項目介紹

　　作為國家電網公司重點科技工程項目之一，金華500千伏芝堰變于2009年被確定為全網唯一一座智能化升級改造的500千伏變電站。升級改造內容主要包括：一次設備智能化和在線監(jiān)測、信息一體化平臺的構建、運行維護智能化、高級應用開發(fā)、輔助系統智能化改造五項重點內容。筆者任職企業(yè)作為輔助系統的提供商，參與并完成了各相關輔助系統的高度集成，并與其他系統進行了有機整合，從而形成了一套完整的變電站智能化輔助系統，為變電站降低運維成本、優(yōu)化資源配置、提升運行指標提供了重要保障。該項目具有以下典型意義。

　　數字化程度最高的500千伏智能型數字化變電站

　　500千伏芝堰變工程于2008年9月10日開工建設，2009年7月9日投產，總投資2.37億元;是目前國內數字化技術應用程度最深、實施范圍最廣、保護數字化程度最高的500千伏智能型數字化變電站。

　　唯一一座智能化升級改造的500千伏變電站

　　芝堰變于2009年被確定為全網唯一一座智能化升級改造的500千伏變電站。它的智能試點項目，必將為國網統一堅強智能電網建設積累寶貴經驗，并發(fā)揮積極的示范效應。

　　諸多技術為國內首次應用

　　作為國家電網公司2009年科技項目之一，金華500千伏芝堰變全站按照IEC61850規(guī)約標準建設，而基于此標準的數字化智能變電站是今后地區(qū)電網新建和改造工程的發(fā)展方向。同時，作為國家電網第一座實施智能化升級改造的500千伏變電站，芝堰變諸多技術為國內首次應用，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、220千伏繼電保護上采用GOOSE技術傳輸實時保護信號;芝堰變還實現了后臺程序化操作，提升了操作的速度及安全性。芝堰變的數字化程度和應用程度在全國處于較高水準，對數字化智能變電站的建設起到了示范作用。

　　系統概述

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

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

　　解決方案通過以智能視頻綜合監(jiān)控系統為核心，完成了對環(huán)境監(jiān)測系統、安全防范系統、消防報警系統、門禁系統、照明系統、空調系統、給排水系統的高度集成。除了強調各個子系統之間的信息共享和信息互動之外，智能化輔助系統還在多個維度與其他系統進行整合：縱向上負責與上級統一信息平臺的信息交互，橫向上負責與變電站自動化系統(SCADA系統，如圖1)的信息交互、行為互動，隨時滿足智能變電站建設對輔助系統提出的新需求。

圖1輔助智能化系統與變電站自動化系統

　　建成的系統充分體現了系統之間的信息共享和信息互動，并對相關環(huán)節(jié)實現了智能化管理，為變電站降低運維成本、優(yōu)化資源配置、提升運行指標提供了重要保障。[nextpage]

　　系統組成

　　智能化輔助系統包含子系統如圖2。系統建設將以智能視頻綜合監(jiān)控系統為核心，實現各子系統間的信息共享，從而實現輔助子系統之間的互動，以及輔助系統與自動化系統之間的互動。

圖2智能視頻綜合監(jiān)控子系統構成

　　智能視頻綜合監(jiān)控子系統

　　從智能變電站的整個建設系統來看，智能視頻綜合監(jiān)控子系統在智能輔助系統中起著承上啟下的作用，和其它子系統以及SCADA系統緊密聯系，從而與變電站自動化系統構成了一個有機整體。系統主要功能包括：通過視頻監(jiān)控結合安全防范子系統，保護智能變電站設備的安全;通過視頻監(jiān)控結合遠程和本地人員操作經驗的優(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，為遠程操作開關、刀閘等對象提供輔助的判斷信息;通過視頻監(jiān)控、燈光聯動、環(huán)境監(jiān)測監(jiān)視現場設備的運行狀況，起到預警和保護作用;配合其它子系統完成視頻聯動和視頻互動。

