调控一体化模式下的变电站智能辅助监控巡检系统

摘要

本发明公开了一种调控一体化模式下的变电站智能辅助监控巡检系统，该系统采用在变电站分布式布局巡视摄像机和红外成像仪，通过多点形成面的方式全覆盖变电站一次设备，使用摄像机的预置位功能串接形成软件巡视路线，可根据巡视的需要，编制不同的模拟巡视路线，使得一次设备外部故障无所遁形。

说明书

技术领域：

本发明涉及电力系统变电站运行维护技术领域，尤其涉及一种调控一体化模式下的变电站智能辅助监控巡检系统。

背景技术：

迄今为止，已经提出了多种类型变电站智能巡检方式，包括变电站辅助监控系统和变电站智能巡检机器人，但这些都局限于对变电站辅助设备的就地控制和单一的机器人红外和可见光巡视。比如机器人巡视，在变电站内围绕一次设备铺设轨道，以轨道引导巡视路线，提供红外成像仪、可见光摄像机两种技术手段，对站内一次设备进行外表和接头温度的监测，技术手段比较局限，同时轨道可能会影响设备检修时检修车辆的进出，主要影响的还是以下几个方面。

一方面由于变电站内一次设备布局基本上都是标准的，而机器人只能从单一的角度和固定的路线进行巡视，不能完整对一个设备360度的观测，轨道铺设不能覆盖到每个设备，因此间隔设备间存在着阻挡，机器人的巡视设备可能会错过一些故障现象。

另一方面，机器人的身高不能过高，自带监测设备的高度不能越过高电压等级要求的安全距离，否则存在安全隐患，这使得监测设备都是以仰视的方式对变电设备进行观测，不能对流变、压变、避雷器等一次设备的顶帽和闸刀嘴等位置进行有效的监测。

此外，机器人巡视监测使用的红外成像和可见光摄像需要高宽带的通信通道，否则不能流畅的传输高质量的图像，而无线通信方式对图像的传输肯定存在损失，同时对机器人的控制也是通过无线通信方式，这个存在一定的控制风险，如果过程中受到外来信号的干扰，机器人会存在失控的风险。即便是能完全的解决上述问题，如果机器人在巡视过程中出现故障，那么需要对机器人进行维护和回收，而这工作必须由变电站运维人员到现场才能解决，这样巡视工作就没有太大意义了。

发明内容：

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种调控一体化模式下的变电站智能辅助监控巡检系统，该系统采用在变电站分布式布局巡视摄像机和红外成像仪，通过多点形成面的方式全覆盖变电站一次设备，使用摄像机的预置位功能串接形成软件巡视路线，可根据巡视的需要，编制不同的模拟巡视路线，使得一次设备外部故障无所遁形。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

    调控一体化模式下的变电站智能辅助监控巡检系统，它包括网络高清摄像机、高精度电流传感器、SF6气体微水密度传感器、局放传感器、油色谱监测装置、环境温湿度传感器、红外成像仪、无线温度传感器和温度监测装置、照明控制器、排风扇控制器、空调控制器、网络交换机和服务器；所述的网络高清摄像机设置在变电站每个设备之间，分别用于监视断路器的仪表和闸刀对位；所述的高精度电流传感器设置在每组容性设备和避雷器上，用于监测容性设备末屏泄漏电流、避雷器对地泄漏电流；所述的SF6气体微水密度传感器设置在变电站每组断路器上，用于监测断路器的SF6气体中水分含量和压力情况；所述的局放传感器、油色谱监测装置均设置在变电站的每台变压器上，分别用于变压器内部放电监测和绝缘介质的监测；所述的环境温湿度监测装置设置在变电站场地中，用于变电站小气候环境的监测；所述的红外成像仪设置在变电站区域半径为30米范围内，用于一次设备顶部接头、表面和母线T型线夹等位置的温度监测；所述的无线温度传感器设置在变电站每台高压开关柜的每相静触头上，所述的温度监测装置设置在每台开关柜中，分别用于测量静触头温度和采集温度信息；所述的照明控制器、空调控制器安装在变电站的每个房间，分别用于照明开关控制和空调模式、温度、风量远程控制调节；所述的排风扇控制器设置在变电站高压室的每台风机上，根据环境温湿度用于排风扇的启停联动控制；所述的网络交换机由于监测和监控的需要设有一台，用于各监控和监测功能信息的交换传输提供通信通道；所述的服务器连接上述的所有设备，用于“图数趋”巡视、照明/排风扇/空调远程控制、安防报警信息联动、一次设备运行状态分析、入侵监测。

