂裝設全景攝像機，用于站內環(huán)境監(jiān)視和設備區(qū)全景監(jiān)視及盲區(qū)覆蓋；在站區(qū)大門正對入口處應安裝槍型攝像機，識別記錄進入人員及車輛車牌。

3 智能輔控系統(tǒng)應用成效

3.1 智能聯(lián)動

智能聯(lián)動含主輔聯(lián)動、子系統(tǒng)間聯(lián)動及子系統(tǒng)內部聯(lián)動功能。白土窯工程智能輔控系統(tǒng)可實現(xiàn)以下智能聯(lián)動功能。

當主設備監(jiān)控系統(tǒng)收到設備變位信號、保護裝置越限信號、動作信號、告警信號時，向智能輔控系統(tǒng)發(fā)出聯(lián)動巡視需求；智能巡視主機根據聯(lián)動規(guī)則，自動生成巡視任務，由視頻設備對相關點位進行巡視，返回巡視結果。在智能巡視主機巡視期間，支持向監(jiān)控主機和綜合應用服務器發(fā)送聯(lián)動任務并實現(xiàn)聯(lián)動控制；檢測到室內SF6氣體濃度超標時，能啟動報警并自動開啟風機；智能巡視主機自動調取附近視頻設備的監(jiān)控畫面，跟蹤記錄處理過程。

檢測到火情時，火災報警系統(tǒng)聯(lián)動智能巡視主機，控制報警設備所在區(qū)域視頻設備跟蹤拍攝火災情況，安防子系統(tǒng)自動解鎖房間門禁，動環(huán)子系統(tǒng)立刻切斷區(qū)域內各類電機電器的電源；檢測到非法入侵時，安防子系統(tǒng)聯(lián)動動環(huán)子系統(tǒng)主動打開報警防區(qū)的燈光照明，聯(lián)動智能巡視主機調取報警區(qū)域視頻設備的監(jiān)控畫面，并啟動報警功能；檢測電纜溝或電纜層遭到水浸或水位越限時，動環(huán)子系統(tǒng)自動開啟水泵排水并發(fā)出警報；強對流天氣發(fā)生時，系統(tǒng)會實時記錄環(huán)境信息并上傳告警，同時聯(lián)動對應設備做出防范；用戶可以通過自定義設置，實現(xiàn)站區(qū)照明、暖通空調、環(huán)境監(jiān)測等設備之間的聯(lián)動。例如，系統(tǒng)實時采集設備室內溫濕度信息，自動開啟或關閉空調、風機、電暖器等設備。

3.2 綜合應用成效

提高運行安全性：智能輔控系統(tǒng)實現(xiàn)功能共享、數據共享、統(tǒng)一管理及廣泛聯(lián)動，能夠及時發(fā)現(xiàn)并預防故障，降低事故風險，同時也加強了運行維護人員應急處理和反應能力，有效防范意外災害和突發(fā)事件；降低維護成本：智能輔控系統(tǒng)將輔助生產子系統(tǒng)的高度集成，可以進行先期預警和故障診斷，便于遠方人員掌控變電站狀況，提升管理質量和效率，降低人工巡查、維修的時間和成本；提高生產效率：智能輔控系統(tǒng)能夠快速檢測和定位故障，大大降低故障查找和修復時間，能夠更快地恢復正常運行，提高生產效率。

延長設備壽命：通過全方位多手段實時聯(lián)網監(jiān)測和智能分析變電站的環(huán)境條件和設備狀態(tài)，各個子系統(tǒng)智能聯(lián)動實現(xiàn)主輔設備運行狀態(tài)的實時采集和自動調節(jié)，保證設備長期處于健康工況，有效延長設備使用壽命；消除“信息孤島”：通過變電站全局信息收集與建模、全局數據共享、集中管理，統(tǒng)一分類存儲、自動處理和綜合展示所有數據信息，為輔助生產設備及運行環(huán)境提供全局信息庫，從根本上消除“信息孤島”；提升變電站管理水平：智能輔控系統(tǒng)各類子系統(tǒng)信息模型和通信接口采用DL/T 860標準，規(guī)范信息傳輸方式和通信規(guī)約，實現(xiàn)網絡結構規(guī)范化和通信規(guī)約標準化，為實現(xiàn)統(tǒng)一化管理奠定基礎，為變電站的優(yōu)化管理提供有力支持。

綜上所述，本文分析了變電站傳統(tǒng)輔助設備監(jiān)控系統(tǒng)在系統(tǒng)集成與聯(lián)動方面的缺點，提出建設符合變電站模塊化建設2.0版技術要求的輔助設備智能監(jiān)控系統(tǒng)，結合冀北白土窯工程實踐闡述了智能輔控系統(tǒng)的架構及各子系統(tǒng)功能，總結了工程應用成效。在變電站模塊化建設深入應用階段，后續(xù)工程必將綜合應用全景數據、網絡平臺、廣泛物聯(lián)等先進技術，實現(xiàn)變電站設備狀態(tài)全面感知、主輔設備遠程監(jiān)控，進一步提高變電站自動化、模塊化、智能化水平。