變電站建筑物及設施監(jiān)控方案設計

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摘要:變電站主要由建筑物、一次設備、二次設備、輔助系統(tǒng)組成。其中一次設備、二次設備均已有成熟的市場及穩(wěn)定的產(chǎn)品。包括存量變電站及新建變電站，其一二次設備經(jīng)過綜合改造及更新迭代，已處于自動化程度較高的狀態(tài)，基本都實現(xiàn)了無人值班的功能需求。而建筑物與輔助系統(tǒng)，至今為止，仍停留在“非智能”的時代，需依靠運維人員的巡視檢查才能發(fā)現(xiàn)和處理問題，不能及時對建筑物和輔助系統(tǒng)進行監(jiān)測和控制。從各個角度來分析如何構建一套穩(wěn)定有效的系統(tǒng)，加強對變電站的建筑物及輔助系統(tǒng)的監(jiān)控，從而提高運維效率。

關鍵詞:變電站;建筑物;輔助;系統(tǒng);監(jiān)控;方案

1變電站基本概況

目前的變電站基本都屬于無人值班運作的模式。相比較以前的變電站有人值班管理模式，極大地節(jié)約了人力成本，提高了安全運行水平。如1個110kV變電站，有人值班模式需配置4～6名值班人員，無人值班模式只需要配置約1名運維人員。無人值班模式的實現(xiàn)，主要依托于電子及數(shù)字處理技術的飛速發(fā)展，研發(fā)了各種各樣的自動化監(jiān)控系統(tǒng)，將變電站的一二次設備的狀態(tài)工況，集中采集起來，通過網(wǎng)絡通道，傳達至1個區(qū)域的監(jiān)控中心，集中監(jiān)視及控制。而1個監(jiān)控中心只需在崗2～3名人員進行值班，即可監(jiān)控上百個甚至更多的變電站，人均效率的提升不言而喻。對于一二次主設備而言，已經(jīng)有了比較完備的自動化監(jiān)控系統(tǒng)。而對于建筑物及其他輔助系統(tǒng)，目前并沒有較為完整及可靠成熟的系統(tǒng)。如何設計一套可靠穩(wěn)定且性價比較高的系統(tǒng)呢?就需要分析變電站的哪些方面需要納入監(jiān)測控制，采用什么樣的布局方案，才能獲得較好的效果和付出較低的成本。在變電站的運行中，常見的且由建筑物或輔助系統(tǒng)引起的問題有:建筑物滲漏水造成泡水或濕度升高、設備箱體進水造成泡水或濕度升高長期腐蝕設備、長期大雨造成設備室特別是高壓室電纜溝泡水危及設備安全、空調故障停運造成二次設備運行溫度過高、散熱風機故障停運造成一次設備運行溫度過高、消防管網(wǎng)因漏水無法維持有效壓力、消防水池因漏水無法保證水池水位、SF6氣體泄漏造成室內SF6氣體濃度含量增高等。實際運行工作經(jīng)驗中，有需要進行遙控的輔助設施有:遠程開門禁、空調因故斷電后遙控開啟、室內散熱風機啟動和停止、照明回路的遠程控制等。根據(jù)以上的問題導向及需求分析，發(fā)現(xiàn)建筑物及輔助設施的監(jiān)控系統(tǒng)所面對的監(jiān)控對象類型多種多樣，分布零散，物理空間上的分布極其無規(guī)律。任何監(jiān)控系統(tǒng)的組成，大致都分為數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)初步處理子站、遠程中央數(shù)據(jù)及命令處理服務器這三大部分。1個變電站內部署多個數(shù)據(jù)采集終端和一個子站;服務器應部署在區(qū)域內的數(shù)據(jù)中心機房，集中管理多個變電站的子站數(shù)據(jù)和命令;整套系統(tǒng)類似于一二次主設備的調度自動化系統(tǒng)。根據(jù)上述分析，建筑物及輔助設施監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式的選擇，成為了整個系統(tǒng)方案設計的核心，其將決定系統(tǒng)的可靠性及實施成本。另外，根據(jù)國家及電網(wǎng)公司對網(wǎng)絡安全管理的要求，電網(wǎng)系統(tǒng)內的信息系統(tǒng)建設，應與互聯(lián)網(wǎng)有較高的安全隔離防范要求，數(shù)據(jù)傳輸應盡量采用電網(wǎng)系統(tǒng)內的現(xiàn)有資源，確保系統(tǒng)安全和數(shù)據(jù)安全，不應考慮采用互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)姆绞竭M行數(shù)據(jù)傳輸方案設計。