进一步，所述的网络高清摄像机、高精度电流传感器、SF6气体微水密度传感器、局放传感器、油色谱监测装置、环境温湿度传感器、红外成像仪、无线温度传感器和温度监测装置、照明控制器、排风扇控制器、空调控制器都是采集变电站一次设备的信号通过网络交换机上传至服务器。

进一步，所述的变电站智能辅助监控巡检系统还使用服务器端变电站智能辅助监控巡检软件，采集视频信息、电量信息、微水密度信息、局放信息、油中气体成分、温湿度信息、温度信息、红外图谱，保存在服务器数据库中，对视频装置进行预置位设置并编制名称和序列号，串联预置位形成模拟巡视路线，并命名巡视策略，根据巡视要求调用不同的巡视策略，对变电站一次设备本体表计和表面、状态进行实时巡视。

本发明具有以下有益效果：

1、管理规范化。

    智能巡检使值班员无需就地巡视，根据变电站运行管理规范制定正常巡视、夜间巡视、特殊巡视等多种巡视策略，按巡视策略完成巡视，将生产现场设备的运行规程落实到实处，实现变电运行巡视规范化管理。

2、监控多元化。

以调控中心职能的重新划分，由调控中心完成对变电站的巡视和监控，除了综自信息和保护信息监控外，本系统将成为第三套有效的变电站监控平台。根据调控中心的需求，系统显示状态监测分析结果，根据结果在平台后台自动联动视频监控系统对发生报警的设备进行自动调用预置位录像，为调控人员提供故障事后追溯记录。

3、巡视实时化。

维操队工作人员无需到受控子站，能够对子站的设备运行、现场环境实现远程实时监控，对变电站故障缺陷实现事前预警。实时监测子站的运行环境、对变电站的运行环境、对变电站的各种设备的运行状态及影响变电站安全的因素如：环境温度、湿度、设备异常、火灾、水灾、过热、电缆温度、SF6气体等实现在线监测，为变电站安全生产提供可靠保障，从根本上解决变电站安全运行如何实现“可控、在控”的问题，将事故后报警转变为事故前预警；将正常的2天一次的巡视转变为24小时显示的远程实时监控；将运行人员的现场目测巡视转变为自动化监视；将分散的巡视检查转变为集中监控。

4、数据有效化。

将在线监测系统整合到智能巡检系统，巡视过程中自动跟踪显示设备的运行参数、状态、运行趋势等信息，形成“图、数、趋”三联显示分析。并自动生成各类报表，使信息实时、可靠 、有效。

5、巡视全景化。

将无人值守受控子站的现场设备的外观和内部运行状态通过视频图像及传感器监测的方式全景化监控和展示。让变电巡视人员清楚明了的掌握现场设备的运行状况和现场发生的状况，同时辅助监控现场检修的状况。

6、巡视客观化。

智能巡检按巡视策略、加以监测数据辅助进行巡视，在巡视过程中不仅巡视设备外观，而其根据监测数据判断设备的健康情况，不受天气、值班员心理素质、外部环境、不存在走马观花、巡视流于形式巡视差异、漏巡、缺陷漏发现、设备内部缺陷无法发现敷衍了事等现象。

