項(xiàng)目介紹

　　作為國家電網(wǎng)公司重點(diǎn)科技工程項(xiàng)目之一，金華500千伏芝堰變于2009年被確定為全網(wǎng)唯一一座智能化升級改造的500千伏變電站。升級改造內(nèi)容主要包括：一次設(shè)備智能化和在線監(jiān)測、信息一體化平臺的構(gòu)建、運(yùn)行維護(hù)智能化、高級應(yīng)用開發(fā)、輔助系統(tǒng)智能化改造五項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容。筆者任職企業(yè)作為輔助系統(tǒng)的提供商，參與并完成了各相關(guān)輔助系統(tǒng)的高度集成，并與其他系統(tǒng)進(jìn)行了有機(jī)整合，從而形成了一套完整的變電站智能化輔助系統(tǒng)，為變電站降低運(yùn)維成本、優(yōu)化資源配置、提升運(yùn)行指標(biāo)提供了重要保障。該項(xiàng)目具有以下典型意義。

　　數(shù)字化程度最高的500千伏智能型數(shù)字化變電站

　　500千伏芝堰變工程于2008年9月10日開工建設(shè)，2009年7月9日投產(chǎn)，總投資2.37億元;是目前國內(nèi)數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用程度最深、實(shí)施范圍最廣、保護(hù)數(shù)字化程度最高的500千伏智能型數(shù)字化變電站。

　　唯一一座智能化升級改造的500千伏變電站

　　芝堰變于2009年被確定為全網(wǎng)唯一一座智能化升級改造的500千伏變電站。它的智能試點(diǎn)項(xiàng)目，必將為國網(wǎng)統(tǒng)一堅強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)積累寶貴經(jīng)驗(yàn)，并發(fā)揮積極的示范效應(yīng)。

　　諸多技術(shù)為國內(nèi)首次應(yīng)用

　　作為國家電網(wǎng)公司2009年科技項(xiàng)目之一，金華500千伏芝堰變?nèi)景凑誌EC61850規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，而基于此標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化智能變電站是今后地區(qū)電網(wǎng)新建和改造工程的發(fā)展方向。同時，作為國家電網(wǎng)第一座實(shí)施智能化升級改造的500千伏變電站，芝堰變諸多技術(shù)為國內(nèi)首次應(yīng)用，如：首次采用智能終端并就地安裝以大大節(jié)省控制及信號電纜;首次在全所500千伏、220千伏繼電保護(hù)上采用GOOSE技術(shù)傳輸實(shí)時保護(hù)信號;芝堰變還實(shí)現(xiàn)了后臺程序化操作，提升了操作的速度及安全性。芝堰變的數(shù)字化程度和應(yīng)用程度在全國處于較高水準(zhǔn)，對數(shù)字化智能變電站的建設(shè)起到了示范作用。

　　系統(tǒng)概述

　　輔助智能化系統(tǒng)作為芝堰變智能變電站升級改造的重要支撐部分，承擔(dān)著為變電站日常安全、可靠運(yùn)維保駕護(hù)航的重任。系統(tǒng)主要包括環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等相關(guān)輔助子系統(tǒng)。

　　同大多數(shù)變電站一樣，在升級改造之前，芝堰變的眾多輔助子系統(tǒng)多是獨(dú)立運(yùn)行，通過不同通道上傳數(shù)據(jù)，甚至每套系統(tǒng)都配有獨(dú)立的管理人員。這些各自獨(dú)立的系統(tǒng)很難做到多系統(tǒng)的綜合監(jiān)控、集中管理，在無形中降低了系統(tǒng)的高效性，增加了系統(tǒng)管理和運(yùn)維成本。此次升級改造的重要目標(biāo)之一就是最大限度的挖掘現(xiàn)有輔助系統(tǒng)的潛力，最大程度的節(jié)約成本、提高系統(tǒng)效率。

　　解決方案通過以智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)為核心，完成了對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)的高度集成。除了強(qiáng)調(diào)各個子系統(tǒng)之間的信息共享和信息互動之外，智能化輔助系統(tǒng)還在多個維度與其他系統(tǒng)進(jìn)行整合：縱向上負(fù)責(zé)與上級統(tǒng)一信息平臺的信息交互，橫向上負(fù)責(zé)與變電站自動化系統(tǒng)(SCADA系統(tǒng)，如圖1)的信息交互、行為互動，隨時滿足智能變電站建設(shè)對輔助系統(tǒng)提出的新需求。

圖1輔助智能化系統(tǒng)與變電站自動化系統(tǒng)

