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智慧变电站辅助设备全面监控系统解决方案

作者: 点击:1200 时间:2022-09-28

鼎信智慧变电站辅助设备监控系统的设计和开发,起源于2010年电网首批智能变电站建设试点项目——浙江金华500kV芝堰变。近十年来,鼎信智慧积极参与电网公司的标准规范编制,详细解读电网公司的政策文件,紧密跟进各级电网公司的试点项目,是电网公司变电站智能辅助监控系统的重要解决方案提供商。我们愿以工匠精神,守正创新,为坚强智能电网贡献力量。

智慧变电站辅助设备全面监控系统解决方案

应用背景

电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。变电站作为电网的核心环节,担负着所在区域的高低压变换及供电任务,安全运行就尤为重要。

随着变电站自动化技术的不断进步,电网公司的效率变革,无人值守模式已在变电运维部门得到全面推广。变电站综合自动化系统的“四遥”(遥控、遥信、遥测、遥调)功能主要针对生产运行工况,并不能保障站内运行环境,因此无法满足变电站完全无人化的需求。变电站辅助设备监控系统作为配套建设,提供视频监控、安全防护、环境监测、辅助控制等功能,使变电站的运行更为安全、可靠,已成为变电站信息化建设的重要支撑部分。

变电站辅助设备监控系统经过十余年建设,逐渐探索出一套适用于无人变电站运维管理的建设模式,目前为止主要有三个阶段:

一、智能变电站阶段(20102014

完成了对各相关辅助系统的集成,并与生产系统进行了整合尝试,为变电站降低运维成本、优化资源配置、提升运行指标提供了重要保障。

二、智能巡视变电站阶段(20142018

实现了设备外观、仪表及状态指示的远程巡视,如设备漏油锈蚀、油温油位读数、开关刀闸状态等,部分巡视项实现了智能分析。

三、智慧变电站阶段(2018至今)

加快实现远方巡视和自动巡视,推进高清视频和智能巡视机器人联合自动巡视。实现电网设备运行状态的深度感知,提升设备运检智能化信息化水平,提高运检效率和设备运行可靠性。

智慧变电站技术是在智能变电站技术基础上的不断创新和变革,其融合了人工智能、物联网等新技术,对变电站环境量、物理量、状态量、电气量进行全面采集,充分应用现代信息技术,体现本质安全、先进实用、面向一线、运检高效。状态全面感知、信息互联共享、人机友好交互、设备诊断高度智能、运检效率大幅提升的智慧变电站试点建设,将有效支撑电网公司“电力物联网”的推广。

2019年底以来,国网和南网针对智慧变电站发布了多份政策文件。国网设备部分别在201912月和20201月发布了《国网设备部关于开展特高压换流站远程智能巡视系统建设工作的通知》(设备直流〔2019103 号)和《国网设备部关于印发特高压交流变电站远程智能巡视系统建设方案的通知》(设备变电〔20203号),有效指导特高压换流站/交流变电站的远程智能巡视系统建设。南网方面,也颁布了《新一代智能变电站推广应用手册(试行)-智能巡视分册》、《新一代智能变电站推广应用手册(试行)-智能操作分册》、《新一代智能变电站推广应用手册(试行)-智能安全分册》,为后续的业务应用及站内智能分析提供了方向。

鼎信智慧变电站辅助设备监控系统的设计和开发,起源于2010年电网首批智能变电站建设试点项目——浙江金华500kV芝堰变。近十年来,鼎信智慧积极参与电网公司的标准规范编制,详细解读电网公司的政策文件,紧密跟进各级电网公司的试点项目,是电网公司变电站智能辅助监控系统的重要解决方案提供商。我们愿以工匠精神,守正创新,为坚强智能电网贡献力量。

应用架构

结合智慧变电站的实际需求及系统架构规划,智慧变电站辅助设备全面监控系统需要整合多个管理子系统,以前端感知设备为基础,为多个“信息孤岛”提供协同合作的统一平台,建立一套高集成、高智能化的管理机制,满足统一的配置管理、数据共享、功能联动和业务优化等系统需求。