7、巡视更加安全化。

发现缺陷或异常时，运维人员可以通过对摄像头远程调试对设备进行近距离观察，既不会造成人身安全威胁，又会及时判断出缺陷的性质，及时处理，避免恶性事故的发生。

8、人力资源管理科学化、集约化。

智能集约巡视管理减少了运维变电工作中巡视超周期，漏巡缺项和巡检标准不规范等现象的发生，提高了调控人员的业务水平。同时避免了值班员到子站巡视并手工作业的过程，在智能巡检过程中设备的运行信息自动跟踪视频显示，无需在纸上进行人工记录，令管理工作轻松、高效、低成本，达到人员管理科学化、集约化。

（8.1）、智能集约巡视管理模式，有利于人力资源的合理化配置，极大程度上保证了调度、监控的和谐统一，缩短了调度命令的传达时间和过程，减少故障处理的时间，有利于电网的安全运行。

（8.2）、从值班员的数量角度分析，如果一个集控中心所辖8个变电站，原来的分散式式巡视管，至少需要4个值班员、两辆车分两路巡视，采用智能集约巡视管理模式的话，只需要两个值班员在集控中心巡视，集控中心所辖子站越多，可减少的人员越多。

（8.3）、智能集约巡视管理，在满足值班情况下来减少岗位需求，能够形成一个相对的岗位需求市场，在满足岗位标准要求的众多值班员中选优来竞争重要岗位，可促进值班员技术水平的大幅提高。

（8.4）、动态化辅助设备远程监控，有利于值班人员通过动态图标的状态指示及时发现辅助设备是否正常工作，提高人员远程监控能力和变电站故障消缺响应速度。

9、信息共享化。

    智能巡检系统采用开放式数据库，使运行信息数据为各个部门共享，实现调控、变电运行和修试等工作的网络化、共享化的生产过程一体化管理。

附图说明：

图1为变电站智能辅助监控巡检系统架构示意图；

图2为实施例中变电站站端智能辅助监控巡检系统组成架构示意图；

图3 为变电站智能辅助监控巡检系统平台数据结构图；

图4 为变电站智能辅助监控巡检系统平台功能图；

图5 为变电站智能辅助监控巡检系统智能巡检界面；

图6 为SCADA动作信息联动视频流程图；

图7 为视频智能巡检流程图；

图8 为在线监测及保护报警联动视频录像流程图；

图9 为保护室和高压室内环境监测联动风机和空调工作流程图。

具体实施方式：

以下将参照附图对本发明的一个实施例进行说明。

这一实施例涉及这样一个实例：将按照本发明的调控一体化模式下的变电站智能辅助监控巡检系统应用于110kV变电站和220kV变电站。不过，也可以将按照本发明的调控一体化模式下的变电站智能辅助监控巡检系统应用于诸如500kV变电站、330kV变电站这种电压等级的其它变电站中。

图1示意性的显示了按照本实施例的调控一体化模式下的变电站智能辅助监控巡检系统一种结构。如图1所示，按常规被指定为附图标记P1的调控一体化模式下的变电站智能辅助监控巡检系统包括多个布置在标记为1至24的220kV变电站和110kV变电站的站端变电站智能辅助监控巡检子系统，用于变电站内SF6气体微水密度在线监测、变压器油色谱在线监测、高压开关柜触头温度监测、变电站环境监测、避雷器在线监测、变电设备红外成像在线测温信息采集，照明、空调、排风扇等辅助设备远程控制和联动，从保护信息管理主站服务器28采集保护告警信息，还有SCADA系统服务器27采集一次设备操作信息，这些采集信息全部上送至信息中心变电站智能辅助监控巡检系统数据服务器25，变电站智能辅助监控巡检系统数据服务器25将数据和远控信息上传变电站智能辅助监控巡检系统WEB服务器26，WEB服务器将这些信息进行运算和分析、通过报警和动作信息联动视频，最后通过网页实现维操队29、调控中心30、运维检修31、运维变电32和系统间的人机交互。在这种结构中，所有变电站的站端变电站智能辅助监控巡检系统包含的SF6气体微水密度在线监测、变压器油色谱在线监测、高压开关柜触头温度监测、变电站环境监测、避雷器在线监测、变电设备红外成像在线测温，照明、空调、排风扇等辅助设备远程控制和联动，保护告警信息采集，还有一次设备操作信息都采用相同的方式采集和联动，因此，以下仅仅对一个110kV变电站进行说明。

