SCHEILE“智慧電力”——各電壓等級變電站設計的智能化全面解決方案

SCHIELE“智慧變電站”系統(tǒng)是專為中國大陸各電壓等級變電站設計的智能化全面解決方案，該方案構建了一個統(tǒng)一的變電站安全防范管理、智能化管理和整體服務平臺。

中國大陸變電站的發(fā)展特點與歐洲和北美地區(qū)相比，變電站自動化程度雖然不低，但智能化管理水平不高，與無人值守變電站的要求存在距離。SCHIELE“智慧變電站”系統(tǒng)是一種高度智能化的變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)，應用的主要目的是人身安全、設備安全、環(huán)境安全、變電站現(xiàn)場的操作過程控制等，可根據(jù)需要，與既有變電站監(jiān)控系統(tǒng)進行對接。

目前多數(shù)變電站已經(jīng)建立外圍安全防范系統(tǒng)以及動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)等，但絕大多數(shù)變電站的智能化系統(tǒng)是由若干個可實現(xiàn)單項功能的小系統(tǒng)組合而成，是相互獨立的信息孤島，并不是一個完整的變電站智能化系統(tǒng)，遠遠不能滿足無人值守變電站對安全和智能化程度的實際需求：

   1）無法實現(xiàn)互聯(lián)互通：視頻監(jiān)控、門禁、入侵報警、消防、動力環(huán)境監(jiān)控等各系統(tǒng)獨立運行，無法實現(xiàn)互聯(lián)互通，整體系統(tǒng)運行效率低下，運行效果差，降低了投資價值。

   2）無法實現(xiàn)聯(lián)動和事故預防：由于無法實現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)動，主要依靠人力監(jiān)控而導致安全性降低，并且增加值守人員的負擔和工作壓力。比如視頻幾十路甚至數(shù)百路的視頻圖像需要監(jiān)控，視覺的疲勞和人力的懈怠會導致事故發(fā)生而無法被捕捉到，視頻分析的結(jié)果無法充分發(fā)揮應用價值，更無法被預防。系統(tǒng)的其它狀態(tài)和數(shù)據(jù)也無法進行綜合分析進行趨勢預測，消防等緊急事件更是缺乏緊急聯(lián)動和預測預防功能。

   3）環(huán)境監(jiān)控智能化水平低：多數(shù)變電站都是通過溫度計測量環(huán)境溫度，沒有實現(xiàn)對溫濕度、漏水等環(huán)境的實時監(jiān)測，無法做到危險事件的監(jiān)控和預防，更無法做到根據(jù)溫濕度調(diào)節(jié)空調(diào)溫度，實現(xiàn)節(jié)能增效。

   4）缺乏對盜竊事件的即時干預能力和預防措施。

   5）缺乏門禁自動控制和自動記錄功能，可能導致未獲授權人員進入工作禁區(qū)不僅可能出現(xiàn)物品被盜，甚至可能誤入帶電間隔，出現(xiàn)人員傷亡的事故。

   6）無法實現(xiàn)變電站巡視的自動記錄、自動統(tǒng)計以及實時監(jiān)控和管理。

“智慧變電站”系統(tǒng)以SCHIELE專有IGnet網(wǎng)絡技術為核心，以數(shù)據(jù)集成為基礎，無需再通過網(wǎng)絡系統(tǒng)集成、應用系統(tǒng)集成將各子系統(tǒng)集成為一個的整體系統(tǒng)，而是直接構建一個統(tǒng)一完整的智能系統(tǒng)。通過智能識別算法及預警技術、嵌入式組件架構技術、IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換技術以及音視頻編解碼等核心技術，通過對變電站環(huán)境、圖像、火災報警、消防、照明、采暖通風、安防報警、門禁識別控制等在線監(jiān)測，不但實現(xiàn)預警，而且還可以實現(xiàn)對警情的管理和控制。系統(tǒng)通過監(jiān)測、預警和控制三種手段，為變電站的安全運行提供更加可靠的保障。通過各功能模塊間的數(shù)據(jù)共享和互操作，實現(xiàn)“信息孤島”一體化，功能互動全面化。其中視頻數(shù)據(jù)全部儲存到本地、市調(diào)或省調(diào)數(shù)字視頻存儲中心統(tǒng)一管理。

