一、引言

隨著電力自動(dòng)化技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，水泥行業(yè)的變電站管理正逐步向智能化、無人化方向發(fā)展。智能變電站是指以高度集成的智能設(shè)備和先進(jìn)可靠且環(huán)保的技術(shù)為基礎(chǔ)，集電力監(jiān)控、門禁管理、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、移動(dòng)APP管理功能于一體，具有網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化控制系統(tǒng)的變電站。提高變電站智能化管理水平，將進(jìn)一步推動(dòng)水泥行業(yè)的節(jié)能降耗工作，利于水泥企業(yè)的節(jié)能、高效、可持續(xù)發(fā)展。

二、變電站智能控制系統(tǒng)組成

智能變電站與傳統(tǒng)變電站的主要區(qū)別在于，智能變電站應(yīng)用多主機(jī)服務(wù)器集群技術(shù)，配置了熱備冗余協(xié)同系統(tǒng)，可通過信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多座變電站的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。變電站智能控制系統(tǒng)主要由電力監(jiān)控系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、移動(dòng)APP管理系統(tǒng)組成。

2.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)

某公司原有1座110kV總降壓變電站、4座6kV分變電站及1座余熱發(fā)電站，總降壓變電站設(shè)有監(jiān)控主機(jī)，熱備冗余配置，與各分變電站之間無通訊聯(lián)絡(luò)。在水泥磨、原料磨各設(shè)置了1臺分站監(jiān)控主機(jī)，對4座分變電站進(jìn)行集中監(jiān)控管理；在余熱變電站設(shè)置了1臺監(jiān)控主機(jī)，對余熱發(fā)電變電站進(jìn)行電力監(jiān)控；同時(shí)，在110kV總降壓變電站、水泥磨、原料磨及余熱發(fā)電站各設(shè)有1間值班室。

應(yīng)用智能控制技術(shù)后，該公司變電站形成了一個(gè)新的電力監(jiān)控中心，主要包括：中控室能源管理中心；全廠值班室由4間變?yōu)?間，設(shè)在余熱變電站，作為全廠電力監(jiān)控中心。110kV總降壓變電站設(shè)置一臺監(jiān)控主機(jī)，4座6kV變電站各設(shè)置一臺監(jiān)控主機(jī)，另設(shè)置一臺視頻監(jiān)控主機(jī)。

能源管理中心配備能源管理服務(wù)器，各變電站及能源管理中心之間通過光纖環(huán)網(wǎng)連接。新的電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了總降壓變電站、一線水泥磨、一線原料磨、二線水泥磨、二線原料磨的電力智能化監(jiān)控及變電站的無人值守。在110kV總降壓變電站電力監(jiān)控中心設(shè)有110kV電力監(jiān)控工作站、6kV電力監(jiān)控工作站，是調(diào)度前置服務(wù)網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過硬件防火墻與外網(wǎng)相連。

2.2 門禁管理系統(tǒng)

原變電站僅有一扇傳統(tǒng)的鎖具式鐵門，通過設(shè)立門禁管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）進(jìn)出變電站需進(jìn)行人臉識別與密碼輸入等組合驗(yàn)證。

（2）識別未佩戴安全帽的人員，并示意其佩戴安全帽。

（3）支持口罩檢測模式，可配置提醒/強(qiáng)制戴口罩模式。未戴口罩員工可進(jìn)行身份驗(yàn)證及正常考勤簽到，通過身份驗(yàn)證后，提醒其佩戴口罩；強(qiáng)制戴口罩模式，即，未戴口罩無法進(jìn)行身份驗(yàn)證，提醒佩戴口罩。

（4）具有考勤功能，可對進(jìn)出人員進(jìn)行拍照記錄。其中，聯(lián)動(dòng)抓拍具有很強(qiáng)的人像防偽識別功能，即，距離門禁管理器一定距離時(shí)拍照一次，靠近門禁管理器時(shí)再次拍照對比識別，經(jīng)過2次動(dòng)態(tài)識別，保證進(jìn)入變電站人員的真實(shí)性。門禁系統(tǒng)采用200萬像素寬動(dòng)態(tài)攝像頭，面部識別距離最遠(yuǎn)2m，適應(yīng)1.2~2.0m身高，支持5000人臉庫，人臉比對時(shí)間≤0.2s/人，驗(yàn)證準(zhǔn)確率≥99%；附加體溫實(shí)測功能，可實(shí)時(shí)檢出異常體溫，便于健康管理。