　　其他子系統

　　環(huán)境監(jiān)測子系統：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、水浸通過開關量信號將數據上送至智能視頻綜合監(jiān)控系統，完成實時環(huán)境數據監(jiān)測及OSD視頻疊加，越限可以聯動聲光報警、短信報警、啟動相應子系統(溫濕度關聯空調系統、水浸關聯給排水系統)等預案，同時將數據轉發(fā)上傳至統一信息平臺。

　　消防報警子系統：消防報警子系統自成系統進行閉環(huán)控制，當產生火警信號時，消防系統啟動自動滅火裝置或火災隔離措施，同時把信號上傳至智能視頻綜合監(jiān)控系統。視頻監(jiān)控系統接收到火警信息后，相應采取一系列措施，如調用相應預置位、視頻監(jiān)控系統中彈出視頻窗口、聯動聲光報警、短信報警等，并把火警信號轉發(fā)上傳至統一信息平臺。

　　安全防范子系統變電站安全防范子系統包括電子圍欄、紅外雙鑒、紅外對射、震動傳感器、門禁等系統，負責變電站周界防范與設備的安全防范。主要功能包括：對圍墻、大門、窗戶進行監(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;對變電站全站進行監(jiān)控，及時發(fā)現入侵事件，保障變電站空間范圍內的建筑、設備的安全;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]

　　當出現非法闖入后，入侵信號通過開關量信號上傳至智能視頻綜合監(jiān)控系統，然后調用相應預置位、視頻監(jiān)控系統中彈出視頻窗口、聯動聲光報警、短信報警，并把入侵信號轉發(fā)上傳至統一信息平臺。

　　門禁子系統：門禁系統作為一種新型現代化安全管理系統，集自動識別技術和現代安全管理措施為一體。而網絡化門禁系統的應用將大大提高智能變電站的實時監(jiān)控能力、出入權限管理能力、數據自動存儲能力，以及問題的分析水平，助力變電站降低運維成本、提高運維效率。

　　本項目中，通過門禁監(jiān)控主機對各通道口的通行對象及通行時間等，進行實時控制或設定程序控制。系統自動識別智能卡上的身份信息和門禁權限信息，持卡人只有在規(guī)定的時間和在有權限的門禁點刷卡后，門禁點才能自動開門放行;當忘記關門時，還能發(fā)出報警信號。當有人刷卡時，相應信號上送至智能視頻綜合監(jiān)控系統，通過聯動視頻錄像的可視化管理，進一步加強對出入的管理。

　　控制子系統：控制子系統(照明系統、空調系統、給排水系統)根據事件(如入侵報警、消防報警、溫濕度報警、水浸報警)自動對站內設備進行開啟和關閉操作，用戶也可在統一信息平臺及智能視頻綜合監(jiān)控系統中控制設備的開啟和關閉。

　　系統功能

　　智能化輔助系統的目的并不是取代傳統變電站中已經存在的各個子系統，而是集成各個子系統的信息，實現實時視頻監(jiān)視、智能視頻分析、信息采集匯總、遠程控制、智能聯動等功能。從而使智能化變電站的信息更加完整，功能更加完善，變電運行更加安全。智能化輔助系統主要功能如下。

　　實時視頻監(jiān)視

　　通過視頻監(jiān)視可以實時了解變電站內設備的信息，確定主變運行狀態(tài)，以及斷路器、隔離開關、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備場地和主要設備間(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)控場地內的一切情況。

　　智能視頻分析

　　采用基于背景建模和目標追蹤技術的智能視頻分析(IVS)技術，不僅能進行穿越警戒線、進入/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，為遠程操作開關、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)定運行離不開站內設備的安全運行。由于變電站所處的地理位置(多為山區(qū)或遠郊)，自然條件因素如高溫、雷雨、冰雪、臺風天氣等，導致設備的事故發(fā)生率特別高，同時設備周邊的環(huán)境狀況也對設備的運行有影響。監(jiān)控人員若要全面地掌握變電站的運行狀況，需實時對溫度、濕度、風力、水浸等環(huán)境信息進行采集、處理和上傳，生成曲線和報表，以方便開展實時監(jiān)控、歷史查詢以及統計分析工作。

