25.变电站智能辅助系统 环境数据处理单元

一、概述辅助智能化系统作为智能变电站的重要支撑部分，它承担着为变电站日常安全、可靠运维保驾护航的重任。系统主要包括视频监控子系统、环境监测子系统、消防告警子系统、动力监测子系统、门禁子系统和控制子系统等相关辅助子系统。建成的系统充分体现了系统之间的信息共享和信息互动，并对相关环节实现了智能化管理，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。功能分析实现对变电站区域内场景情况的远程监视；通过合理设置摄像机的位置，系统能清晰监视户内、户外各场地环境，包括出入口、道路、设备区。能清晰监视户内外设备，如主变压器、各类高压电器断路器以及隔离开关等重要设备的外观状态，主闸刀的分合状态，线路及设备的接地情况以及操作人员的操作情况等。对全站主要电气设备、关键设备安装地点以及周围环境进行全天候的状态监视，以满足电力系统安全生产所需的监视设备关键部位的要求，同时，该系统可满足变电站安全警卫的要求。以网络通信（IEC61850协议）为核心，完成站端音视频、环境数据、安全警卫信息、火灾报警信息的采集和监控，并将以上信息远传到监控中心或调度中心。采用智能视频分析技术，从而完成对现场特定监视对象的状态分析，并可以把分析的结果（标准信息、图片或视频图像）上送到统一信息平台；通过划定警戒区域，配合安防装置，完成对各种非法入侵和越界行为的警戒和告警；通过和站内自动化系统、其他辅助子系统的通讯，应能实现用户自定义的设备联动，包括现场设备操作联动，火灾消防、门禁、SF6监测、环境监测、报警等相关设备联动。并可以根据变电站现场需求，完成自动的闭环控制和告警，如自动启动/关闭空调、自动启动/关闭风机、自动启动/关闭排水系统等。能监视各主要室内环境（二次设备室、高压室、低压室、通信室、站用变室等）的情况；监视站内主变、110kV设备区、35kV/20kV/10kV/6kV设备区等重要设备的外观运行状态。满足大范围、远近距离监视的要求。对变电站站内关键部位进行防火、防盗自动监控，可进行周界、室内、门禁的报警安全布控，如变电站围墙、变电站大门、控制楼大门等；变电站现场的图像信息可供安监、保卫等其他部门利用；变电站的图像信息应能经通信网络实时上传上级调度和管理部门。能实时、清晰地显示图像，有摄像机的安装地点提示。远程监控终端可以根据不同的时间段，采用不同的监控模式，时间段用户可以设置。系统主要设备（或主要功能单元）应具备远方启动、复位功能。系统设备应具备不间断电源，根据变电所直流系统提供直流220V或110V或48V的接口。电源应具有防雷防过电压保护器。系统提供远程访问功能：维护人员不必到达设备现场，就可修改设备的各项参数，提高了设备的维护效率。同时，管理员可远程增加、删除和修改用户、监控地点以及用户的控制权限等信息。当这些信息修改之后，管理员不用对客户端进行维护，用户只要再重新登录系统一次，即可得到管理员重新分配的信息，减轻管理人员的软件维护工作量。淄博福益电气有限公司二、系统方案设计2.1系统组成根据项目的要求及需求分析，我们将智能辅助控制系统仔细的划分为6个子系统，智能辅助控制系统包含子系统如下图示。系统建设将以辅助控制系统为核心，实现各子系统间的信息共享，从而实现辅助子系统之间的互动，以及辅助系统与一体化信息平台之间的互动。系统主要包括视频监控子系统、环境监测子系统、消防告警子系统、动力监测子系统、门禁子系统和控制子系统等相关辅助子系统。2.1.1视频监控子系统数字视频、音频以其直观性、易存储、易检索和便于共享，成为网络视频监控系统的重要组成部分，得到了企业的广泛应用。