智能變電站輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢

　　前言

　　中國的智能電網(wǎng)技術研究起步較晚，但發(fā)展迅速，這得益于中國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展對電網(wǎng)建設的巨大需求和推動作用。進入21世紀以來，科學技術發(fā)展日新月異，數(shù)字化技術成了當今世界科技發(fā)展的前沿技術，隨著我國智能化電氣的不斷發(fā)展，尤其是電子式互感器和智能化開關等機電一體化設備的出現(xiàn)、現(xiàn)代計算機高速網(wǎng)絡技術在實時系統(tǒng)中的開發(fā)利用以及變電站運行操作培訓仿真等技術的日趨成熟等，變電站進入了數(shù)字化的新階段。

　　中國電科院和各大電力設備制造企業(yè)從一開始就高度關注IEC 61850標準在電網(wǎng)和變電站系統(tǒng)中的應用，并在智能變電站技術研究中取得了顯著成果。2009年，國家電網(wǎng)公司提出了立足自主創(chuàng)新，以統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一建設為原則，建設以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展目標，智能變電站作為統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)的重要基礎和節(jié)點支撐，是必不可少的建設內(nèi)容。

　　2005 年“智能電網(wǎng)Smart Grids歐洲技術論壇”正式成立，并提出了智能變電站的概念，其目標是將當前電網(wǎng)轉換成運營者和電力用戶能夠實現(xiàn)互動的服務網(wǎng)，以提高歐洲輸配電系統(tǒng)的可靠性、安全性及工作效率，并為分布式和可再生能源發(fā)電的大規(guī)模整合提供保障。2007年，歐洲委員會發(fā)布的第七框架計劃中能源子項目就包括智能變電站建設、智能能源網(wǎng)絡等，該計劃的發(fā)布進一步促進了智能變電站在歐洲的發(fā)展。2008年底，歐洲公用事業(yè)電信聯(lián)合會發(fā)布了一份名為“智能電網(wǎng)—構建戰(zhàn)略性技術規(guī)劃藍圖”的報告，以幫助公用事業(yè)公司做好充分地規(guī)劃準備工作，進而更好地制定智能變電站發(fā)展規(guī)劃，實現(xiàn)智能變電站的發(fā)展目標。

　　根據(jù)國家電網(wǎng)的智能電網(wǎng)“十二五”規(guī)劃，“十二五”期間，國家電網(wǎng)計劃投資1.6萬億元建設智能電網(wǎng)，按照智能變電環(huán)節(jié)占比約20%份額計算，智能變電環(huán)節(jié)投資額度將達到3200億元。智能化變電站對電氣設備行業(yè)影響巨大，且以IEC 61850標準為紐帶將促進一次設備和二次設備企業(yè)的相互合作與滲透。未來智能化變電站將實現(xiàn)一次設備的智能化和二次設備的信息化，通過在變電站的站控層、間隔層以及過程層采用全面的標準IEC 61850通信協(xié)議，避免設備的重復投入。

　　目前很多變電站的視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、安全防范、消防報警、門禁等輔助子系統(tǒng)，大多還獨立運行，通過不同通道上傳數(shù)據(jù)，甚至每套系統(tǒng)都配有獨立的管理人員，很難做到多系統(tǒng)的綜合監(jiān)控、集中管理，無形中降低了系統(tǒng)的集成度和可用性，增加了系統(tǒng)的管理成本。通過本項目的研發(fā)，將最大限度地挖掘現(xiàn)有輔助系統(tǒng)的潛力、節(jié)約成本、提高系統(tǒng)效率。

　　智能變電站輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)將智能變電站的視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、安全防范、消防報警、門禁等輔助子系統(tǒng)進行整合，實現(xiàn)綜合監(jiān)控和一體化集成聯(lián)動，并降低智能變電站的綜合管理成本。

　　智能變電站視頻及輔助監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

　　安防視頻監(jiān)控技術在電力行業(yè)很早就得到了應用，其主要原因是輸電網(wǎng)中變電站地理位置較分散，在幾百甚至上千平方公里內(nèi)星羅棋布，迫切需要聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控。利用電力2M專用通信線路可以較為方便地進行視頻監(jiān)控組網(wǎng)，早期的變電站網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)又可稱為：變電站遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)遙視系統(tǒng)。經(jīng)過若干年的發(fā)展，變電站遙視系統(tǒng)不僅僅局限于網(wǎng)絡視頻監(jiān)控應用，將變電站周界防范、環(huán)境監(jiān)控、燈光控制、門禁控制、消防聯(lián)動等應用一體化整合，按照智能變電站發(fā)展趨勢，向智能變電站輔助系統(tǒng)不斷演進發(fā)展。南京南自信息技術有限公司自主設計研發(fā)了變電站遙視系統(tǒng)、變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能變電站綜合輔助監(jiān)控系統(tǒng)，具有完全的自主知識產(chǎn)權，廣泛應用于國內(nèi)電網(wǎng)的近萬個變電站750KV、500KV、220KV、110KV、66KV、35KV各電壓等級均有應用案例。

