叶 武

（舟山电力局，浙江 舟山 316000）

变电站是电网的核心环节，担负着所在区域的供电任务。随着变电站自动化程度的提高，少人或无人值守模式在电力系统得到大力推广，变电站内设备运行安全和治安管理日益受到重视，从而对变电站安全技术防范的要求也越来越高。

1 变电站管理存在的问题

舟山为岛屿性城市，素有“千岛之城”的美誉，变电站的分布范围广，变电站数量众多，地域分布广且很多地处人烟稀少的海岛区域，这些特点给变电站运行管理带来很大不便，存在的主要问题有：

（1）分别在不同的变电站内建立了各自的单元安全设施，如视频、消防、防盗等联网告警系统。但受传统管理模式的影响，各专业单元安全设施大多为独立建设使用，各系统间信息不能共享，成为了“信息孤岛”，缺乏纵向的有效监控手段，不能及时了解变电站内的实时情况，报警信息单一，报警性质确认困难，重要安保设备无联动功能，无法形成闭环管理，导致对整体安全防范形势无法把握，不利于电网的安全、稳定运行。

（2）变电站进出人员管理不善。变电站一般建在偏僻的地方，虽然都有保安值守，但工作人员的进出情况并不能很好地监管记录，应使用门禁系统规范科学地管理电力工作人员的进出，从而确保电力设施的安全和正常维护。

（3）由于各变电站之前的建设已经完成各种安保传感器的布线，要改变或重新进行监控设备的布线不仅破坏原有的格局，还要重新拉线，浪费资源。

（4）当变电站发生非法闯入、空调漏水报警、门锁被撬等问题时，信息不能在第一时间告知集控站，不能及时发现问题会给变电站的设备和财产安全带来隐患。

针对以上变电站管理存在的问题，着眼于电力智能电网的发展方向，结合当前先进的物联网ZigBee技术、传感器网络技术，将智能传感集中管理系统应用于变电站日常管理，统一监控变电站环境、设备状态等信息，可有效消除变电站在资产安全和信息管理上的盲区。

2 系统关键技术

2.1 Zigbee技术

作为物联网感知层自组网络系统，Zigbee技术在无线数据传输方面有着重要的作用。它是一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。它工作在2.4 GHz的ISM频段上，传输速率为20～250 kbps，传输距离为100～1 200 m不等。

Zigbee主要适合于工业控制、传感和远程控制领域。它在数千个微小的传感器之间相互协调，实现通信。Zigbee技术的通信数据速率以及灵活通信范围的特点决定了它适合于承载工业数据通信的业务，Zigbee具有低复杂度、低功耗、低成本的特点，这些特点使得其在工业监控、传感器网络、安保系统等领域有很大的发展空间。

2.2 传感器网络技术

传感器网络技术是当前在国际上备受关注的多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及通信技术、分布式信息处理技术等。能够通过各类集成化的微型传感器实时监测和采集各种环境或监测对象的信息，这些信息通过有线或无线的方式传输，并以多种网络方式传送到用户终端，从而实现人与人、人与物、物与物的全面互联。

典型的传感器网络的系统结构包括：分布式传感器节点、互联网或移动通信网和用户软件接口等。其中，传感器网络节点的基本组成包括：数据采集单元，由传感器和协议转换器组成，部署在被感知对象内；数据处理单元，主要是具有嵌入式操作系统的监控主机；数据传输单元，由内嵌在嵌入式监控主机内部的有线或无线通信模块组成。

3 系统方案概述

3.1 系统的构成

变电站智能传感集中管理系统主要包括现场端系统和中心平台两大方面，如图1所示。针对变电站日常管理需求，利用传感器网络技术，整合安全防范、消防报警、环境监测、动力监测、视频监控、门禁、远程控制、SF6泄漏报警等单元，实现对变电站的人员入侵、火警、漏水、温度等环境情况与供电动力系统等变电站设备的运行状态的实时监控与历史数据记录，为变电站设备等资产安全提供有力保障。