“智慧變電站”系統(tǒng)特性

兼容歐洲及其它國際標準的智能系統(tǒng)通信協(xié)議IGnet，約定了遠程通信、遠程控制、數(shù)據(jù)交換、聲音及圖像傳輸?shù)认嚓P信息傳輸?shù)膮f(xié)議，并且符合IEC61850規(guī)約要求?？梢越鉀Q變電站智能化的一體化技術難題，提升變電站智能化水平，滿足大區(qū)域無人值守變電站統(tǒng)一管理的應用需求。

“智慧變電站”系統(tǒng)具有許多鮮明特色，其中最有特色的為六大特性為：

1、以局域互聯(lián)網(wǎng)為基本網(wǎng)絡架構，以總線或無線或電力線載波為擴展架構，兼容KNX、Modbus、BACnet等現(xiàn)行協(xié)議，多功能標準化接口和通信規(guī)約，充分保障系統(tǒng)兼容性和可擴展性，可以在后期有需求時進行擴充和升級，使得“智慧變電站”系統(tǒng)成為可生長的智慧系統(tǒng)。

在變電站互聯(lián)網(wǎng)技術已得到普遍應用的的背景下，這一技術特點對構建“智慧變電站”將具有重要意義。

   2、IGnet協(xié)議是SCHIELE的核心技術，可打通從底層硬件到工作平臺的全程通信。

這一特點使得“智慧變電站”這一概念可以不再局限于單個變電站，可以便捷地擴展到一個大的地理范圍，讓變電站與所在地區(qū)市調(diào)省調(diào)或其它變電站實現(xiàn)互聯(lián)互通，更好地滿足國家電網(wǎng)對變電站統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一配置、統(tǒng)一報表的“四統(tǒng)一”要求。

3、運用普適計算技術，實現(xiàn)智能系統(tǒng)智慧化。

   全方位運用普適計算技術，使得各種智能化模塊具有相對獨立運行的特點，使得互聯(lián)互通更加快捷和深入，使得系統(tǒng)可以成長為“學習型”、“思想型”的智慧化系統(tǒng)。

4、摒棄子系統(tǒng)拼接技術，構建一體化的單系統(tǒng)架構。

這一技術特點使得變電站智能化系統(tǒng)不必再著重于單個子系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，而是立足于整個變電站區(qū)域內(nèi)全面功能的建設，大大簡化了網(wǎng)絡系統(tǒng)架構。

5、實現(xiàn)變電站全部智能化功能的一體化管理。

可在統(tǒng)一界面下進行視頻、門禁、環(huán)境、SF6、火災消防、安全防范、現(xiàn)場操作所有狀態(tài)的監(jiān)控與配置管理。實現(xiàn)了信息數(shù)字化、功能集成化、結(jié)構緊湊化和狀態(tài)可視化的智能變電站“四化”要求。

6、應用靈活，成本可控。

   主控設備不需要其它設備配合就可獨立工作和脫機運行，能夠滿足從小開閉所到35KV至1000KV變電站、從改造站到新建站、從單站式到大規(guī)模集中聯(lián)網(wǎng)等各種類型的需求，不需另配服務器，能夠兼容并利用現(xiàn)有絕大部分設備，有效保護已有投資，使系統(tǒng)具備較大的靈活性和成本可控性。

“智慧變電站”系統(tǒng)功能

SCHIELE“智慧變電站”系統(tǒng)，以其系統(tǒng)所擁有的強大技術優(yōu)勢，可為中國大陸地區(qū)的變電站提供多方位的高級智能化服務。

A.  構建高級智能安全體系

一體化的“智慧變電站”系統(tǒng)可以提供以下的重要的安全防范功能：

1人身安全

對所有工作區(qū)域，根據(jù)危險性、重要性、必要性等進行分類，對所有人員根據(jù)工作需要進行嚴格的出入授權設置，并實施嚴格的門禁管控，避免非專業(yè)人員出現(xiàn)在不必要的區(qū)域，減少人身安全事故的發(fā)生。

人員須進入檢修區(qū)域，門控系統(tǒng)通過與既有變電站監(jiān)控系統(tǒng)的信息聯(lián)動受控動作，確保檢修人員不會進入帶電間隔。

   所有重要區(qū)域的人員進出記錄，即時人員數(shù)量、姓名都能夠隨時查詢。一旦遇到緊急情況，可迅速啟動應急預案，以利于快速準確的撤離。

以可控、可聞、可視的通信方式，作為人身安全管理的主要措施。

2設備安全

從變電站監(jiān)控系統(tǒng)獲取實時工作狀態(tài)監(jiān)測，根據(jù)主要電氣設備的特性和歷史運行經(jīng)驗，進行設備工作狀態(tài)分析預測，若有潛在隱患，做出預警判斷，實時傳送至運行管理中心，根據(jù)多種處理預案進行處理，防患于未然。