　　目前很多變電站的視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、安全防范、消防報警、門禁等輔助子系統(tǒng)，大多還獨立運行，通過不同通道上傳數(shù)據(jù)，甚至每套系統(tǒng)都配有獨立的管理人員，很難做到多系統(tǒng)的綜合監(jiān)控、集中管理，無形中降低了系統(tǒng)的集成度和可用性，增加了系統(tǒng)的管理成本。通過智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)的應用，將最大限度地挖掘現(xiàn)有系統(tǒng)的潛力、節(jié)約成本、提高系統(tǒng)效率。

　　變電站的視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、安全防范等系統(tǒng)在國內(nèi)建設發(fā)展了很多年，總體上尚有一些需要解決的問題和挑戰(zhàn)，歸納如下：

　　1 標準化問題

　　國家電網(wǎng)公司推出了《智能變電站輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺技術規(guī)范》，南方電網(wǎng)以廣東電網(wǎng)為代表，推出了《變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范》，電力行業(yè)的標準化相對于安防系統(tǒng)的其他行業(yè)，是走在前列的。但不容忽視的是，在系統(tǒng)互聯(lián)互通、設備互相兼容、協(xié)議信令一致性方面，還有很長的路要走。

　　2 適應電力系統(tǒng)應用環(huán)境挑戰(zhàn)問題

　　智能變電站輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)

　　近幾年來，隨著IEC 61850標準的應用和光電互感器的研發(fā)和投入使用，我國智能電網(wǎng)的發(fā)展迅速。數(shù)字化智能變電站概念已在工程實踐中得到應用，全國已建成一定數(shù)量的數(shù)字化智能變電站。

　　數(shù)字化智能變電站使變電站的所有信息采集、傳輸、處理、輸出過程由過去的模擬信息轉換為數(shù)字信息，并建立與之相適應的通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)。數(shù)字化智能變電站自動化系統(tǒng)的結構在物理上可分為兩類，即智能化的一次設備和網(wǎng)絡化的二次設備；在邏輯結構上可分為三個層次，根據(jù)IEC通信協(xié)議草案定義，這三個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。新型數(shù)字化智能變電站主要由為全數(shù)字和光纖的信號采集系統(tǒng)、數(shù)字化繼電保護和綜合自動化系統(tǒng)、數(shù)字化視頻及環(huán)境監(jiān)測智能輔助系統(tǒng)構成。

　　智能變電站綜合輔助監(jiān)控平臺主要在國家電網(wǎng)得到了大規(guī)模應用，通常包含7大子系統(tǒng)，分別是視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、智能控制子系統(tǒng)、安全警衛(wèi)子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)、消防子系統(tǒng)、四遙聯(lián)動子系統(tǒng)。變電站中存在強電磁場干擾，對設備電磁兼容性能、外殼防護等級均提出了較高要求。

　　智能電網(wǎng)輔助綜合監(jiān)控管理平臺

　　3 實用化問題

　　解決方案需要滿足用戶的實用化需求，符合用戶安全生產(chǎn)和輔助監(jiān)控的需要。

　　視頻監(jiān)控子系統(tǒng)由各種攝像機、視頻處理單元DVR/DVS/NVR/視頻存儲服務器、三合一防雷器等組成；視頻監(jiān)控子系統(tǒng)通過站端處理單元，將模擬視頻、音頻和數(shù)據(jù)信息壓縮成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包，存在在本地存儲單元中，并可通過綜合監(jiān)控平臺的統(tǒng)一管理經(jīng)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至上級主站。另外，智能分析功能能夠實時對變電站重點區(qū)域的情況進行分析，對異常情況進行跟蹤錄像，在有突發(fā)事件發(fā)生時能夠迅速通知相關人員。

　　動力環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)由接入設備、溫濕度傳感器、SF6探測器、風速傳感器、水浸探測器、空調(diào)控制器、通信電源接口、風機控制器、水泵控制器等組成。

　　智能控制子系統(tǒng)由控制單元、輔助設備等組成；智能控制系統(tǒng)是對站內(nèi)的輔助設施進行集中智能的控制，包括燈光、通風、排水、空調(diào)等設備的控制，各設備的控制包括本地控制和軟件控制兩方面，并能夠根據(jù)相關系統(tǒng)，如報警及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的信息實現(xiàn)聯(lián)動控制，如當室內(nèi)溫濕度情況超過正常溫濕度范圍的房間，通過控制房間內(nèi)的空調(diào)、風機，使房間內(nèi)溫濕度達到適宜電氣設備穩(wěn)定高效運行的狀態(tài)，保證室內(nèi)電氣設備的穩(wěn)定運行。

　　安全警衛(wèi)子系統(tǒng)由紅外對射報警器、紅外雙鑒報警器、電子圍欄、按鍵報警器等組成；安全警衛(wèi)系統(tǒng)是對視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的有利補充，能夠對入侵變電站的行為起到很好的威懾及提示作用。

　　門禁子系統(tǒng)由門禁控制主機、讀卡器、開門按鈕、電磁力鎖等組成；門禁子系統(tǒng)能夠有效地防止了外來人員和不相干人員隨便出入變電站，并且每一次的刷卡都有記錄，可供隨時查看。