图2是一张110kV变电站的站端智能辅助监控巡检系统组成架构示意图，它显示了站端的系统组成结构，它是图1中标记为1的变电站的示例。如图2所示，通风及空调控制包括了安装在高压室的风机远控装置34、排风扇35、高压室和保护室的空调远控装置36、空调37、高压室和保护室的室内环境监测温湿度传感器38，远程灯光控制包括了安装在高压室和保护室的灯光控制模块39、远程灯控箱40、高压室和保护室以及高压开关柜柜内的照明灯41、高压室和保护室的光照感应传感器42，视频监控包括了安装在保护室的智能视频分析单元43、室外一次设备间隔、高压室、保护室和高压开关柜内的监视器44，在线监测包括了安装在GIS和高压断路器的SF6气体微水密度在线监测装置45、变压器的油色谱在线监测装置46、高压开关柜的触头温度监测装置47、变电站场地的环境监测装置48、氧化锌避雷器的在线监测装置49、变电站场地的变电设备红外成像在线测温装置50，通风及空调控制信号、空调远控信号、灯光远程控制信号、SF6气体微水密度信号、变压器油色谱信号、高压开关柜触头温度信号、变电站环境信息、避雷器在线信号、一次设备红外热像图和温度，这些信号和信息通过变电站智能辅助监控巡检交换机上传至变电站智能辅助监控巡检系统变电站端服务器33进行整合，最后通过图1中广域网网络交换机上送变电站智能辅助监控巡检系统数据服务器。

如上所述，在这个实施例中，可以通过室内环境监测温湿度传感器38采集的温湿度信号，根据设定的温度和湿度阈值，自动反馈启动风机远控装置34和空调远控装置36，降低室内环境温度和湿度，为室内运行的高压设备和二次设备提供良好的运行环境。也可以通过远程控制的方式进行调节，控制流程图见图9保护室和高压室内环境监测联动风机和空调工作流程图，温湿度监测数据S30，出现异常S31，则打开空调和风机S33，温湿度无异常，检测空调和风机是否打开S32，如果打开则关闭，如果没有启用，则结束这个流程。这样可以降低电能消耗，提高利用率。

此外还有，可以通过室内安装光照感应传感器42，采集室内光照度，自动反馈启动或关闭室内照明，降低电能消耗。

其次，参见图3，以下，将对图1中附图P1变电站智能辅助监控巡检系统数据服务器数据结构作出详细说明。图3是一张数据流程结构图，平台主要包括管理员S12、台帐管理S6、用户管理S8、系统管理S7、在线监测信息S9、辅助信息S10、视频信息S11，其中在线监测信息包括了实时数据S91、历史数据S92、报表S93、趋势图S94，辅助信息包括了辅助设备运行状态S4、控制功能S5和记录，视频信息包括了图像显示S1、视频巡视S2、录像功能S3。管理员S12可以对台帐S6、用户S8、系统S7进行设置和管理，管理员S12和用户S8均可以对在线监测信息S9、辅助信息S10、视频信息S11进行查询，但是在管理员S12对用户S8的使用权限作出设置和限制后，用户S8不能对在线监测信息S9、辅助信息S10、视频信息S11全部的查询，必须要获取管理员S12的授权后才能进行。