2.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

原有變電站未配置攝像機(jī)，由人工巡檢保障電力設(shè)備安全運(yùn)行，存在巡檢盲區(qū)和安全風(fēng)險(xiǎn)。引進(jìn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)后，在各變電站設(shè)立環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，增設(shè)智能攝像頭、環(huán)境監(jiān)測傳感器等設(shè)備，替代人工巡檢，可實(shí)現(xiàn)值班人員的遠(yuǎn)程巡檢和智能設(shè)備的自動(dòng)化巡檢。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)基于AI分析，應(yīng)用了區(qū)域入侵、越界偵測、進(jìn)入/離開區(qū)域等多種智能新技術(shù)。系統(tǒng)所有攝像機(jī)均具有音頻的雙向輸入輸出功能；可劃分區(qū)域，設(shè)置警戒；通過移動(dòng)偵測功能可及時(shí)發(fā)現(xiàn)鳥類、野貓等小動(dòng)物誤入變電站等情況；具有員工行為異常報(bào)警功能，如跌倒緊急報(bào)警功能，既可保證值班人員的人身安全，又可保障全廠電力運(yùn)行安全。此外，視頻監(jiān)控系統(tǒng)還具有視頻抓拍、違章記錄及錄像回放等功能。如，通過室外智能視頻攝像機(jī)，可自動(dòng)抓拍違停行為并報(bào)警，保障人員和車輛進(jìn)出安全。

2.4 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

2.4.1環(huán)境溫度、濕度監(jiān)測系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可自動(dòng)獲取環(huán)境溫、濕度，繪制變化曲線，并根據(jù)變化曲線，及時(shí)調(diào)整優(yōu)化溫度控制器控制參數(shù)，閉環(huán)控制空調(diào)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)溫濕度，實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測和自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到精細(xì)化管控目標(biāo)。

2.4.2主變壓器風(fēng)機(jī)控制

增設(shè)風(fēng)機(jī)控制箱，冷卻風(fēng)機(jī)作為閉環(huán)控制前端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過主變壓器溫度傳感器將溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，反饋至溫度控制器，溫度控制器根據(jù)設(shè)定值輸出風(fēng)機(jī)控制信號，實(shí)現(xiàn)主變壓器風(fēng)機(jī)的就地手動(dòng)控制、后臺遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)控制。

2.4.3主變壓器溫度監(jiān)測

（1）前端設(shè)備具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能、視頻服務(wù)器功能和高清攝像機(jī)功能，系統(tǒng)利用熱成像及雙光融合技術(shù)，在熱成像中疊加可見光細(xì)節(jié)，支持點(diǎn)、線、框多規(guī)則靈活布控，滿足關(guān)鍵區(qū)域、特殊點(diǎn)位的測溫需求。

（2）可實(shí)現(xiàn)對變壓器本體、變壓器進(jìn)線套管接頭、出線連接處溫度的自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)主變壓器溫度的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)管理，取代人工巡檢，可及時(shí)、安全、無盲區(qū)進(jìn)行監(jiān)控。

（3）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在無光、逆光等環(huán)境下獲取豐富的圖像信息，實(shí)現(xiàn)24h監(jiān)控主變壓器。

（4）支持移動(dòng)偵測，若主變壓器室誤入小動(dòng)物，監(jiān)測現(xiàn)場會(huì)發(fā)出聲音并閃爍燈光進(jìn)行報(bào)警，后臺監(jiān)控系統(tǒng)也會(huì)報(bào)警，提醒值班人員及時(shí)處理，保證主變壓器安全運(yùn)行。同時(shí)，系統(tǒng)也支持音頻異常偵測、行為分析及煙火檢測等智能功能。