2在數(shù)據(jù)采集終端與子站之間的數(shù)據(jù)通信可選擇的方案

2．1數(shù)據(jù)終端與子站之間布設數(shù)據(jù)線纜

每個數(shù)據(jù)終端與子站之間布設數(shù)據(jù)線纜，數(shù)據(jù)采集終端的工作電源可就地尋找電源接入或統(tǒng)一敷設線纜供電，市電220V供電。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定性高，傳輸帶寬高，安全性好，但最大的缺點是在全站幾十個甚至上百個以上的數(shù)據(jù)終端至子站之間敷設線路，成本高昂，施工難度極高。

2．2電力載波技術傳輸數(shù)據(jù)

在數(shù)據(jù)采集終端與子站處分別安裝電力載波模塊單元，經(jīng)站內220V配電線路進行高頻載波通信，其優(yōu)點是不需重新布線，施工難度小，帶寬高。缺點就是穩(wěn)定性稍差，原因是變電站內的220V布線拓撲結構本來就復雜，載波數(shù)據(jù)終端單元多了之后，相互干擾變強，傳輸可靠性難以保證，調試糾錯比較困難，載波模塊單價較高。

2．3藍牙傳輸

藍牙為高頻傳輸技術，其傳輸特征是帶寬較高，功耗小，但其覆蓋范圍非常有限，根本滿足不了1個變電站內的傳輸需求。2．4WIFI傳輸WIFI是一種比較成熟的高頻傳輸技術，布點靈活，傳輸帶寬高，但其覆蓋范圍依然是比較有限。雖然可以通過橋接組網(wǎng)的方式布設多個AP熱點進行整個變電站的無線信號覆蓋，但此種拓撲布網(wǎng)方式下信號穩(wěn)定性、布設施工難度、調試復雜度、布設成本都不理想。

2．5Lora傳輸

Lora是一種相對新型的中頻433MHz通信技術，主要用在傳輸帶寬要求低，覆蓋范圍要求廣，通信要求穩(wěn)定的場景，其主要是應用在物聯(lián)網(wǎng)領域。1個Lora基站即可確保覆蓋整個變電站的通信范圍，且單個終端通信模塊的價格及基站的價格也在較為合理的區(qū)間，成本不高容易實施。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，Lora傳輸符合了變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征:傳輸數(shù)據(jù)量少、覆蓋范圍廣、通信穩(wěn)定等，是本系統(tǒng)的理想傳輸方式。

3在子站與服務器之間的數(shù)據(jù)通信可選擇的方案

3．1互聯(lián)網(wǎng)通信根據(jù)之前所述，因數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡安全的要求，不可取。

3．2系統(tǒng)內綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)通信

綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)內所承載的的業(yè)務類型多種多樣，有OA辦公通信，遙視系統(tǒng)等等，若本單位的業(yè)務管理允許，是一種便捷的可選的通信方式，只需要做通信策略上的配置即可，成本低，實施方便。

3．3系統(tǒng)內業(yè)務專線通信

申請專用的業(yè)務專線進行通信，1個子站1條專線至服務器，只需要在專線兩側增加通信協(xié)議轉換器，再配置相應通信策略即可，也是一種可選的方式。只是在子站數(shù)量多了之后，通道也多了，管理起來稍顯繁雜一些。

