无人值守变电站智能监测系统研究与应用

国内变电站智能辅助监控系统主要监控对象为变电站场站环境，而不是针对运行设备。本文主要设计一套针对变电站室内外运行设备的智能安全辅助监控系统，包括断路器断电保护、视频监控、无线测温、环境监测、消防告警等功能；建立无人值守变电站安全辅助信息的逻辑和推理模型，讨论对故障告警信息的分类和过滤策略，自动报告变电站异常，提出故障处理指导意见。系统的智能告警及分析决策能力，可根据变电站各监测单元返回的变电站各项数据，运用分析决策机制获得分析结果，并将分析结果以可视化界面综合展示，值班员可根据分析结果进行人工远程操作，也可授权平台自动完成远程控制动作。

一、引言

随着近年来我国电网规模急剧扩大，新投运的变电站数量的成倍增长。为提高生产管理效率，转变生产方式，新变电站都按照无人值守变电站进行设计和运行，传统有人值守变电站也已进行无人值守化升级改造。但是从有人值守到无人值守的转变绝不仅仅是人员撤离那么简单。如何切实提高变电站设备运行管理水平，切实保证变电站的安全运行，有效实现对变电站的运行主设备及辅助设施的监控及管理，把握设备的实时运行状况成为研究的主题。

在我国东北等高寒地区，冬季气温可达-40℃，冬季对高压设备运行状态及变电站环境监测尤为重要，并且对监测设备的低温运行也提出了更高的挑战。

黑龙江省电科院经过对黑龙江省部分无人值守变电站的考察，发现存在如下问题：

1、变电站内的隔离开关、断路器等设备没有实现在线测温，需要巡视人员定期人工测温，数据受人为因素影响较大，漏测情况时有发生,当设备温度出现异常时关键点温度数据不能及时上传，故障无法及时被发现

2、变电站室内关键场所（如：计算机房、继电保护小室、开关室、蓄电池间）没有温、湿度信息采集设备及自动调温设备，冬季靠暖气供热，一旦发生暖气临时中断现象，（如蓄电池间）设备在低温环境下运行，性能及寿命将受到严重影响；机房空调与温、湿度监测单元没有形成闭环联动，无法通过集控站干预空调等调温、湿设备的运行

3、调度对站内隔离开关及断路器进行远程分合操作时，由于隔离开关电机或断路器储能机构故障，有时会出现分合动作不正常的状况，超过规定时间后，可能出现烧毁电机或断路器分合闸线圈的现象；同时由于隔离开关机械设计的原因，隔离开关动作时可能出现对应辅助节点无反应的问题，结果导致变电站后台监控画面的隔离开关分合显示错误

4、变电站内烟雾报警装置没有集中管理，没有与消防系统构成完整闭环控制系统，在变电站发生火灾等事故时，不能及时启动消防设备扑救

5、为解决上述问题，我们将根据目前黑龙江省内220kV及以下无人值守变电站的实际工作现场条件，研发一套无人值守变电站智能安全辅助监控系统，将变电站内安全辅助设备、高压监测设备、消防设备进行集中管理，通过现有电力通信网与集控站（或地区调度）进行双向数据交互，不但使集控站能及时准确地掌握无人值守变电站各关键点的状态参数，而且能实现自动或值班员手动远程控制变电站安全辅助设备的启停的目标，为无人值守变电站的安全运行保驾护航。

二、国内外研究水平综述

国外发达国家现已全面进入变电站无人值守阶段，所有监控信息均实现远程监控及操作，将监测的重点放在变压器、SF6开关及GIS设备、电力电缆、MOA等关键设备监测技术的发展上，可以实现对变电站内设备进行综合性诊断监测。如：法国阿尔斯通公司开发了变压器状态监测系统，通过局域网可实现对变压器顶层油温、环境温度、变压器负载电流、三相电压、绝缘油气体组分、有载开关分接位置、风扇切换状态、铁芯、夹件、高压套管绝缘等在线状态的监测；美国通用电气开发了集成变电站监测与诊断系统，实现断路器状态监测，同时可实现冷却系统和有载调压开关的最优动态控制，通过局域网实现了状态监测与状态维修。且发达国家如美国在无人值守变电站的基础上大力推广智能变电站，所以其变电站建设的总体规划更加智能化，可靠性更高。

我国十年前开始逐步推广变电站的无人值守改造与建设，但在初期仅仅实现基本的遥测、遥信、遥控、遥调等基本功能，部分实现了红外监测、气体监测的功能。国内变电站智能辅助监控系统集成了视频监控子系统、环境监测子系统、消防告警子系统、门禁子系统和控制子系统等相关辅助子系统。但其主要监控对象为变电站场站环境，而不是针对运行设备。更没有将隔离开关及断路器的断电保护、隔离开关、开关柜及接头温度监测、汇控箱的温度监测、蓄电池间自动控温系统以及烟雾报警与消防喷淋系统集中在一个综控平台，没有实现综合智能化管控等高级功能。

三、综合智能安全

辅助监控系统实施方案

图1智能安全辅助监控系统结构示意图

1、隔离开关故障保护子系统

在隔离开关操作机构电源侧加装电源切断装置，隔离开关驱动电机或断路器弹簧储能不能正常动作时，切断操作机构电源保护电气设备及控制回路，切断装置与调度后台（SCADA）互联，切断装置动作的同时向SCADA系统发送动作信号以免发生错误判别，视频监控系统弹出相应隔离开关实时画面，发出声光报警信号。

高压带电显示装置能在带电设备 安全距离外检测设备是否带电

2、视频监控子系统

利用枪式摄像机主要监控刀闸触点状态、变压器有载开关分接头位置等设备信息，球型摄像机监控场站环境状态信息。系统通过摄像机采集的现场图像，经编码器和视频服务器后，视频信号直接变换成数字信号进入网络系统，各监控点的实时图像经光纤或其它网络系统传输到控制中心，在控制中心或利用移动终端实现对现场设备的实时监视与控制，实现视频联动。

视频监控摄像头可清晰监控场站内设备及场站环境图像

清晰监控刀闸开合状态

在出现消防告警信号时清晰监控主要设备的状态