图1 变电站智能传感集中管理系统的构成

同时，能在各单元间实现远程联动控制，实现各系统的合理、稳定对接，使各个单元协同操作成为可能，并将变电站现场设备监测数据与环境数据接入中心端，为变电站远程监控提供统一、高效、智能的管理平台。

3.2 现场端系统

现场根据传感器技术特点，采集现场模拟信号、开关信号、数字信号，以总线的方式将数据传输到嵌入式主机，进行数据处理。对于部分不能直接布线连接传感器的区域（如室外），采用传感器与Zigbee模块相结合，自组无线网络，将监测数据实时传送回中心端，使系统具有灵活的组网模式。系统拓扑结构见图2。

图2 变电站智能传感集中管理系统拓扑图

以舟山110 kV勾山变为例，现场端以智能传感集中管理系统嵌入式主机为汇集点，实现了将变电站各个站房包括主控室、110 kV室、35 kV室、10 kV室等室内温度、湿度情况进行统一实时监测，并在空调与门窗附近的地面安装漏水监测模块，判断是否温度过高、是否漏水，为变电站设备提供适宜的运行环境。通过远程控制开启变电站内的空调，并调至指定温度与模式。根据变电站实际需求，将变电站外的射灯有机地与智能传感集中管理系统结合起来，成为它的一个重要控制单元，实现远程开启、关闭灯光，降低了管理人员工作量，提高了工作效率。此外，由于变电站房门众多，通过安装门禁监控系统控制和管理人员在建筑物内相关区域的活动，使用授权开门卡，变电站巡视不再需要携带大量开门钥匙，解决了人为疏忽、钥匙的丢失、被盗和复制等传统保安防范存在的问题。

3.3 中心平台软件

变电站智能传感集中管理系统软件作为中心平台控制核心，借助电力网络，通过Web的方式在电力网络内按照身份权限登录，对变电站室内温度、湿度、漏水等环境情况，站内门禁出入人员、时间记录等数据进行查询、统计、分析，并支持对变电站内门禁、空调等设备的远程控制，当有需要时可完成远程开门等动作。变电站智能传感集中管理系统可在中心平台根据昼夜长短使用情景模式，设定远程自动灯光开启、关闭时间。除此之外，通过网络还可以实现地区所辖变电站的统一管理，通过添加设置将白泉变、岑港变、南沙变等变电站多站点联网监控。

中心平台监控软件采用的模块主要包含数据收集整理模块、监测设备控制模块、数据入库模块、统计分析模块、告警模块，如图3所示。软件采用B/S构架模块化设计，部署方便，操作简便，还可根据电力行业自身管理需求和监控现状进行定制。

图3 变电站智能传感集中管理系统中心端软件功能

在中心平台基础之上，支持手机客户端实现移动在线巡检工作，便于用户能远程查看各站位的实时监测数据、历史数据曲线、报警信息、环境信息等，并对报警情况进行在线提醒，同时满足突发事件下的现场指挥，为变电站管理提供多角度、立体化管理手段。

3.4 Zigbee组网

将各个传感器与Zigbee模块构成1个无线传输节点，与主机内嵌的Zigbee模块组成1个无线网络，通过这个网络可以实现数据的传递、传输以及信息交互，每1个无线节点都会生成1条通往主节点的路径，如图4所示。

图4 基于Zigbee的无线传感网络

4 各子系统单元应用

4.1 动力系统监控

变电站内的动力系统直接与变电站正常运行相关，动力系统监测对象包括变电站的全部站用电源设备，如配电柜等。

通过部署智能电量检测模块，监测一级、二级交流配电柜的主回路和各分回路的各种参数如电压、电流、频率、有功功率、功率因数、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能等；监视各级开关的开关状态。显示和记录各种参数的变化曲线，并对各种报警状态进行记录和报警处理。