3．4系統(tǒng)內業(yè)務VPN專網(wǎng)通信

在系統(tǒng)內已有的通信資源下，專門建立一個給輔助監(jiān)控系統(tǒng)使用的可覆蓋所有變電站的VPN專網(wǎng)，不需增加通信設施硬件，只需配置相應通信策略即可。其優(yōu)點是專用通信，安全性好，子站接入便捷，管理方便，在子站數(shù)量多的情況下，是一種理想的通信方式。子站至服務器的通信方式選擇，可根據(jù)自身所處的網(wǎng)絡環(huán)境及需求合理選擇。在數(shù)據(jù)終端、子站、服務器三大部分的通信方案確定之后，系統(tǒng)的骨架已經(jīng)搭建起來，需要詳細考慮的是數(shù)據(jù)采集終端的應用方式，以下就各種具體的應用場景進行舉例分析。3．4．1溫濕度監(jiān)測及加熱器控制在數(shù)據(jù)終端模塊上配置溫濕度傳感器接口以及常開繼電器接口，將溫濕度傳感器接入模塊，即可采集所需場景的溫濕度信息，最終傳輸至服務器進行綜合應用。若所在場景有加熱器，可在服務器配置策略，根據(jù)溫濕度條件，決定是否自動啟動場景內的加熱器，也可手動啟停。加熱器啟?？赏ㄟ^模塊繼電器接點介入控制，繼電器接點可遠程控制導通及斷開。

3．4．2空調監(jiān)控溫度傳感器感知出風口溫度，霍爾傳感器接入動力電源回路感知工作電流，紅外接收器感知空調的故障紅外燈狀態(tài)，遙控器接入模塊繼電器控制空調的啟停。通過以上傳感器信息可綜合判斷空調的運作狀態(tài)，控制啟停。傳感器均采用外掛方式，是為了不影像空調原來的使用控制方式。

3．4．3風機監(jiān)控霍爾傳感器接入動力電源回路感知工作電流，風機啟?？赏ㄟ^模塊繼電器接點介入控制原風機的接觸器，原風機無接觸器的增加1個控制接觸器。

3．4．4水浸監(jiān)測在容易泡水的地方安裝水位檢測傳感器，可安裝多個傳感器感知不同水位信息，即可對即時的水位區(qū)間有效判別，提前預控。

3．4．5照明監(jiān)控霍爾傳感器接入動力電源回路感知工作電流，照明啟?？赏ㄟ^模塊繼電器接點介入控制原照明的接觸器，原照明回路無接觸器的可增加1個控制接觸器，若照明回路容量較小也可以不增加接觸器直接用繼電器的接點進行痛斷控制。也可接入亮度傳感器，根據(jù)亮度進行自動控制。

4變電站建筑物及輔助設施監(jiān)控方案的應用

通過以上舉例，可以看出，只要數(shù)據(jù)采集終端模塊集成了數(shù)字接口、模擬接口、繼電器接口，就可接入相應的各種類型的傳感器，將數(shù)據(jù)通過傳感器采集，將控制命令經(jīng)過繼電器進行執(zhí)行，實現(xiàn)對被控對象的監(jiān)測與控制。采用不同的傳感器或者不同的傳感器組合，可實現(xiàn)多種多樣的應用場景的拓展。除以上列舉的:溫濕度傳感器、霍爾電流傳感器、紅外接收傳感器、亮度傳感器，變電站可以應用到的還包括:SF6氣體含量傳感器、氧氣含量傳感器、水壓傳感器、紅外感應傳感器、紅外無線測溫探頭、激光傳感器、聲音分貝傳感器等。再借助遙控器、接觸器、繼電器的使用，可實現(xiàn)遠程控制的功能。

5結語

構建一套穩(wěn)定可靠的變電站建筑物及輔助設施監(jiān)控系統(tǒng)，關鍵在于數(shù)據(jù)傳輸方式的選擇以及數(shù)據(jù)感知類型的挖掘及組合。設計得當，才能在保證效果的前提下，將實施成本有效控制。

參考文獻:

［1］趙宏飛，姜寧，馬宏忠，等．變電站內噪聲研究及控制系統(tǒng)設計［J］．電網(wǎng)與清潔能源，2015(10)．

［2］梁晴，王碧波．變電站電氣一次設備安裝及質量控制探討［J］．電子測試，2018(22)．

作者：王永宏 梁柏強 劉瀚林 單位：廣東電網(wǎng)有限責任公司