　　通過視頻監(jiān)控結合消防報警、安全防范系統，可以對防火、防盜等情況進行實時監(jiān)控，保護變電站人員、設備的安全。

　　遠程控制

　　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進行控制，實現遙控云臺的上/下/左/右和鏡頭的變倍/聚焦，并對攝像機的預置位和巡航進行設置控制;在電子地圖上即可實現對門禁、照明、空調和給排水系統的開啟控制。[nextpage]

　　智能聯動

　　智能視頻綜合監(jiān)控系統可以對各子系統進行關聯：比如當安全防范、消防報警設備被觸發(fā)時，有預置功能的攝像機能自動轉到預置點，按需設置聯動錄像功能;同時，預設的報警能彈出窗口，并配合電子地圖顯示;當水浸監(jiān)測到電纜溝高液位時，能自動啟動給排水系統;當溫濕度越限時，能自動啟動空調系統。條件允許的話，可以與電力SCADA進行互聯，操作時可以聯動相應位置的攝像機，對整個操作工程進行全程管控。

　　系統特點

　　高清視頻監(jiān)控技術的應用

　　本項目中采用了大量的高清網絡攝像機。相比傳統的標清視頻監(jiān)控，高清視頻在變電站中具有明顯的技術和應用優(yōu)勢：圖像清晰度更高，對變電站的一些重要監(jiān)控點的監(jiān)視如重要儀表，采用高清攝像機可以獲取高清晰度的監(jiān)控畫面，能更清楚地呈現儀表讀數;高清監(jiān)控技術的采用，使監(jiān)控場景覆蓋范圍更廣，減少了單位面積監(jiān)控點的數量，可以提高變電站監(jiān)控系統的效能，減少設備投入;提升智能應用水平，通過高清攝像機獲取的眾多細節(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用。

　　SCADA系統聯動視頻及設備狀態(tài)智能分析技術的應用

　　變電站SCADA系統在系統下發(fā)遙控命令，或者在非遙控操作所產生遙信變位時，通過隔離裝置使用61850-MMS進行通訊，將相關斷路器、刀閘信息傳送至智能變電站輔助系統。輔助系統即調用此次動作設備周圍的多個攝像機的預置點，自動將攝像機對準到相關設備，實現相關多角度視頻信息的實時監(jiān)控，便于工作人員對設備變位結果進行確認，避免了去現場確認的環(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)性地引進了智能機器人對變電站進行自動巡檢。以智能巡檢機器人為核心，配合固定監(jiān)測點，建立覆蓋全站的變電站智能巡視系統，也成為此次項目的重要特征之一。

　　作為智能巡檢機器人的有效補充，智能視頻綜合監(jiān)控系統還采用了智能分析技術，自動對設備變位后狀態(tài)進行確認，可以辨別出一次設備的實際狀態(tài)。當進行程序化操作時，若智能分析技術判斷出需要檢查一次設備的狀態(tài)時，系統即會給機器人發(fā)出控制命令，由機器人自動行駛到相應的設備附近進行相關的工作。因SCADA系統可以聯動設備周圍多個攝像機的預置點，經過多路智能分析判斷后得出結果，可以有效提高分析的準確性，大大提高倒閘效率并保證了切換質量，從而解除了程序化操作中的人為干預，實現一鍵式順序控制。

　　自動化巡檢技術的應用

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

　　自動化巡檢支持暫停功能，當發(fā)現某個點異常時，可以停留仔細察看，確認無誤后可以繼續(xù)巡檢其他監(jiān)控點。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，對需要監(jiān)控的區(qū)域設置觸發(fā)條件，按需設置穿越警戒面檢測、進入離開入侵區(qū)域檢測等，當在布防狀態(tài)下，一旦觸發(fā)就能聯動相應報警。

　　自動化巡檢功能的使用，使巡檢人員無需去現場就能對全站重要設備進行巡檢，可以有效提高巡檢效率并避免漏檢現象;當出現工作人員誤跑“間隔”時，監(jiān)控工作人員能及時提醒，避免人力的浪費，很好地實現了項目升級所制定的“節(jié)約成本、提高系統效率”的目標。