智慧变电站辅助设备全面监控系统是智慧变电站运维服务整体应用架构的综合体现,旨在以视频为核心的物联网技术,对设备巡视监测、设备状态复核、现场环境管理、进站人员管理等应用提供保障,为用户提供一站式智慧变电站运维服务,助力“安全生产、提质增效”。

程巡视

运维人员进行现场巡视,对运行设备进行感观的简单的定性判断,主要通过看、闻、听、测、查等感官去实现的。现场巡视受人员的生理、心理素质、责任心、外部工作环境、工作经验、技能技术水平的影响较大,存在漏巡、缺陷漏发现的可能性。

设备远程巡视应用主要根据变电站巡视规程,配置巡视类型,结合视频能力对站内的电气设备按计划进行人工以及智能巡视。人工巡视是指人工按顺序对电气设备下的巡视点位通过人工抓图、录像、巡视记录等方式进行巡视。智能巡视是指进行自动抓图并对配有智能分析项的进行智能分析,终人工进行确认的一套流程。

设备在线测温

采用红外在线测温方式,能够实现设备全屏测温、自动巡视、异常报警、温度分析、专家诊断等功能,提高运行人员对设备缺陷识别能力和预见性。温度预警后,运维人员能及时采取相应的措施,用减少负荷或改变系统运行方式等手段,确保设备运行的安全。

采用红外在线测温方式,除了保障设备健康运行,也为设备预测性检修提供了科学依据,提高了工作效率,减少了停电时间,从而增加了设备可用率,为电网安全乃至社会稳定提供了技术保障。同时,减少了人员到现场巡视次数,提高运维人员工作效率,适应智能变电站的发展需求。

设备在线听诊

声音是一种机械波由振动向传声介质辐射能量,与振动和形变引起的信号分析方法相同,声信号蕴含着大量的振动信息,是分析设备运行状态一项重要指标。设备在正常运行时,机身与固件,零件之间,零件本身的相互运动状态发生变化时,设备就会发出声音,运行状态生变化时声音也随之变。

声音信号的检测传播不受电场和磁场的干扰,监控过程不影响设备的正常运行。目前分析的音频主要使用频率20Hz-20KHz的可听声,理论上能够分析运行设备的故障类型以及声信号的物理特征。

基于声学特征量的设备故障诊断技术,是一种新型的检测方法,与专家进行诊断的原理十分近似。运用大数据采集和人工神经网络,对声音信号特征进行数字化管理,集合各种声音特征的信息库,结合专家诊断的技术,对设备声音进行分析并和缺陷库进行比对,将声音用于设备的诊断技术变为可行。

可视生产复核

平台通过通信服务器与SCADA事务服务器(调度自动化系统)、顺控主机(一键顺控系统),可视生产复核分为遥控操作视频复核、设备跳闸视频复核。

设备远控视频复核

倒闸操作是针对间隔进行状态切换,间隔状态由运行到备用,或从备用到运行。目前远方遥控操作已替代了就地操作。

220kV场地一个线路间隔为例,主要包括母线侧隔离开关(俗称母线刀闸,分正母刀闸、付母刀闸)、断路器(俗称开关)、线路侧隔离开关(俗称线路刀闸)等带电设备。

设备跳闸视频复核

当某条线路出现故障时,开关跳闸由合位到分位,故障信息通过事件报文上送至生产系统(EMS系统/SCADA系统),系统自动弹出故障设备的所有图像信息以及该设备所在区域的工业环境信息,便于对故障现象进行全面分析和掌握。

设备跳闸遥信变位后,除了采用人工视频验证方式实现复核,还可采用智能分析方式进行辅助确认。

一键顺控辅助

一键顺控操作和传统人工倒闸操作相比较,除了节约操作人时,还能节省交通成本、降低交通风险,目前各地电网公司都在推广。一键顺控服务将输出图像智能分析结果信号作为一键顺控操作的辅助判据,基于可视生产复核而优于可视生产复核。