随着无人值守变电站管理模式的推广，变电站巡检制度的建立，在巡检中心、集控中心（集控站）等相关部门通过现有的电力通信网对所属变电站实现远程实时图像监控、远程故障和意外情况告警接收处理，可提高变电站运行和维护的淄博福益电气有限公司安全性和可靠性，并可逐步实现电网的可视化监控和调度，使电网运行更为安全、可靠。在电力系统，这种监控系统也被称为“遥视系统”。系统实现了无人值守视频监控领域的全数字化、网络化和集成化，系统通过摄像机采集现场图像，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、分中心，在控制中心只需要利用计算机键盘和鼠标的简单操作，就能实现对现场设备的实时监视与控制，并且能很好的与系统中其它应用接口与兼容。在视频监控中采用图像的智能分析技术，从而完成对现场特定监视对象的状态分析，并把分析的结果返回给监控中心，如：进入警戒区域、物体移动等等。DVR是电力行业远程图像监控系统中的核心设备，它采集各监控对象的视频图像及背景声音，经过编码压缩后上传至监控中心。在需要的时候，用户可以通过视频监控子系统来操作前端的视频摄像头，如视频监控子系统中获取到些告警信息如：非法闯入等等，子系统会将告警信息传输给智能辅助控制系统，由智能辅助控制系统去联动控制子系统或门禁子系统等等。2.1.2环境监测子系统能对站内的温度、湿度、风力、水浸、SF6浓度等环境信息进行实时采集、处理和上传，采集周期小于5秒；环境信息数据的变化上传智能辅助控制系统、一体化平台，阀值可设；环境信息历史数据应能至少保存一个月，存储周期为10秒至10分钟可调。能对站内的环境量信息(如温度，湿度，水浸，SF6浓度等环境量)进行实时采集、处理和上传。可设置不同级别的环境量告警信息，支持多种告警级别。支持各个环境监测地点名称OSD叠加和环境量信息以OSD方式实时叠加在视频上，如可以将温湿度的值叠加在视频上，可以直观的看到温湿度的值变化，当温湿度的值超过某一报警限时，可以显示报警级别。通过视频就可以清楚知道站内各个点的环境量信息。环境量超限报警联动，当环境量超过报警限值时，根据设置好的联动预案，会自动联动相关摄像头的预置点，并进行告警录像。一个环境量支持联动多路视频，即当一个环境量超限报警时，可以同时联动多个摄像机，从不同角度不同方位将现场的信息传到监控中心。环境监测子系统包括温度采集、湿度采集、水浸采集、风力采集、SF6气体采集等，温湿度、水浸、风力大小、SF6气体采样分别通过圣博以太网数据采集器将数据传送至智能辅助控制系统，智能辅助控制系统可以协调视频监控子系统将实时环境数据监通过OSD叠加到视频上，越限可以联动声光报警、短信报警、启动相应子系统（温湿度关联空调系统、水浸关联给排水系统）等预案，同时将数据转发上传至统一信息平台。2.1.3消防告警子系统系统通过由消防设备提供的通信数据、干接点信号或者区域性的有源信号，采用协议转换模块、数据采集模块，协议网关等专业设备将消防设备的报警信息或干接点变化信号通过圣博以太网数据采集器送消防告警子系统，实时监测每个区域的火灾情况。消防设备一旦发生报警（火灾、设备故障等），报警信号通过圣博以太网数据采集器实时传送到消防告警子系统，消防告警子系统立即发出警报信号：以声音报警、文字提示、电子地图和弹出实时图像等多种形式报出警情，同时智能实时报警系统向预先设定的小灵通手机或移动手机发送告警短信信息；向预先设定的固定电话自动播放告警语音等。同时把信号上传至智能辅助控制系统。视频监控子系统通过智能辅助控制系统接收到火警信息后，相应采取一系列措施，如调用相应预置位、视频监控子系统中弹出视频窗口、自淄博福益电气有限公司动巡航相关区域等，并把火警信号转发上传至统一信息平台。消防告警子系统以文字方式显示报警事故的时间、地点和报警状态，警情处理解除后，报警纪录以历史记录的方式存在系统的数据服务器中。