（5）熱成像設(shè)備通過接收熱輻射，能夠以非接觸方式檢測被測目標(biāo)的溫度和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)全天候?qū)?span>時(shí)監(jiān)測、可視化測溫、溫度異常報(bào)警，可以快速、安全、準(zhǔn)確地識別過熱故障，判斷故障原因并采取相應(yīng)措施。

2.4.4燈光照明控制

增設(shè)智能照明控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種光環(huán)境變化，可遠(yuǎn)程控制燈的開關(guān)，調(diào)節(jié)燈的亮度，進(jìn)行節(jié)能管理。

2.5 移動(dòng)APP管理系統(tǒng)

移動(dòng)APP管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對110kV總降壓變電站、4座6kV變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過手機(jī)移動(dòng)APP管理系統(tǒng)，變電站管理人員可實(shí)時(shí)監(jiān)測整個(gè)變電站的電力運(yùn)行情況，遇突發(fā)情況，可迅速處理設(shè)備故障，恢復(fù)電力設(shè)備正常運(yùn)行，減小因故障停機(jī)帶來的經(jīng)濟(jì)損失。此外，移動(dòng)APP管理系統(tǒng)具有電力系統(tǒng)預(yù)警功能，可及時(shí)發(fā)出故障預(yù)警信息，消除設(shè)備隱患，減少停電事故次數(shù)。

移動(dòng)APP管理系統(tǒng)由主機(jī)服務(wù)器端軟件和移動(dòng)端APP組成。主機(jī)服務(wù)器端軟件無需安裝，只需運(yùn)行一個(gè)輕量級的應(yīng)用程序，可設(shè)置為隨系統(tǒng)啟動(dòng)而自動(dòng)運(yùn)行。移動(dòng)端APP兼容主流Windows桌面操作系統(tǒng)、WindowsServer服務(wù)器操作系統(tǒng)、Unix、Linux操作系統(tǒng)等，兼容32位、64位操作系統(tǒng)平臺。手機(jī)端APP軟件可在主流應(yīng)用商店下載，屬于輕量級APP，支持HarmonyOS，IOS，Android操作系統(tǒng)。

應(yīng)用移動(dòng)手機(jī)端APP需考慮電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全性，首先，需增加硬件防火墻，將電力系統(tǒng)內(nèi)部局域網(wǎng)與外網(wǎng)物理隔離；其次，增加軟件防火墻，通過軟件加密策略，保證局域網(wǎng)內(nèi)系統(tǒng)安全；第三，在監(jiān)控主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)工作站之間建立單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)隧道，建立三層安全保護(hù)。此外，將外網(wǎng)訪問網(wǎng)絡(luò)工作站方式設(shè)置為僅可通過移動(dòng)手機(jī)端APP訪問。移動(dòng)手機(jī)端APP軟件和服務(wù)器端的軟件均采用256位AES端到端加密、雙因素身份驗(yàn)證及其他行業(yè)領(lǐng)先的安全保護(hù)技術(shù)，兩種軟件均通過了SOC2、HIPAA/HITECH、ISO/IEC27001及ISO9001:2015認(rèn)證，且符合GDPR的標(biāo)準(zhǔn)。

電力監(jiān)控APP軟件可通過WiFi、4G\5G信號、個(gè)人熱點(diǎn)等多種方式訪問，管理者可隨時(shí)掌握電力運(yùn)行情況，有效保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

三、變電站智能化發(fā)展方向

3.1 實(shí)施開關(guān)柜的智能數(shù)字化控制

（1）通過對開關(guān)柜溫度、機(jī)械特性等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測及診斷，可提供設(shè)備健康狀態(tài)的量化結(jié)果，防止?jié)撛诘氖эL(fēng)險(xiǎn)變?yōu)樵O(shè)備故障，避免非預(yù)期性停電事故發(fā)生。

（2）通過監(jiān)測開關(guān)柜狀態(tài)，結(jié)合診斷分析，可對設(shè)備進(jìn)行針對性維護(hù)，提升設(shè)備連續(xù)安全運(yùn)行水平，延長設(shè)備使用壽命，同時(shí)，可大幅提高運(yùn)維人員工作效率，降低運(yùn)維成本。

