武红玉，孙 刚，陈 静

(许昌学院 电气与机械工程学院(工程训练中心)，河南 许昌，461000)

近年来，变电站的发展经历了数字化变电站、智能变电站[1]、新一代智能变电站，全站实现了数字化、模型统一[2]，但增加了过程层网络，信息交互较复杂[3]；采样重采样环节增加，保护速动性下降；多个保护共用合并单元和智能终端，影响了保护可靠性；改扩建及设备消缺复杂，实施难度大等问题.随着大数据、云计算、物联网、移动互联、人工智能等一系列技术日新月异，工业生产模式正在发生重大变革.但与此相比，变电站和变电运检模式[4]明显滞后.日常工作仍沿袭20年前传统，大量工作仍采用人工就地操作、手动抄录、现场频繁往返等形式，新技术的优势未能得到充分利用和有效发挥.随着变电站数量显著增加，变电容量成倍增长，运检工作量日渐繁重，有限的人员数量增长和人员结构问题日益突出.而现有的变电站建设中，主设备与辅助设备的智能联动仍处于初步研究阶段，在对智慧变电站架构基础上，分析了免维护、自动巡检等智慧变电站关键技术，实现智能联动新模式.

1 智慧变电站系统架构

智慧变电站[5]按照电力物联网体系构建，系统架构如图1.

图1 智慧变电站系统架构

感知层采用就地模块、高清摄像、智能巡检等设备全面感知变电站主辅助设备状态信息；由各类智能IED设备构成分布式边缘计算节点、实现保护、测量、控制、计量、状态监测等功能.

网络层通过站内网络汇聚到主辅监控主机、视频/巡检主机等汇聚节点，实现站级主辅设备监视与告警、联动控制，数据存储管理、统计分析及视频图形智能识别等功能，通过Ⅰ区、Ⅱ区数据网关机等物联代理设备完成站内信息的上传.

应用层按照分层处理、结果上送的原则，充分发挥就地边缘计算和站级主辅监控平台的优势，构建站级全景数据中心，对站内各专业数据进行有效整合和统一存储.对感知层数据进行有效辨识和智能分析处理，将分析结果等有效数据上送主站信息平台，避免大量原始数据等无效垃圾数据的上送，并支持远方召唤各类数据和模型文件，实现变电站数据的按需传送.

全面监控主站系统按照集中管控的建设要求，通过云边协同，全面提升设备智能感知能力、缺陷发现能力[6]、状态管控能力、主动预警能力和应急处理能力，实现变电站“全面监视、远程顺控、主动预警、智能决策”的建设目标.

2 关键技术研究

2.1 免(少)维护技术

变压器渗漏消缺占日常消缺工作量的20%以上，且渗漏易导致进水受潮、绝缘劣化.目前采用的油色谱装置，每瓶载气可以使用400次左右(每4小时检测一次约使用两个月)；传统硅胶型呼吸器每2个月更换一次硅胶，还需对硅胶进行人工烘干加热处理循环使用；一个运维班管理数十台变压器，日常更换载气和硅胶的工作量大.研制运行可靠、低成本、高频度、免维护的油色谱在线监测装置，推进免维护数字化呼吸器应用.

2.2 辅助系统标准化接入技术

变电站辅助设备厂家众多，大部分采用私有协议，辅助设备通信协议、技术标准、接口互不兼容，导致辅助设备统一接入困难，无法实现辅助设备全部信息统一上送和集中监控.大量的辅助设备操作、报警信息确认都要运检人员就地进行，往往复归一个安防告警、投入一台空调等操作都需要两人往返数十公里赶赴现场，造成大量人员浪费.

通过就地模块，统一变电站安防、灯光、环境监控、消防、视频、在线监测、智能巡检机器人等辅助设备数据传输规约、接口协议规范，明确各辅助设备监控内容，实现新增、改(扩)建各辅助设备模块化、规范化接入.

2.3 一键顺控技术

变电站倒闸操作采用人工方式，操作前需经接令、写票、审核、模拟等环节.对同一操作任务来说，每次操作项目完全相同，但仍要执行上述流程，且每步操作需人员现场确认，重复工作量大，操作效率低.二次设备大量使用软压板，各厂家软压板命名、描述不一致，易误操作、漏操作.隔离开关利用辅助接点来确认分合闸位置，判别方法单一且不直观，不满足安规中设备位置“双确认”判别要求.开关柜手车电动底盘蜗轮蜗杆传动易发生偏移，引发手车卡涩，遥控操作不可靠，限制了顺控技术的推广应用.

研究变电站倒闸操作一键顺控技术，将先进的自动控制技术、传感和物联网技术、状态自动识别和智能判断技术应用于传统的变电倒闸操作，将传统人工填写操作票为主的烦琐、重复、易误操作的倒闸操作模式转变为操作项目软件预制、操作内容模块式搭建、设备状态自动判别、防误连锁智能校核、操作任务一键启动、操作过程自动顺序执行的一键顺控模式，大幅减少无效劳动，大幅降低误操作风险，大幅提升效率和效益.

2.4 自动巡检技术

变电巡检目前主要采用人工巡检方式，约占日常运维工作的30%，测温、抄表、数据录入等工作简单重复且占用大量时间；此外，巡检质量不易管控，发现问题效率较低.近年推进的机器人巡检取得了良好效果，但仍然存在监控后台不统一、巡检未完全覆盖、未接入信息内网与其他信息系统未互联等问题.