顺控主机下发刀闸遥控预置信令经正向隔离装置传送至管理服务器,管理服务器自动调取刀闸对应监控点并联动预置位,当管理服务器接收到刀闸遥信变位信号时,抓图推送给智能分析设备启动图像智能分析,管理服务器以软报文形式经通信服务器输出刀闸分合闸状态信号至顺控主机。当双位置遥信变位信号和图像分析结果信号状态一致时,完成分合闸位置“双确认”,一键顺控流程自动向下执行。

在中心执行一键顺控时,调度自动化系统下发顺控预置信令经正向隔离装置经III区的SCADA事项服务器传送至管理服务器,管理服务器自动调取刀闸对应监控点并联动预置位,当管理服务器接收到刀闸遥信变位信号时,抓图推送给智能分析设备启动图像智能分析,管理服务器以软报文形式经通信服务器输出刀闸分合闸状态信号至SCADA事项服务器,SCADA事项服务器经反向隔离装置输出刀闸分合闸状态信号至调度自动化系统。当双位置遥信变位信号和图像分析结果信号状态一致时,完成分合闸位置“双确认”,一键顺控流程自动向下执行。

该功能适用于变电站运维站集控中心,为了对变电站设备的运行情况进行综合分析,就需汇聚该设备的所有已集采数据。以AR设备为载体,在AR全景画面上,可以添加各类数据,包括可见光图像、热成像图像及温度数据、第三方及自身采集的运行工况数据。这些数据通过设备标签进行关联,当点击画面上的设备标签,弹出对应设备的关联监控数据。当结构化监测数据出现异常时,在画面中的数据显示也会通过红色进行告警。

 大数据看板

基于大数据看板,对变电站的巡检任务、温度态势、环境数据、事件报警等进行统计展示。

变电站实现了场景物联,部署有智能摄像机、红外热成像、人脸识别一体机及各类非视频传感器。

视频监控类设备具备智能感知功能,能够在设备端实现安全帽检测、防误跑间隔检测、吸烟检测,并通过外接音柱报警或内置声光报警,提醒现场人员及时停止违章行为。人脸识别一体机具备人脸比对功能,比对成功能够联动开门。

非视频传感器主要实现数据采集功能,依托动环监控报警主机,实现触发报警、阀值越限报警,除了联动打开对应的摄像机画面、切换预置位、抓拍、录像,还能联动对应的智能设备启动,调节站内运行环境,确保电气设备稳定运行。在突发情况下,即使与调控中心通讯中断,也能实现站内的边缘智理。

前端系统

前端系统主要由视频监控系统、在线监测系统、一键顺控辅助系统、环境监控报警系统、消防报警系统、门禁可视对讲系统等组成,实现对变电站现场图像、视频、音频及各种环境信息采集、处理等功能,通过站端平台进行统一接入、集中监控、信息汇聚、系统联动,通过电力综合数据网实现数据上送。

视频监控系统由可见光监控子系统按、轨道机监控子系统按、热成像监控子系统、智能分析设备、硬盘录像机按需组成,智能分析设备将实现设备状态分析、人员行为分析、环境状态分析,视频信息将被存储到硬盘录像机。

在线监测系统由在线测温子系统和在线听诊子系统组成,温度、音频信息将被存储到硬盘录像机。

一键顺控辅助系统通过软报文方式把分析结果反馈至顺控主机。

环境监控报警系统由环境监测子系统、智能控制子系统、安全防范子系统等组成,动环监控报警主机通过IO\4-20mA\RS485接入这些子系统,实现环境数据采集、报警信号输入、控制信号输出。