此外，参见图4，是对图3中的数据信息的人机交互应用，以下，将对变电站智能辅助监控巡检系统WEB服务器WEB应用进行说明。如图4所示，将图3中的数据信息和管理信息进行人机交互，图中按照电力系统实际应用进行规划人机交互页面的功能模块，共包括了系统维护S12、设备台帐S13、巡检系统S14、监测系统S15，其中系统维护S12又分为用户组织管理S121、应用模块管理S122、权限管理S123，设备台帐S13分为变电站管理S131、设备间隔管理S132、设备类型管理S133、设备管理S134、磁盘录像机管理S135、通道管理S136、灯光设备S137、辅助系统IP配置S138，巡检系统S14分为智能巡检S141、手工巡检S142、视频监控S143、报警数据S144、报警及操作录像S145，监测系统分为绝缘在线监测S151、开关柜在线监测S152、红外成像测温S153、油色谱在线监测S154、SF6在线监测S155、空气质量S156、直流在线监测S157、交流电源监测S158，系统维护S12主要针对电力公司的调控中心、运维检修、运维变电三个职能部门建立各部门的使用人员信息台帐，并根据各人员职能设置不同的登录首页界面和功能模块。

其中调控中心S16拥有最高权限，可以访问所有功能模块，默认监控的信息是报警数据S 144，通过S144关联监测系统S15，根据报警信息直接访问绝缘在线监测S151、开关柜在线监测S152、红外成像测温S153、油色谱在线监测S154、SF6在线监测S155、空气质量S156、直流在线监测S157、交流电源监测S158的监测数据和故障设备间隔的关联视频录像，查看报警数据的起始时间和整个变化趋势、及时从远方对故障设备现场进行视频监控和报警录像回放检索、分析，制定相应的现场故障核查计划并向上级管理部门和运检部上报故障情况，利于作出对应的检修计划。

此外，在上述智能监控巡检过程中，WEB服务器还可以接入变电站保护信息管理服务器54，根据保护信息管理服务器54发送的保护告警信息，根据对应的设备台帐S13关联，调用告警设备间隔的巡检摄像机，对发生报警的间隔的一次设备进行远方监控，了解告警信息是设备误动还是有外力促使设备发出告警信号，判断和制定对告警设备的处理方法，提高告警识别能力，解决过去告警必去现场查询的做法。

如图5所示，在变电站智能辅助监控巡检系统智能巡检界面中可以反映巡视进度，方便巡视人员对巡视过程的控制，对发现有缺陷的设备及时中断巡视进程，通过单独调整画面大小，拉近图像，仔细辨认缺陷类型，方便记录正确的缺陷。此外，可以在软件的巡视画面中，添加当前图像中一次设备的具体间隔名称，用于帮助远程巡视人员能了解当前的具体设备，并能在发现缺陷过程中确认缺陷所处位置，方便准确记录缺陷情况，并且对于紧急缺陷还可以及时制定消缺计划。

在巡视设备图像的同时，同步添加当前一次设备的状态监测信息并做状态分析，添加当前一次设备的状态趋势曲线，可以多方位的对当前设备进行巡视和监测，对设备外部情况和内部绝缘状态进行监控。

在调用夜间巡视策略时，同步添加照明控制功能，通过打开巡视路线中所有照明设备，提高夜间网络高清摄像机监视图像的清晰度。

通过对系统软件功能进行分类，以权限管理方式，区分“调控、运维变电、运维检修”对变电站设备的管理，调控人员使用“图数趋”功能，运维变电人员使用图像巡视功能，运维检修人员使用数趋结合的变电设备运行状态分析功能。

上述保护告警录像和在线监测告警录像流程见图8，针对报警及操作录像S145，在线监测数据S19和保护信息S20出现异常，调用告警录像策略和预置位，分别进行录像和报警数据转发页面显示。

另外还有，针对现在国网推行的变电站远方操作，采用SCADA操作指令联动方式，流程见附图6，SCADA信息S26发出现场一次设备操作指令，变电站智能辅助监控巡检系统平台接收到信号后，调用对应设备台帐联动策略S28，调用动作间隔的监控摄像机进行录像S29，如果没有动作指令，摄像机不动作。了解远方操作过程中设备分合是否安全，合闸是否到位。