　　建成的系統(tǒng)充分體現(xiàn)了系統(tǒng)之間的信息共享和信息互動，并對相關(guān)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了智能化管理，為變電站降低運(yùn)維成本、優(yōu)化資源配置、提升運(yùn)行指標(biāo)提供了重要保障。[nextpage]

　　系統(tǒng)組成

　　智能化輔助系統(tǒng)包含子系統(tǒng)如圖2。系統(tǒng)建設(shè)將以智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)為核心，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)間的信息共享，從而實(shí)現(xiàn)輔助子系統(tǒng)之間的互動，以及輔助系統(tǒng)與自動化系統(tǒng)之間的互動。

圖2智能視頻綜合監(jiān)控子系統(tǒng)構(gòu)成

　　智能視頻綜合監(jiān)控子系統(tǒng)

　　從智能變電站的整個建設(shè)系統(tǒng)來看，智能視頻綜合監(jiān)控子系統(tǒng)在智能輔助系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，和其它子系統(tǒng)以及SCADA系統(tǒng)緊密聯(lián)系，從而與變電站自動化系統(tǒng)構(gòu)成了一個有機(jī)整體。系統(tǒng)主要功能包括：通過視頻監(jiān)控結(jié)合安全防范子系統(tǒng)，保護(hù)智能變電站設(shè)備的安全;通過視頻監(jiān)控結(jié)合遠(yuǎn)程和本地人員操作經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)勢，避免誤操作;通過智能視頻分析功能，完成對監(jiān)視對象狀態(tài)的判斷，為遠(yuǎn)程操作開關(guān)、刀閘等對象提供輔助的判斷信息;通過視頻監(jiān)控、燈光聯(lián)動、環(huán)境監(jiān)測監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況，起到預(yù)警和保護(hù)作用;配合其它子系統(tǒng)完成視頻聯(lián)動和視頻互動。

　　其他子系統(tǒng)

　　環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)：環(huán)境監(jiān)測包括溫度采集、濕度采集、水浸采集等，溫濕度通過電流信號、水浸通過開關(guān)量信號將數(shù)據(jù)上送至智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)，完成實(shí)時環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測及OSD視頻疊加，越限可以聯(lián)動聲光報警、短信報警、啟動相應(yīng)子系統(tǒng)(溫濕度關(guān)聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)、水浸關(guān)聯(lián)給排水系統(tǒng))等預(yù)案，同時將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)上傳至統(tǒng)一信息平臺。

　　消防報警子系統(tǒng)：消防報警子系統(tǒng)自成系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，當(dāng)產(chǎn)生火警信號時，消防系統(tǒng)啟動自動滅火裝置或火災(zāi)隔離措施，同時把信號上傳至智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)接收到火警信息后，相應(yīng)采取一系列措施，如調(diào)用相應(yīng)預(yù)置位、視頻監(jiān)控系統(tǒng)中彈出視頻窗口、聯(lián)動聲光報警、短信報警等，并把火警信號轉(zhuǎn)發(fā)上傳至統(tǒng)一信息平臺。

　　安全防范子系統(tǒng)變電站安全防范子系統(tǒng)包括電子圍欄、紅外雙鑒、紅外對射、震動傳感器、門禁等系統(tǒng)，負(fù)責(zé)變電站周界防范與設(shè)備的安全防范。主要功能包括：對圍墻、大門、窗戶進(jìn)行監(jiān)視和入侵探測，防止非法侵入，以保障變電站周邊環(huán)境的安全;對變電站全站進(jìn)行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)入侵事件，保障變電站空間范圍內(nèi)的建筑、設(shè)備的安全;各種探測器可以方便的布防、撤防，并可按時間自動投入或自動撤防。[nextpage]

　　當(dāng)出現(xiàn)非法闖入后，入侵信號通過開關(guān)量信號上傳至智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)，然后調(diào)用相應(yīng)預(yù)置位、視頻監(jiān)控系統(tǒng)中彈出視頻窗口、聯(lián)動聲光報警、短信報警，并把入侵信號轉(zhuǎn)發(fā)上傳至統(tǒng)一信息平臺。

　　門禁子系統(tǒng)：門禁系統(tǒng)作為一種新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，集自動識別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體。而網(wǎng)絡(luò)化門禁系統(tǒng)的應(yīng)用將大大提高智能變電站的實(shí)時監(jiān)控能力、出入權(quán)限管理能力、數(shù)據(jù)自動存儲能力，以及問題的分析水平，助力變電站降低運(yùn)維成本、提高運(yùn)維效率。