　　消防子系統(tǒng)由接入設備負責與消防系統(tǒng)主機通信。

　　四遙聯(lián)動子系統(tǒng)實現(xiàn)與綜自系統(tǒng)基于遙控操作、事故跳閘等事件的視頻聯(lián)動。

　　智能電網(wǎng)輔助綜合監(jiān)控管理平臺

　　智能電網(wǎng)輔助綜合監(jiān)控管理平臺可對一定區(qū)域分布的多個智能變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)進行聯(lián)網(wǎng)管理，可支持變電站—〉集控站—〉縣區(qū)級平臺—〉市級平臺—〉省級平臺多級聯(lián)網(wǎng)管理。

　　國際電工技術委員會 IEC 定義的兩個系列標準IEC61968 和IEC61970定義了一種電力系統(tǒng)通用信息模型CIM和組件接口規(guī)范CIS。CIM 現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟，在實時數(shù)據(jù)應用中得到了廣泛應用。國內(nèi)電力行業(yè)在相關技術規(guī)范中已對視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)平臺間互聯(lián)規(guī)范做出明確而詳細的描述，面向SOA架構，采用SIP+XML協(xié)議進行互聯(lián)通信。

　　關鍵技術趨勢

　　1 基于IEC 61850標準實現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)

　　系統(tǒng)采用IEC61850標準實現(xiàn)與第三方平臺對接，通過該標準采集第三方廠家設備的相關信息，并將采集到的信息上報給系統(tǒng)平臺或者其他廠家的系統(tǒng)平臺。這樣大大提升智能變電站輔助系統(tǒng)與第三方平臺接入能力，有利于智能變電站輔助系統(tǒng)在變電站實施部署。

　　2 圖形的組態(tài)化設計

　　系統(tǒng)提供快速構建控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具，處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，其預置的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能。系統(tǒng)提供了完整而豐富的電力、環(huán)境、安防等專業(yè)圖元庫，系統(tǒng)使用者可按需要從數(shù)據(jù)庫中抽取數(shù)據(jù)，產(chǎn)生所需的功能報表、歷史曲線、實時曲線等查詢視圖，支持對實時視頻、錄像、系統(tǒng)對象列表、數(shù)據(jù)點、曲線等多種數(shù)據(jù)源自由組合，實現(xiàn)界面定制化，支持對現(xiàn)有一次接線圖、平面圖等圖像的導入、導出功能，支持多種矢量圖形及柵格圖像格式。

　　3 內(nèi)建標準SIP和RTSP協(xié)議支持，實現(xiàn)跨區(qū)域多級異構系統(tǒng)互聯(lián)

　　SIP協(xié)議是一種信令控制協(xié)議，通過在監(jiān)控終端中增加對SIP協(xié)議的支持，使得任何支持SIP協(xié)議的終端都可以加入到系統(tǒng)中獲得監(jiān)控信息。這樣就可以形成一個開放的監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)隨時隨地地視頻監(jiān)控。

　　RTSP是用來控制聲音或影像的多媒體串流協(xié)議，允許同時多個串流需求控制，并供了一個可擴展框架，使實時數(shù)據(jù)的受控、點播成為可能。

　　SIP和RTSP協(xié)議都是國際標準的應用層協(xié)議，支持這兩種協(xié)議，使得涉及多級區(qū)域間不同廠家異常系統(tǒng)的互聯(lián)互通成為了可能。

　　4 系統(tǒng)插件機制，實現(xiàn)對不同類型設備的即插即用

　　通過軟件插件機制，定義了對監(jiān)控設備接入的統(tǒng)一接口規(guī)范，實現(xiàn)對編碼設備、攝像機、門禁、數(shù)據(jù)采集模塊、輔助設備等多種類型設備的即插即用功能，可以實現(xiàn)在不修改平臺軟件代碼、只配置設備參數(shù)的前提下完成對新設備的接入。這樣不但廠家自身可以實現(xiàn)基于設備統(tǒng)一接口規(guī)范的插件實現(xiàn)，第三方廠家也可以根據(jù)提供的設備統(tǒng)一接口規(guī)范獨立實現(xiàn)插件，并接入到系統(tǒng)中。

　　結束語

　　目前國內(nèi)在智能變電站輔助系統(tǒng)方面的研究主要是從不同廠商從所擅長領域切入，以自身特長為重點研發(fā)，在標準化、系統(tǒng)一體化集成聯(lián)動、實用性等方面均有所不足。

　　隨著IEC-61850標準的推廣應用，智能變電站概念已在工程中獲廣泛實踐，全國已建成一定數(shù)量的智能變電站。同時我國智能堅強電網(wǎng)的規(guī)劃試點已經(jīng)啟動，智能變電站領域的研究和建設工作也將為智能電網(wǎng)的發(fā)展打下基礎，智能變電站綜合輔助監(jiān)控系統(tǒng)必將為變電站無人值班發(fā)展趨勢奠定基礎。

來源：中關村在線

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