應用圖像分析技術，監(jiān)視重要設備運行數(shù)據(jù)、指示燈等運行狀況，作為獨立的監(jiān)控手段，提高設備運行的安全性。

3電纜安全

1）變電站電纜溫度監(jiān)測預警

采取接觸式測量原理，實時監(jiān)測電纜的運行溫度。在主站上通過數(shù)值、曲線、棒圖、模擬圖等形式顯示溫度的測量值及變化趨勢，發(fā)出預警信號，為故障的判斷提供依據(jù)，可對故障發(fā)生點進行定位。

   2）小動物隱患探測

可以偵測電纜溝及其它電纜分布區(qū)域小動物入侵，并發(fā)出報警信號。

   4環(huán)境安全

1）六氟化硫監(jiān)控報警

在變電站內(nèi)35KV SF6開關室及500KV、220KV、110KV GIS室等安裝有SF6設備的配電裝置室，系統(tǒng)可以檢測環(huán)境空氣中SF6氣體含量和氧氣含量，當環(huán)境中SF6氣體含量超標或缺氧，能實時在線監(jiān)測預警及報警，同時自動開啟通風機進行通風，并具有溫濕度檢測、工作狀態(tài)提示、遠傳報警、歷史報警數(shù)據(jù)查詢等諸多豐富功能。提供健康安全可靠的工作環(huán)境。

2）視頻監(jiān)視記錄

以視頻方式監(jiān)視變電站現(xiàn)場的重要設備和監(jiān)控點，并且實現(xiàn)和其他系統(tǒng)的聯(lián)動。當其他安防設備報警時，自動把相近的監(jiān)視設備的圖像切換到監(jiān)控主屏幕。重點布控區(qū)域?qū)崿F(xiàn)移動目標自動跟蹤功能。

   3）安全報警

實時監(jiān)測重要場所和設備的工作環(huán)境（如：電壓、電流、溫度、濕度、漏水、水位、有害氣體、含氧量、風速風向、煙霧、明火等等），發(fā)現(xiàn)非安全因素并進行預警或報警，將數(shù)據(jù)上傳至市級和省級調(diào)度中心，還可以聯(lián)動變電站現(xiàn)場各種聲光設備、顯示設備、應急設施、消防設施。

4）消防報警聯(lián)動

發(fā)生煙霧、明火等消防報警警示信號時，可以自動聯(lián)動相應位置的監(jiān)控攝像機；消防報警與車輛管理聯(lián)動，可實現(xiàn)有消防報警時車輛的無阻通行；對于有人值守變電站，消防報警與巡更系統(tǒng)聯(lián)動，可實現(xiàn)有消防報警時顯示最近的值守人員位置，并與值守人員互動。

   5）電力隧道環(huán)境監(jiān)測

電力隧道水位、有害氣體（一氧化碳、硫化氫及甲烷等）、含氧量、煙霧等環(huán)境監(jiān)控；

6）安全巡邏評估

對于有人值守變電站，嚴謹?shù)陌踩策壒芾泶胧┓浅Ｖ匾?，圖形化顯示巡更員巡更線路軌跡及到達每個巡更點的時間，系統(tǒng)可自動生成分類記錄報表并打印，對脫崗、被盜、失職進行分析。

7）周界安全檢視

當設在變電站周界的防非法攀越報警裝置被觸發(fā)時，集成平臺彈出報警的圖形界面和相應區(qū)域的攝像視頻，可進行聲光震懾、電子高壓威懾或其它處理預案。

8）車輛安全出入

系統(tǒng)采用車輛視頻監(jiān)視、駕駛員圖像對比，感應卡遠距離身份自動識別等技術，實現(xiàn)變電站車輛高安全性的出入。防止未經(jīng)授權的車輛進入變電站。

B.構建高效智能節(jié)能體系

系統(tǒng)提供空調(diào)、風機、照明以及水泵等設備的各種自動控制功能。雖然變電站自用電電量數(shù)目不大，但由于變電站是24小時不間斷運行，日積月累也存在著極大的浪費，與“綠色變電站”的建設要求不符。