同时系统具有报警查询、数据导入导出、权限管理等功能。2.1.4动力监测子系统机房动力监控系统的目的是为了保障中心机房系统的正常运行，机房动力监控系统实时监测机房的各项指标，遇到机房停电、电源故障等紧急意外情况，机房动力监控系统能够及时记录、查询和自动快速报警。UPS监控：将UPS控制板连接到厂家提供的通讯控制器上，通讯控制器再通过协议转换器将RS485/232信号或转换成TCP/IP信号，通过圣博以太网数据采集器将数据传送上来，进行远程UPS监控。并可通过UPS自带开放协议，监测蓄电池的电压、电流、表面温度，电池的充放电等等，对蓄电池进行全面的监控。配电监测：通过圣博以太网数据采集器可对配电柜的交流屏的三项电压、电流，直流屏的电压、电流进行采集监控，当电压或电流出现异常时，第一时间将告警信息传输到智能辅助系统中，由智能辅助系统自动进行相应的联动，如调用视频监控子系统，将监控画面进行联动、通过控制子系统，启用备用预案等等。支持各个动力监测地点名称OSD叠加和数据量信息以OSD方式实时叠加在视频上，如可以将直流电压的值叠加在监控此配电柜的视频上，可以直观的看到直流电压的值变化，当直流电压出现异常时，可以显示报警级别。通过视频就可以清楚知道站内各个点的动力数据量信息。2.1.5门禁子系统门禁系统作为一种新型现代化安全管理系统，集自动识别技术和现代安全管理措施为一体。而网络化门禁系统的应用将大大提高智能变电站的实时监控能力、出入权限管理能力、数据自动存储能力，以及问题的分析水平，助力变电站降低运维成本、提高运维效率。通过门禁监控主机对各通道口的通行对象及通行时间等，进行实时控制或设定程序控制。系统自动识别智能卡上的身份信息和门禁权限信息，持卡人只有在规定的时间和在有权限的门禁点刷卡后，门禁点才能自动开门放行；当忘记关门时，还能发出报警信号。当有人刷卡时，相应信号上送至视频监控子系统，通过联动视频录像的可视化管理，进一步加强对出入的管理。门禁子系统通过智能接口机和视频监控子系统以及其它子系统通信，从而实现门禁子系统与视频监控子系统之间的互动。监控中心能对变电站的门禁系统进行控制，并在监控主站上进行授权、显示、控制。2.1.6控制子系统控制子系统（照明系统、空调系统、给排水系统）根据事件（如入侵报警、消防报警、温湿度报警、水浸报警）自动对站内设备进行开启和关闭操作，用户也可在统一信息平台及智能辅助控制系统中控制设备的开启和关闭。支持本地/远程控制空调、排风扇、抽水泵的启动和关闭。2.2系统功能2.2.1视频监控将变电站的视频数据和监控数据由变电站前端的设备、视频服务器采集编码，并将编码后的数据通过网络传输到监控中心，监控中心接收编码后的视频数据和监控数据,进行监控、存储、管理。视频监控子系统的实施为实现变电站的无人值守，从而为推动电力网的管理逐步向自动化、综合化、集中化、智能化方向发展提供有力的技术保障。再者通过视频监视可以实时了解变电站内设备的信息，确定主变运行状态，以及断路器、隔离开关、接地刀闸等淄博福益电气有限公司的分/合闸状态，确定刀闸接触情况是否良好。视频监视的范围还包括变电站户外设备场地和主要设备间（包括主控室、高压室、安全工具室等），基于此，监控中心能了解监控场地内的一切情况。建立巡检设备视频轮巡制，当巡检人员需要进行巡检时，只需在视频监控子体系统上进行远程智能巡检，系统就会自动切到巡检模式，通过高清的视频摄像头，通过原先设置好的巡检策略，一路一路的播放各个关键设备的画面，巡检人员通过画面中显示的状态或者是叠加在OSD上的环境信息或者状态信息来判断当前显示的设备是否显示正常，并且根据前端的采集单元，在只能巡检结束后，会自动生成一份详细的巡检报告，巡检人员只需要确认报告中的信息是否正确，点击确定后便会以电子档的模式保存。