　　本項(xiàng)目中，通過門禁監(jiān)控主機(jī)對各通道口的通行對象及通行時間等，進(jìn)行實(shí)時控制或設(shè)定程序控制。系統(tǒng)自動識別智能卡上的身份信息和門禁權(quán)限信息，持卡人只有在規(guī)定的時間和在有權(quán)限的門禁點(diǎn)刷卡后，門禁點(diǎn)才能自動開門放行;當(dāng)忘記關(guān)門時，還能發(fā)出報警信號。當(dāng)有人刷卡時，相應(yīng)信號上送至智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)，通過聯(lián)動視頻錄像的可視化管理，進(jìn)一步加強(qiáng)對出入的管理。

　　控制子系統(tǒng)：控制子系統(tǒng)(照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng))根據(jù)事件(如入侵報警、消防報警、溫濕度報警、水浸報警)自動對站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行開啟和關(guān)閉操作，用戶也可在統(tǒng)一信息平臺及智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)中控制設(shè)備的開啟和關(guān)閉。

　　系統(tǒng)功能

　　智能化輔助系統(tǒng)的目的并不是取代傳統(tǒng)變電站中已經(jīng)存在的各個子系統(tǒng)，而是集成各個子系統(tǒng)的信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時視頻監(jiān)視、智能視頻分析、信息采集匯總、遠(yuǎn)程控制、智能聯(lián)動等功能。從而使智能化變電站的信息更加完整，功能更加完善，變電運(yùn)行更加安全。智能化輔助系統(tǒng)主要功能如下。

　　實(shí)時視頻監(jiān)視

　　通過視頻監(jiān)視可以實(shí)時了解變電站內(nèi)設(shè)備的信息，確定主變運(yùn)行狀態(tài)，以及斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘等的分/合閘狀態(tài)，確定刀閘接觸情況是否良好。視頻監(jiān)視的范圍還包括變電站戶外設(shè)備場地和主要設(shè)備間(包括主控室、高壓室、安全工具室等)，基于此，監(jiān)控中心能了解監(jiān)控場地內(nèi)的一切情況。

　　智能視頻分析

　　采用基于背景建模和目標(biāo)追蹤技術(shù)的智能視頻分析(IVS)技術(shù)，不僅能進(jìn)行穿越警戒線、進(jìn)入/離開入侵區(qū)域等行為 分析，還能完成對監(jiān)視對象狀態(tài)變位的判斷，為遠(yuǎn)程操作開關(guān)、刀閘等對象提供輔助的判斷信息。

　　信息采集匯總

　　變電站的穩(wěn)定運(yùn)行離不開站內(nèi)設(shè)備的安全運(yùn)行。由于變電站所處的地理位置(多為山區(qū)或遠(yuǎn)郊)，自然條件因素如高溫、雷雨、冰雪、臺風(fēng)天氣等，導(dǎo)致設(shè)備的事故發(fā)生率特別高，同時設(shè)備周邊的環(huán)境狀況也對設(shè)備的運(yùn)行有影響。監(jiān)控人員若要全面地掌握變電站的運(yùn)行狀況，需實(shí)時對溫度、濕度、風(fēng)力、水浸等環(huán)境信息進(jìn)行采集、處理和上傳，生成曲線和報表，以方便開展實(shí)時監(jiān)控、歷史查詢以及統(tǒng)計分析工作。

　　通過視頻監(jiān)控結(jié)合消防報警、安全防范系統(tǒng)，可以對防火、防盜等情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，保護(hù)變電站人員、設(shè)備的安全。

　　遠(yuǎn)程控制

　　監(jiān)控人員在監(jiān)控中心通過客戶端和瀏覽器可對變電站的任一攝像機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)遙控云臺的上/下/左/右和鏡頭的變倍/聚焦，并對攝像機(jī)的預(yù)置位和巡航進(jìn)行設(shè)置控制;在電子地圖上即可實(shí)現(xiàn)對門禁、照明、空調(diào)和給排水系統(tǒng)的開啟控制。[nextpage]

　　智能聯(lián)動

　　智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以對各子系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)：比如當(dāng)安全防范、消防報警設(shè)備被觸發(fā)時，有預(yù)置功能的攝像機(jī)能自動轉(zhuǎn)到預(yù)置點(diǎn)，按需設(shè)置聯(lián)動錄像功能;同時，預(yù)設(shè)的報警能彈出窗口，并配合電子地圖顯示;當(dāng)水浸監(jiān)測到電纜溝高液位時，能自動啟動給排水系統(tǒng);當(dāng)溫濕度越限時，能自動啟動空調(diào)系統(tǒng)。條件允許的話，可以與電力SCADA進(jìn)行互聯(lián)，操作時可以聯(lián)動相應(yīng)位置的攝像機(jī)，對整個操作工程進(jìn)行全程管控。

　　系統(tǒng)特點(diǎn)