研究全方位立体自动巡检技术，利用机器巡检替代人工现场巡视，实现变电站全部巡检自动化、无人化.提升机器人室外巡检能力，规范监控后台界面、接口及功能应用，研发机器人集中管控功能.研究户内巡检手段，利用图像识别、智能传感技术，实现压板状态、开关位置、保护定值、信号灯等信息自动采集.研究具有户内外及各种工况下巡检能力的系列机器人，实现巡检全覆盖.

2.5 智能联动技术

变电站主设备监控、各辅助子系统主机独立配置，在站内形成了多个信息孤岛，主、辅设备数据无法共享、交互，无法联动.发生设备报警时，辅助系统监控主机无法对事件判别及处理提供多维度的有效支撑，智能化程度低.

研究主辅设备间、辅助设备间智能联动策略，实现主设备、在线监测、安防、消防、环境监控、灯光智能控制、视频、智能巡检机器人等系统间数据交互共享、智能联动.利用多系统间的数据融合、协同控制，快速处理异常事件.

3 智慧应用

3.1 倒闸操作一键顺控

GIS刀闸安装行程开关采集刀闸位置，主变中性点地刀安装姿态传感器采集刀闸位置，实现刀闸非同源位置采集，用于一键顺控刀闸位置双确认，一键顺控内置校验规则并与防误主机进行防误确认，与调度主站通过IEC104实现远程顺控.

实现现场无人操作，传统倒闸操作需要依次人工现场完成11个作业环节169分钟，采用一键顺控操作，作业环节精简至8个36分钟，优化操作流程，操作项目由程序自动执行.

3.2 设备缺陷智能识别

摄像头作为前端感知设备采集视频信息，硬盘录像机作为汇聚点接入、存储各类摄像机视频信息并将视频数据上送至智能分析设备；智能分析设备对获取的视频流进行智能分析，实现设备状态实时监测，设备锈蚀、表计破损、漏油等17类设备缺陷、设备状态、人员行为智能分析，并输出结果给视频监控主机；视频监控主机实现变电站视频监控预览、控制、管理、联动、智能分析结果等数据的上传，根据识别结果实现设备状态主动预警.

3.3 智能联合巡检

采用“机器人+视频”的联合巡检方式，实现巡检过程全管控.应用定位导航、图像识别、人工智能等技术，完成全自动、无死角、可定制的全覆盖智能巡检.

实现站内无人巡视，将“例行巡视、专业巡视、熄灯巡视、特殊巡视、全面巡视”等五类巡视简化为“智能巡检+专业巡检”两类，将1725项常规巡视项目中的1531项通过机器替代.

3.4 设备异常智能联动

支持主辅设备和辅助设备之间的智能联动，安全防范系统入侵报警联动(打开报警防区灯光照明)，消防系统火灾报警联动(联动门禁紧急开门，开启灯光照明和声光报警，联动空调风机)，环境监测越限告警联动，SF6监测浓度越限联动(发浓度越限告警，联动排风机).任何遥控操作任务、设备运行状态和异常告警都能够关联相应的摄像机预置位，实现可视化生产管理.

3.5 智能作业及安防管控

应用现场视频监控、移动云台等物联网技术，通过边缘计算，完成现场人员的作业管控.开展作业人员入场检测、电子围栏布设、区域检测、运动检测、作业监控、违规告警，实现运检人员、设备间隔、作业范围的人人互联、人物互联，避免运检人员误入带电间隔或失去工作现场监护，确保运检人员人身安全，实现智能作业管控.通过站内小室的人脸识别，可以进行人员准入管控，实现智能安防.

4 应用效果

4.1 本质安全水平全面提升

采用主动干预型消弧装置、免维护呼吸器、智能锁控、胶浸纸干式套管等提升了设备人身安全；站域保护充分利用数据共享，实现保护的冗余集中配置，冗余测控装置实现单间隔测控装置检修及故障时的功能暂时缺失，提升了电网安全；通过智能安防、作业安防提升了现场安全防控.

4.2 运维监控有效提升

由设备状态全面感知，全站配置荧光光纤测温系统等20类设备在线监测终端传感器，与一次设备一体化设计、一体生产、集成部署，配置智能分析与记录装置，实现二次设备在线监测.站端设备全面监控，配置消防安防、环境监测、照明、锁控等辅助设备，完善主设备、辅助设备、变电信息综合监控手段，实现变电站主辅设备远程监控，准确掌握设备运行状态.充分利用巡检机器人和视频监视手段，自主开展变电站例行巡检和设备远方特巡，采用基于深度学习的图像识别技术，对巡视设备的工况、位置状态、热成像等进行监控.

4.3 打造智慧运检新模式

倒闸操作一键顺控，通过配置智能防误系统、GIS和开关柜采用一体化设计的“行程开关”、联动摄像头等实现顺控操作“双校核”“双确认”.压板状态智能识别，根据现场运维人员习惯按照屏柜-设备进行压板巡视，实现压板状态智能识别，判断当前的压板状态是否与规则要求的一致，当压板状态异常时，界面以闪烁的方式提示用户注意.运行巡视全面替代，设备巡视一键执行，智能巡视替代例行巡视，实现站内无人巡视，当巡检结果中识别出设备缺陷时系统主动预警，展示巡检识别结果和原始图像.设备智能联动，设置安全防范系统入侵、SF6监测浓度越限、消防系统火灾等智能联动策略.

5 结语

智慧变电站的实施将使变电站本质安全水平全面提升，设备、电网、人身更安全.智慧变电站打造了智慧运检新模式，倒闸操作一键顺控，现场安全智能管控，设备巡视一键执行，全站表计免抄录，现场设备免维护，运维监控强度大幅降低，设备管理细度有效提升，生产信息化程度大幅提升，有力支撑了电网设备主人制落地实施.