并且用过视频的智能分析系统，设定区域，只要有人进入区域就报警并联动相关的视频、灯光和录像，由主控室相关人员进行确认是否出现了非法接近电站和进入错误区域进行接地的情况，来进一步操作。视频监控系统的功能，主要体现在以下几个方面：通过图像监控、安防系统，保护无人值守变电站设备的安全。通过图像监控结合远程和本地人员操作经验的优势，避免误操作。通过图像监控、灯光联动、环境监测监视现场设备的运行状况，起到预警和保护作用。配合其他系统（如智能辅助控制系统中的控制子系统等）的工作。主要监控对象：变电站（所）内场区环境。主变压器外观及中性接地刀。对变电站（所）的户外断路器、隔离开关以及接地刀闸等地合分状态进行监控。对变电站（所）内的各主要设备间进行监视（包括大门、控制室、继保室、通讯室、高压室等）。2.2.2信息数据采集整个系统中的环境监测子系统、消防告警子系统、动力监测子系统都涉及到了信息数据的采集。变电站的稳定运行离不开站内设备的安全运行。由于变电站所处的地理位置（多为山区或远郊），自然条件因素如高温、雷雨、冰雪、台风天气等，导致设备的事故发生率特别高，同时设备周边的环境状况也对设备的运行有影响。监控人员若要全面地掌握变电站的运行状况，需实时对温度、湿度、风力、水浸等环境信息进行采集、处理和上传，生成曲线和报表，以方便开展实时监控、历史查询以及统计分析工作。通过视频监控结合消防报警、安全防范系统，可以对防火、防盗等情况进行实时监控，保护变电站人员、设备的安全。信息数据采集主要实现功能：环境温湿度采集功能环境中SF6气体含量检测功能环境中氧气含量检测功能可以接入烟雾传感器或火灾报警信号可以接入周介报警信号（如红外人体感应信号）可以接入UPS数据采集可以接入配电柜数据采集可以接入蓄电池数据采集主要监控采集对象：淄博福益电气有限公司机房动力监控机房环境监控火警告警监控中压、高压和超高压开关SF6气体监控2.2.3远程控制监控人员在监控中心通过客户端和浏览器可对变电站的任一摄像机进行控制，实现遥控云台的上/下/左/右和镜头的变倍/聚焦，并对摄像机的预置位和巡航进行设置控制；在电子地图上即可实现对门禁、照明、空调和给排水系统的开启控制。远程控制主要实现功能：可设置条件对空调进行控制，以实现降温、除湿、恒温等空制可设置条件对除湿机进行控制，以实现环境除湿功能可设置条件对风机进行控制，以实现换气、排风、降温等功能可设置条件对加热设备进行控制，以实现环境温度控制功能可设置条件对门禁设备控制，以实现各个关键出入口的控制功能用户可根据实际要求，增减相应采集和控制功能。也可根据客户要求增加其它信号的输入与设备的控制功能，支持设备扩展。2.2.4告警联动随着无人值守变电站治理模式的全面推广，在监控中心通过现有的电力通讯网对所属变电站实现远程实时视频监控、远程故障和意外情况告警接收处理，可进步变电站运行和维护的安全性及可靠性，并可逐步实现电网的可视化监控和调度，使电网运行更为安全、可靠。智能辅助控制系统，需要将远程的视频监控、报警治理、动环数据采集、门禁治理、综合联网、分布/集中存储等系统功能有机的结合起来，做到既可以远程的监视、远控和图像的传输，又具备动力环境的整体监控，并且具有通常联网报警网络的功能、门禁治理职员出进控制功能等，这些功能的完美结合能更加有效地预防事故发生、打击犯罪、保障财产安全，确保系统运行稳定，将变电站安全防范技术提升到新的水平，这已成为当前无人值守变电站发展的主要方向。智能辅助控制系统的各个子系统间可以相互进行关联：比如当安全防范、消防报警设备被触发时，有预置功能的摄像机能自动转到预置点，按需设置联动录像功能；同时，预设的报警能弹出窗口，并配合电子地图显示；当水浸监测到电缆沟高液位时，能自动启动给排水系统；当温湿度越限时，能自动启动空调系统。