3.2 應(yīng)用5G+AI巡檢機(jī)器人

應(yīng)用變電站智能巡檢機(jī)器人旨在替代巡檢人員從事繁重、瑣碎的巡檢工作，智能巡檢機(jī)器人的核心功能是：

（1）自動(dòng)巡檢

巡檢機(jī)器人可根據(jù)預(yù)設(shè)巡檢周期、巡檢路線及各巡檢點(diǎn)檢測項(xiàng)目進(jìn)行自動(dòng)巡檢，并對超出預(yù)設(shè)閾值的檢測項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)警提示，低電量時(shí)自動(dòng)充電，可實(shí)現(xiàn)7×24h不間斷巡檢。

（2）局部放電檢測

巡檢機(jī)器人升降桿上配備超聲波局部放電檢測儀、超高頻局部放電檢測儀，可檢測開關(guān)柜0.1~2m任意高度位置的局部放電情況，通過閾值比對，判斷開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備是否正常運(yùn)行，并將實(shí)時(shí)告警信息推送至監(jiān)控平臺。

（3）火災(zāi)預(yù)防檢測

巡檢機(jī)器人可通過搭載的七合一氣體檢測傳感器，采集多種氣體含量數(shù)據(jù)，結(jié)合人工智能檢測火災(zāi)因子，判斷火災(zāi)隱患，防止火災(zāi)發(fā)生。

（4）滲水檢測

巡檢機(jī)器人可通過專用傳感器，結(jié)合人工智能圖像識別技術(shù)，判斷是否滲水，防止?jié)B水事故發(fā)生。

（5）氣體泄露檢測

巡檢機(jī)器人可通過搭載的工業(yè)氣體專用傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測SF6數(shù)據(jù)，及時(shí)將氣體泄漏情況回傳至后臺監(jiān)控系統(tǒng)，避免氣體泄漏造成的事故。

（6）現(xiàn)場操作及遠(yuǎn)程應(yīng)急指揮

巡檢機(jī)器人具有觸摸屏，方便工作人員現(xiàn)場操作。當(dāng)配電室發(fā)生重大事故，工作人員無法及時(shí)趕到現(xiàn)場或無法進(jìn)入現(xiàn)場時(shí)，可以控制機(jī)器人到達(dá)事故點(diǎn)附近，通過機(jī)器人搭載的各種傳感器全景展示事故現(xiàn)場，為啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案提供決策依據(jù)。

（7）預(yù)測配電室安全趨勢

利用巡檢機(jī)器人搭載的各種傳感器獲取大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，綜合研判及預(yù)測配電室安全趨勢。

（8）氣紋與聲紋對比

通過采集配電室內(nèi)的聲音，比對多項(xiàng)已有聲音特征模型，判斷當(dāng)前配電室內(nèi)的聲音類別，異常情況時(shí)，及時(shí)告警，確保設(shè)備運(yùn)行正常。通過對比不斷收集的氣體濃度信息和自有的氣體濃度模型，預(yù)測線路老化程度，識別起火及滲水隱患，預(yù)防事故發(fā)生。

（9）語音交互

巡檢機(jī)器人配備高保真音響與麥克風(fēng)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制端與現(xiàn)場工作人員的實(shí)時(shí)語音通訊。

（10）5GWiFi路由功能

巡檢機(jī)器人配備工業(yè)5GWiFi路由器，支持NSA和SA網(wǎng)絡(luò)，全面兼容移動(dòng)、電信、聯(lián)通三大運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)。

四、結(jié)語

智能變電站可實(shí)現(xiàn)變電站的智能化運(yùn)行檢測、智能化管理，可預(yù)測設(shè)備隱患，預(yù)防變電站故障的發(fā)生，并在故障出現(xiàn)后快速進(jìn)行處理，使變電站始終保持在良好工作狀態(tài)；可進(jìn)行可視化遠(yuǎn)程操作，確保操作人員安全；可監(jiān)測環(huán)境溫度和濕度，并自動(dòng)調(diào)節(jié)溫濕度；可通過智能照明控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制燈的開關(guān)；可通過電力監(jiān)控APP軟件，隨時(shí)掌握電力運(yùn)行情況，有效保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

作者：劉金磊，劉毅，王清正

來源：《天津金隅振興環(huán)保科技有限公司》

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