　　高清視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用

　　本項(xiàng)目中采用了大量的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。相比傳統(tǒng)的標(biāo)清視頻監(jiān)控，高清視頻在變電站中具有明顯的技術(shù)和應(yīng)用優(yōu)勢：圖像清晰度更高，對變電站的一些重要監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)視如重要儀表，采用高清攝像機(jī)可以獲取高清晰度的監(jiān)控畫面，能更清楚地呈現(xiàn)儀表讀數(shù);高清監(jiān)控技術(shù)的采用，使監(jiān)控場景覆蓋范圍更廣，減少了單位面積監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)量，可以提高變電站監(jiān)控系統(tǒng)的效能，減少設(shè)備投入;提升智能應(yīng)用水平，通過高清攝像機(jī)獲取的眾多細(xì)節(jié)，可大大提高智能視頻分析的精度，有利于圖像識別和智能視頻分析的應(yīng)用。

　　SCADA系統(tǒng)聯(lián)動視頻及設(shè)備狀態(tài)智能分析技術(shù)的應(yīng)用

　　變電站SCADA系統(tǒng)在系統(tǒng)下發(fā)遙控命令，或者在非遙控操作所產(chǎn)生遙信變位時，通過隔離裝置使用61850-MMS進(jìn)行通訊，將相關(guān)斷路器、刀閘信息傳送至智能變電站輔助系統(tǒng)。輔助系統(tǒng)即調(diào)用此次動作設(shè)備周圍的多個攝像機(jī)的預(yù)置點(diǎn)，自動將攝像機(jī)對準(zhǔn)到相關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)相關(guān)多角度視頻信息的實(shí)時監(jiān)控，便于工作人員對設(shè)備變位結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，避免了去現(xiàn)場確認(rèn)的環(huán)節(jié)。

　　由于變電站環(huán)境特殊，因此芝堰變此次智能化升級還開創(chuàng)性地引進(jìn)了智能機(jī)器人對變電站進(jìn)行自動巡檢。以智能巡檢機(jī)器人為核心，配合固定監(jiān)測點(diǎn)，建立覆蓋全站的變電站智能巡視系統(tǒng)，也成為此次項(xiàng)目的重要特征之一。

　　作為智能巡檢機(jī)器人的有效補(bǔ)充，智能視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)還采用了智能分析技術(shù)，自動對設(shè)備變位后狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，可以辨別出一次設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行程序化操作時，若智能分析技術(shù)判斷出需要檢查一次設(shè)備的狀態(tài)時，系統(tǒng)即會給機(jī)器人發(fā)出控制命令，由機(jī)器人自動行駛到相應(yīng)的設(shè)備附近進(jìn)行相關(guān)的工作。因SCADA系統(tǒng)可以聯(lián)動設(shè)備周圍多個攝像機(jī)的預(yù)置點(diǎn)，經(jīng)過多路智能分析判斷后得出結(jié)果，可以有效提高分析的準(zhǔn)確性，大大提高倒閘效率并保證了切換質(zhì)量，從而解除了程序化操作中的人為干預(yù)，實(shí)現(xiàn)一鍵式順序控制。

　　自動化巡檢技術(shù)的應(yīng)用

　　針對重要設(shè)備的巡檢，通過把多個攝像機(jī)的不同預(yù)置點(diǎn)都添加到序列中，配置成巡航路線，自動在各個需要巡檢的設(shè)備上顯示圖像和停留。也可一次性將變電站所有設(shè)備需監(jiān)控的點(diǎn)位添加，完成對變電站設(shè)備情況的巡檢。

　　自動化巡檢支持暫停功能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個點(diǎn)異常時，可以停留仔細(xì)察看，確認(rèn)無誤后可以繼續(xù)巡檢其他監(jiān)控點(diǎn)。重要區(qū)域(主變等)的巡檢采用了智能分析和移動偵測技術(shù)，對需要監(jiān)控的區(qū)域設(shè)置觸發(fā)條件，按需設(shè)置穿越警戒面檢測、進(jìn)入離開入侵區(qū)域檢測等，當(dāng)在布防狀態(tài)下，一旦觸發(fā)就能聯(lián)動相應(yīng)報警。

　　自動化巡檢功能的使用，使巡檢人員無需去現(xiàn)場就能對全站重要設(shè)備進(jìn)行巡檢，可以有效提高巡檢效率并避免漏檢現(xiàn)象;當(dāng)出現(xiàn)工作人員誤跑“間隔”時，監(jiān)控工作人員能及時提醒，避免人力的浪費(fèi)，很好地實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目升級所制定的“節(jié)約成本、提高系統(tǒng)效率”的目標(biāo)。