2.3系统特点监控系统采用B/S架构和C/S架构相结合，无需安装客户端便可远程监控浏览(通过IE浏览器)，监控就像上网一样简单方便；多样报警方式，满足用户的各种需求。现场报警时，报警可通过电脑音箱、短信自动通知、声光警号、电话自动通知进行报警；系统组网方式灵活，监控系统遵循国际标准的IEC61850协议，整个网络采用以太网网络结构，可以实现联网多级监控和管理，在现有的网络构架上无需再组建专网实现监控功能；维护方式：可在局域网或远程终端通过电脑进行配置、更改参数，提高运行维护的效率，节约大量的人力成本；监控系统的安全性高，稳定性强，嵌入式实时操作系统，软件固化在硬件里，不受任何病毒黑客的攻击，具备SSL体系安全身份验证，管理软件具有用户权限管理功能；淄博福益电气有限公司软件采用标准通用的XML语言结构，可集成门禁、空调、ups、电源、视频系统、消防系统、安防系统等标准协议设备。真正做到一体化操作平台；通用接口：主机提供的硬件接口支持所有标准的前端传感器和二次变送器；还支持标准的RS232/RS485(MODBUS)协议；主机的数据传输支持标准的TCP/IP协议，数据格式支持标准XML语言；视频监控录像可远程异地存取，多目录转发服务，多目录备份服务，当视频主机出现故障时，备份服务器可立即自动启动，实现双路备份，值班人员在发现有异常情况时，可立即录像在自己的电脑里进行回放调看。第三方接口：系统可以支持的第三方设备协议，提供灵活的第三方系统的客户端集成接口；系统提供标准的短信接口、电子邮件接口；第三方的XML数据格式接口；标准SQL关系数据库接口；便于用户网管系统的二次开发；自主软件和硬件：主机从设计到制造完全自主开发，成套软件(含：各种网关接口软件、协议解析软件、特殊功能模块等)完全自主开发，可以快速响应用户的特殊要求，并长期保障用户的系统投资；系统具有统一协议标准的信息交换平台，各个子系统专有的通讯协议通过统一的集成接口接入到集成信息平台，实现信息的相互共享和集成联动，并与一体化信息平台进行互交；系统与软件之间在管理信息上保持高度一致，如用户管理、权限管理、设备管理、告警日志、事件日志等等。三、设备选型3.1福益以太网数据采集器产品简介福益以太网数据采集器通过采集模拟量、开关量、串口等数据，实时监控现场的设备运行情况及环境状况。产品通过标准的以太网将设备数据远传至数据中心。使监控人员直接在监控机房通过上位机观察现场的数据并控制现场的设备。从而使现场的设备能够正常运行，避免异常情况的发生。典型应用：电信机房，设备机房，银行，文件管理室以及其他对环境状态有监控要求的单位或者部门。能耗检测,温度湿度检测，流量检测等其他需要进行数据采集的领域。产品特点：8路的模拟信号输入，信号类型电流/电压可选择。16路光电隔离IO开关信号输入。4路光隔离继电器输出，输出可以与模拟输入及IO编程连动。10/100M以太网硬堆栈芯片，高速稳定，完善的协议支持。双看门狗设计，保证系统安全可靠运行，不死机。2路232或者2路485透传功能可选，组网方便。产品采用标准的1U机箱，安装方便。内嵌高性能ARM处理器。保证整个系统的高效、实时运行。内置WEB服务端，仪表参数设置方便简洁。技术参数：供电电源DC12V最大功率<10W通讯方式TCP/IPAC220V淄博福益电气有限公司模拟量输入通道：8路信号类型：4~20mA或者0~5V采集精度0.2%开关量输入通道：16路光隔离开关信号信号类型：TTL电平或者干接点输入继电器输出通道：4路光隔离（常开常闭）输出触点容量：AC2201ADC482A2路RS232接口透传方式（可选择）2路RS455接口透传方式（可选择）工作环境温度：-20℃~70℃湿度：5%~85%设备尺寸（长*宽*高）482mm×221mm×44mm安装方式19英寸，1U标准机架安装设备重量少于2KG