其中运维检修S17只拥有对在线监测S15的实时数据、历史数据、发展趋势、状态分析的查询权限，不具备其中巡检系统S14的查询和使用，也不能对设备台帐S13进行管理，S13必须由管理员和调控中心S16操作和设置，运维检修S17根据在线监测S15提供的报警信息和调控中心S16进行核对，由上级管理部门制定检修计划，运维检修S17按照检修计划进行设备现场故障排查和缺陷处理。

另外，维操队S18拥有对巡检系统S14的智能巡检S141、手工巡检S142、视频监控S143、报警数据S144的查询和使用，以及设备台帐S13中的设备管理S134、磁盘录像机管理S135、通道管理S136、灯光设备S137、辅助系统IP配置的设置和管理，按照维操队的日常工作职能，需要对变电站进行两天一次的定期巡视，同时在特殊天气情况下需要对进行变电站特殊巡视，防止恶劣天气对变电站造成的外部破坏，使用巡检系统S14可以延长维操队S18的巡视周期，降低人工巡视过程中遇到的交通风险、触电风险，减少汽车使用带来的能源消耗和日常费用支出，杜绝恶劣天气无法巡视，提高对设备的全景化360度监视，具备365天的全天候巡视能力。通过设备管理S134为巡检功能提供策略支撑，从中设置一次设备所巡视位置使用的预置位置，一台高速球机也就是一个通道可以设置256个预置位置，每个预置位置对应设备间隔管理S132，只是对预置位进行重新定义，所以相互之间存在关联性，而监测系统S15中监测信息均也是通过设备台帐S132进行组织和展示，这就提供了一种巡检和监测系统的关联性，然后通道管理S136利用设置的预置位置，串接进行巡检策略配置、定义和管理，一般分为正常巡视、夜间巡视、特殊巡视等三种巡检策略，这些策略完全替代人工巡检的日常巡视工作和巡视路线，在巡检系统S14中调用智能巡检S141从中可以看到巡视策略列表，只需选择其中的一种策略，就可以启动该策略巡检，巡检系统S15为维操队人员S18提供全自动的一次设备预置位画面的浏览，同时根据预置位和设备间隔之间关联性，在画面右侧同步推出监测系统S15中对应类型的在线监测信息、分析结果、趋势曲线，为维操队提供了一次设备外观、仪表和运行过程中健康状况的同步监控，除了能完全替代现场人工巡视外，还为巡视当前设备提供了健康状况诊断，完全颠覆了现行的变电站巡检方式，智能巡检人机交互界面见附图P2。

顺便提一句，上述智能巡检只是提到了如何编制巡检策略和正常巡检过程，在整个智能巡检过程中，碰到在图像或者在线监测信息中发现了设备缺陷和故障，为了能使巡检和实际工作相结合，在巡检过程中设置了巡检暂停、巡检记录、巡检自动切换人工，流程见图7针对智能巡检S141的流程图。智能巡检开始后，执行调用策略S35，形成策略开始巡检S36，同步采集在线监测数据分析及状态趋势S37，发现一次设备外观缺陷、表计数据异常或在线监测信息异常S38，人工中断巡检S39，记录异常S40，然后继续巡检S41，如果不存在异常不需中断，自动将巡检完成。

另外还有，维操队S18还可以进行人工巡检S142，不同于智能巡检S141，人工巡检S142分为两种，一种是直接调用预置位可以查看现场任意设备台帐S132中设备的视频图像，这个可以联动监测系统S15中的监测信息，另外一种纯粹是视频巡检，以16宫格图像显示，每幅图像就是一个预置位图像，都可以独立控制和照明控制调用，同时可以通过预置位切换每幅图像。

此外，还可以在夜间巡检过程中，增加灯光自动开启功能，提高夜间巡视的图像清晰度，更为了方便在高压开关柜这种密闭空间中能清晰的监控高压设备的运行状况。

应当理解，本发明并不仅限于上述实例，而是意图覆盖未脱离本发明主旨和范围的发明的实施例的所有改变和修改形式。