智能控制是解決這一問題的重要手段。通過物聯(lián)技術、將能耗設備互聯(lián)起來，采用各類智能控制方式進行控制和調(diào)節(jié)，以達到減少浪費、節(jié)約能源的目的。

可采用的智能控制方式有：就地控制、情景控制、系統(tǒng)控制、遠程控制、時鐘控制、照度控制和感應控制等....，可以控制到具體狀態(tài)和參數(shù)，比如在監(jiān)控中心可以遠程控制空調(diào)開機、關機、升溫、降溫等，并能夠直接調(diào)整空調(diào)的溫度值，等等。

所有能耗設備只在需要的時段和狀況開啟并調(diào)整到需要的狀態(tài)，比如值班、檢修、報警等情況，以達到最節(jié)約的工作狀態(tài)。

 C.構建嚴謹智能管理體系

變電站管理的嚴謹性涉及到安全、工作質(zhì)量、工作效率、變電站整體運行的可靠性等方方面面。在管理規(guī)范的基礎上實行智能化程序管理，將會最大可能地提高嚴謹性。

1.現(xiàn)場操作管控

現(xiàn)場操作的管控對于杜絕安全事故、保證工作質(zhì)量至關重要，可采取以下智能管控措施：

1）專有區(qū)域管控：只有被授權開放的區(qū)域才能在指定時間開放；

2）專有人員管控：只有被授權身份的人員才能在指定時間通行或在崗；

3）專有路線管控：根據(jù)作業(yè)目標指定并且是僅有的通行路線；

4）專有目標管控：根據(jù)作業(yè)計劃指定并且是專門的工作目標；

5）專有流程管控：根據(jù)作業(yè)標準指定并且是僅有的工作流程；

6）多種管控措施交叉并行運用，可徹底解決現(xiàn)場操作的管控難題。

2.機電設備運行管理

加熱器、聲光報警器（有可能擾民）、空調(diào)、通風，給排水、照明、綠化灌、或其它需要控制的公用機電設備的監(jiān)視，進行監(jiān)控和自動化運行管理，提供圖形的管理界面和設備工作狀態(tài)指示，在設備故障時，產(chǎn)生警告，并提供故障處理預案。

通過自動管理各種機電設備,達到最佳使用效果；減少設備不必要的工作時間，提高設備使用壽命；減少不必要的浪費,達到最佳節(jié)能效果。

   3.物流管理

現(xiàn)代變電站物資（包括工具儀器）的流轉(zhuǎn)量并不大，但物資的識別、存儲、出入庫等全過程的自動化，對變電站安全運行的重要性非常大，物聯(lián)技術的應用已經(jīng)可以很好地解決這一問題。

4.信息管理

雖然電力MIS已經(jīng)有多年的發(fā)展，但變電站自身環(huán)境和現(xiàn)場操作相關的信息管理還處于相對薄弱的狀況，因此也是變電站長期穩(wěn)定運行的隱患之一。SCHIELE“智慧變電站”系統(tǒng)的應用，可以從根本上解決這一問題，由于對變電站自身環(huán)境和現(xiàn)場操作全方位的監(jiān)控和監(jiān)測，信息全面并且及時，可以很好地改善這一薄弱環(huán)節(jié)的狀況。

D.實現(xiàn)多層次多方位變電站智能化運行管理

通過在系統(tǒng)中分設客戶端工作站，實現(xiàn)變電站智能化系統(tǒng)及運行狀況的多層次多方位管理。客戶端工作站用于非值守系統(tǒng)進行日常的數(shù)據(jù)的采集、傳遞、處理、查詢等操作，并可作為值守工作站的在線式熱冗余備份系統(tǒng)運行。根據(jù)被授權人權限不同，使用者可以是運行維護人員、電氣工程師、運行管理人員、電力企業(yè)高管等相關人員。

E.實現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)集團全球化智能管理

整個系統(tǒng)基于Web平臺，利用電力專網(wǎng)及Internet網(wǎng)絡或其它公用通信網(wǎng)絡，具有遠程多系統(tǒng)組網(wǎng)運行功能。一個市調(diào)可以集中管理轄區(qū)內(nèi)的所有變電站，同一個電網(wǎng)企業(yè)集團公司，可以將處于不同城市甚至不同國家的多個變電站的智能化管理系統(tǒng)進行統(tǒng)一組網(wǎng)運行，實現(xiàn)統(tǒng)一管理。