4.2 环境系统监控

变电站内的环境情况关系到设备的安全运行，环境系统监控包括：变电站的空调设备、漏水监控、温/湿度监控等。

4.3 安全防范监控

安全防范系统通过部署人体红外探测器等传感器与监控主机直接连接。当发生报警时，报警信息能够及时上传给监控主机，并且能联动相关设备，比如声光报警器等，同时通知管理人员采取相应措施。

对部分区域部署周界报警器、电子围栏设置危险区域边界，当巡检人员踏入危险区域时就会听到报警。这相当于在危险点周围布了一张安全网，全过程防护运行检修的现场操作。

4.4 消防系统监控

当发生火情时，通过部署在变电站内的烟雾探测器，联动消防系统，第一时间进行灭火并向管理员发送报警信息。按消防规范要求，联动门禁开门，保证人员逃生及火情扑救。

4.5 视频监控

视频监控系统超越硬盘录像技术，采用视频组态的概念，将各通道的图像以控件组态的方式随意插入某个界面，对于大型的监控系统而言，以电子地图的方式来集中管理各个场地的数据和图像的界面，十分方便。

由于智能传感集中管理系统将动力环境监控和闭路监控合二为一，因而可以随意实现动力环境与图像的联动控制，一旦有异常事件发生，监控系统自动弹出现场图像画面，即时录像并作报警提示和处理。

4.6 门禁系统监控

通过门禁控制器提供的协议或门禁管理软件对变电站人员进出的时间、位置、姓名进行监控，可手动远程控制变电站门的打开关闭，可对不同的工作人员发放不同权限的卡，通过不同权限的感应卡开启不同的门，进入不同的设备区域（如为运维人员远程开关继电保护室的门等）。每张卡的权限可随时更改，避免丢失的卡被人利用，解决了人为疏忽、钥匙的丢失、被盗和复制等传统保安防范存在的问题。此外，控制门的开关、门禁系统可与视频系统联动，对进出变电站的人员进行自动录像等。

4.7 SF6泄漏监测

变电站SF6电气设备长期运行后密封性可能下降，故在可能泄漏的接头处部署传感器。一旦有SF6气体泄漏，异常信号立即送往系统平台，通过系统自动或远程手动控制排风系统，最大限度降低事故发生概率。

4.8 其他远程控制

当变电站发生突发事件（如着火、漏水等）时，通知管理者进行远程控制，在第一时间自动解决相应问题，在节约资源的同时又提高了工作效率，为固定资产安全提供有力保障。

当有人非法进入变电站时，系统将自动启动联动装置，自动打开照明系统，并向视频系统传输信号，由视频系统负责对非法入侵者进行实时拍照和录像，同时向中心站传送报警信息并进行声光报警。

由于温度过高会对变电站内的设备和上报数据的准确性产生影响，此时中心站可远程进行空调系统的调节，如工作模式、工作状态、温度调节等。也可以和温/湿度系统进行联动，当温度高于预设值时则自动开启空调，并按预设方案进行温度和模式的修改，当温度低于预设值时则自动关闭空调。

当变电站出现水侵时，系统将和抽水泵联动，进行抽水作业。当水位低于预设报警值时，将自动停止抽水泵作业。

5 结语

舟山电力局与杭州鑫翔七迅科技有限公司合作开发的基于物联网技术的变电站智能传感集中管理系统已投入使用。该系统通过全方位智能化的设计，融合先进的物联网ZigBee技术、传感器网络技术、计算机技术，能够将变电站需要监测的各种参数通过1个统一的信息平台进行显示处理，并可随时进行Web浏览和查看，从根本上保证变电站管理工作能够全天候、长周期运行。能够实现无人值守监测，实现对远程设备的分布式监控和集中式管理，并可与多种应用系统集成，把变电站的管理控制从“四遥”变成“五遥”（遥测、遥信、遥控、遥调，遥视），进一步提高电力供应安全。该系统可实现变电站的无人值守或者少人值守，从而为推动变电站管理逐步向自动化、综合化、集中化、智能化方向发展提供有力的信息技术保障。

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