消防报警系统的核心是用户信息传输装置,能够实现不同消防报警主机的协议统一转换及远传中心。

门禁可视对讲系统由人脸识别一体机、灵性锁组成,实现变电站大门、主要设备间的人员出入管控,由人脸识别、中心遥控、钥匙等方式开启。当进入人员不在预设人脸库中,可通过人脸识别一体机内置的可视对讲功能呼叫调控中心远程开门。当出现异常情况时,还可通过钥匙开门。

系统介绍

运维人员进行现场巡视,对运行设备进行感观的简单的定性判断,主要通过看、闻、听、测、查等感官去实现的。为了减少路程时间的浪费,实现在线监测就很有必要,因此部署了在线测温和在线听诊子系统。

在线测温子系统

变电站采用在线式红外热成像后,可以实时自动巡视运行设备的温度情况并按预先设定的预警值发出声音报警信号,及时把报警信号上传至调控中心,从而使值班人员“早发现、早处理”,用减少负荷或改变系统运行方式等手段,确保设备运行的安全,提高运行人员对设备缺陷的识别能力和预见性。

站端平台通过NVR(和视频监控系统复用)接入红外热成像,可对现场运行设备进行实时测温、管理监测,真正实现温度结构化、设备网络化、预警智能化。

热成像云台

热成像云台支持左右旋转、上下转动,从而使红外热成像可以监测不同的区域,获得不同监控目标的图像和温度。相较于热成像球机,热成像云台有更大的上仰角,安装在低位就可对高位设备进行测温,比如主变套管、刀闸和管母的合闸处,安装在低位更便于维护。

对于电缆层等空间狭小区域,采用轨道机搭载热成像云台。考虑到轨道机的承载,我们选用了双光谱MINI云台,热成像图像尺寸640*512,可见光选用20032倍白光摄像机。

热成像卡片机

在变电站的开关室内,有很多高压开关柜,都需要进行测温。开关触头由于在柜内,为了实现更测温,需要在柜内部署小型热成像。方案采用的热成像卡片机小成像距离 0.1m,视场角:90°× 66.4°,适用于柜内狭小空间安装。

在线听诊子系统

系统在现场分布式部署AI拾音器、平台集中化管理。考虑到现场环境复杂,现场部署了高保真拾音器,采用数字降噪处理、防水防风噪设计;AI拾音器自身能够实现分贝、频谱越限报警,采集的音频信息存储在NVR。站端平台通过NVR接入AI拾音器,可对现场运行设备进行实时监听、管理监测,真正实现音频结构化、设备网络化、预警智能化。 

在线听诊子系统,经过长时间的数据学习和分类,才能将正常的声音,自然界的声音和异常的声音较为完善的进行区分。阶段,对设备进行远程监听,并实现设备异响的分贝、频率越限报警,同时进行素材采集;第二阶段,利用前期采集的素材,通过深度学习技术,训练出各类故障的音频检测模型,进行项目应用及验证,并在应用过程中进行算法迭代。

系统可采用集群对比分析方案:通过同台主变不同方向同步呈现的频谱曲线,能够发现该变压器的异常;通过多台同型号变压器同步呈现的频谱曲线,能够发现某台变压器的异常。

环境监控报警系统

系统介绍

环境监测、智能控制、安全防范等子系统部署在变电站内,但各系统独立运行,无法发挥系统功能,同时也给维护和管理带来了不便。为了实现多系统的综合监控、集中管理,急需对各子系统进行集成。

动环监控报警主机是智慧变电站辅助设备全面监控系统的核心设备,通过IO\4-20mA\RS485接入环境监测、智能控制、安全防范等子系统,实现环境信息、报警信息实时处理、传输、存储等功能。


门禁可视对讲系统

系统介绍

传统的出入口管制,都是通过物防(钥匙)的方式进行管理,不但需要携带大量钥匙(钥匙一一对应)、权限无法区分(有钥匙就可进入),而且存在不确定的人为因素(监守自盗)、突发情况下的不便性(没钥匙无法进入)。

门禁可视对讲系统采用人脸识别一体机,给出入口带来了全新的管理模式。本方案中的门禁子系统有别于传统系统,集人脸识别技术和现代安全管理措施为一体,大大提高无人场所的实时监控能力和出入权限的管理能力。

系统组成

系统主要由人脸识别一体机、安全模块、灵性锁和门禁电源等组成,通过安装在站室门口,从而实现对出入口的控制。

人脸识别一体机

人脸识别一体机是一款高性能、高可靠性的人脸识别类产品,依托深度学习算法,识别速度快、准确率更高,支持人脸识别(1N)、指纹、IC卡多种验证方式,门禁管理系统通过人脸识别一体机辩识人脸信息,使得只有经过授权的人脸信息才能进入受控的区域门组。

由于人脸库采用定期更新的方式,可能出现新维护人员数据没有被及时更新的问题,当出现该情况后,现场可采用内置的可视对讲功能,呼叫调控中心。现场人员出示工作票及工作证,中心人员身份核实后,远程遥控开启门禁。

安全模块

一体机模式下,为了确保设备被恶意破坏的情况下,门不被打开,需在室内部署安全模块,把一体机485信号转成I/O输出给电锁实现开门。

灵性锁

门禁系统中锁门的执行部件,本方案采用了灵性锁,该设备采用先进的磁感应技术和机电智控技术于一体,除了通过门禁控制器断电来实现开门,还支持手动旋钮上/开锁、机械钥匙上/开锁。设备自带门磁功能,支持锁状态反馈输出。配置原则

本方案中关键出入口(变电站、主控楼、主控室、继保室、通信室、开关室等)都会部署一台人脸识别一体机、一个安全模块、一把灵性锁,并根据需求匹配电源。

网络系统

整个前端系统以网络为主要传输通道,统一采用TCP/IP协议,视频监控设备、在线监测设备、动环监控报警主机、用户信息传输装置、人脸识别一体机等统一接入网络交换机,采用通用型的二层网络交换机即可。

调控中心

智慧变电站辅助设备全面监控系统中,地市调控中心建设内容包括服务器、平台管理软件、工作站(运维站、调控中心)、视频解码拼控部分、大屏显示部分等。系统拓扑图如下所示:

地市调控中心是整个系统的核心,实现视频图像资源的汇聚、结构化数据分析与展示,并对视频图像资源进行统一管理和调度。其中,视频综合平台完成视频解码上墙和图像的拼接控制,通过高清大屏对高清视频、可视化数据进行精彩展现,服务器部署智慧变电站辅助设备综合监控平台,工作站(运维站、调控中心)实现坐席监控。

同时地市调控中心还需保障系统来支撑平台业务,为保障前端系统的监控质量,中心需具备完善的机房基础保障和先进的网络设备、丰富的网络带宽和光纤资源;为保障中心系统的网络安全,应在中心系统与前端系统之间配置防火墙,通过定义安全策略来实现网络安全。

现阶段实际项目,用户都单独招平台及配套服务器,其他设备另行招标。

平台软件

智慧变电站辅助设备综合监控平台Infovision iSubstation-Center是一套“集成化”、“智能化”的平台,通过接入视频监控、门禁管理、报警检测、设备远程巡视、生产复核、设备温度监控等系统的设备,获取边缘节点数据,实现安防信息化集成与联动。智慧变电站辅助设备综合监控平台基于“统一软件技术架构”先进理念设计,采用业务组件化技术,满足平台在业务上的弹性扩展。该平台适用于全行业通用综合安防业务,对各系统资源进行了整合和集中管理,实现统一部署、统一配置、统一管理和统一调度。

智慧变电站辅助设备综合监控平台采用组件架构,每个组件承担不同能力,从能力上分为共性业务组件、通用服务组件、基础环境组件。在通用服务组件之上,包括安防业务组件和智慧业务组件,业务组件依赖通用服务组件及基础环境组件的能力。


深圳市鼎信智慧科技有限公司推出的输配电线路在线监测,分布式故障定位,电缆在线监测设备在南网、国网得到广泛应用,取得了良好的使用效果。

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