智慧變電站輔助設備全面監控系統解決方案
應用背景
電力系統是由發電、輸電、變電、配電和用電等環節組成的電能生產與消費系統。變電站作為電網的核心環節，擔負著所在區域的高低壓變換及供電任務，安全運行就尤為重要。
隨著變電站自動化技術的不斷進步，電網公司的效率變革，無人值守模式已在變電運維部門得到全面推廣。變電站綜合自動化系統的“四遙”（遙控、遙信、遙測、遙調）功能主要針對生產運行工況，并不能保障站內運行環境，因此無法滿足變電站完全無人化的需求。變電站輔助設備監控系統作為配套建設，提供視頻監控、安全防護、環境監測、輔助控制等功能，使變電站的運行更為安全、可靠，已成為變電站信息化建設的重要支撐部分。
變電站輔助設備監控系統經過十余年建設，逐漸探索出一套適用于無人變電站運維管理的建設模式，目前為止主要有三個階段：
一、智能變電站階段（2010—2014）
完成了對各相關輔助系統的集成，并與生產系統進行了整合嘗試，為變電站降低運維成本、優化資源配置、提升運行指標提供了重要保障。
二、智能巡視變電站階段（2014—2018）
實現了設備外觀、儀表及狀態指示的遠程巡視，如設備漏油銹蝕、油溫油位讀數、開關刀閘狀態等，部分巡視項實現了智能分析。
三、智慧變電站階段（2018至今）
加快實現遠方巡視和自動巡視，推進高清視頻和智能巡視機器人聯合自動巡視。實現電網設備運行狀態的深度感知，提升設備運檢智能化信息化水平，提高運檢效率和設備運行可靠性。
智慧變電站技術是在智能變電站技術基礎上的不斷創新和變革，其融合了人工智能、物聯網等新技術，對變電站環境量、物理量、狀態量、電氣量進行全面采集，充分應用現代信息技術，體現本質安全、先進實用、面向一線、運檢高效。狀態全面感知、信息互聯共享、人機友好交互、設備診斷高度智能、運檢效率大幅提升的智慧變電站試點建設，將有效支撐電網公司“電力物聯網”的推廣。
2019年底以來，國網和南網針對智慧變電站發布了多份政策文件。國網設備部分別在2019年12月和2020年1月發布了《國網設備部關于開展特高壓換流站遠程智能巡視系統建設工作的通知》（設備直流〔2019〕103 號）和《國網設備部關于印發特高壓交流變電站遠程智能巡視系統建設方案的通知》（設備變電〔2020〕3號），有效指導特高壓換流站/交流變電站的遠程智能巡視系統建設。南網方面，也頒布了《新一代智能變電站推廣應用手冊（試行）-智能巡視分冊》、《新一代智能變電站推廣應用手冊（試行）-智能操作分冊》、《新一代智能變電站推廣應用手冊（試行）-智能安全分冊》，為后續的業務應用及站內智能分析提供了方向。
鼎信智慧變電站輔助設備監控系統的設計和開發，起源于2010年電網首批智能變電站建設試點項目——浙江金華500kV芝堰變。近十年來，鼎信智慧積極參與電網公司的標準規范編制，詳細解讀電網公司的政策文件，緊密跟進各級電網公司的試點項目，是電網公司變電站智能輔助監控系統的重要解決方案提供商。我們愿以工匠精神，守正創新，為堅強智能電網貢獻力量。
應用架構
結合智慧變電站的實際需求及系統架構規劃，智慧變電站輔助設備全面監控系統需要整合多個管理子系統，以前端感知設備為基礎，為多個“信息孤島”提供協同合作的統一平臺，建立一套高集成、高智能化的管理機制，滿足統一的配置管理、數據共享、功能聯動和業務優化等系統需求。
智慧變電站輔助設備全面監控系統是智慧變電站運維服務整體應用架構的綜合體現，旨在以視頻為核心的物聯網技術，對設備巡視監測、設備狀態復核、現場環境管理、進站人員管理等應用提供保障，為用戶提供一站式智慧變電站運維服務，助力“安全生產、提質增效”。
程巡視
運維人員進行現場巡視，對運行設備進行感觀的簡單的定性判斷，主要通過看、聞、聽、測、查等感官去實現的。現場巡視受人員的生理、心理素質、責任心、外部工作環境、工作經驗、技能技術水平的影響較大，存在漏巡、缺陷漏發現的可能性。
設備遠程巡視應用主要根據變電站巡視規程，配置巡視類型，結合視頻能力對站內的電氣設備按計劃進行人工以及智能巡視。人工巡視是指人工按順序對電氣設備下的巡視點位通過人工抓圖、錄像、巡視記錄等方式進行巡視。智能巡視是指進行自動抓圖并對配有智能分析項的進行智能分析，終人工進行確認的一套流程。
設備在線測溫
采用紅外在線測溫方式，能夠實現設備全屏測溫、自動巡視、異常報警、溫度分析、專家診斷等功能，提高運行人員對設備缺陷識別能力和預見性。溫度預警后，運維人員能及時采取相應的措施，用減少負荷或改變系統運行方式等手段，確保設備運行的安全。
采用紅外在線測溫方式，除了保障設備健康運行，也為設備預測性檢修提供了科學依據，提高了工作效率，減少了停電時間，從而增加了設備可用率，為電網安全乃至社會穩定提供了技術保障。同時，減少了人員到現場巡視次數，提高運維人員工作效率，適應智能變電站的發展需求。
設備在線聽診
聲音是一種機械波由振動向傳聲介質輻射能量，與振動和形變引起的信號分析方法相同，聲信號蘊含著大量的振動信息，是分析設備運行狀態一項重要指標。設備在正常運行時，機身與固件，零件之間，零件本身的相互運動狀態發生變化時，設備就會發出聲音，運行狀態生變化時聲音也隨之變。
聲音信號的檢測傳播不受電場和磁場的干擾，監控過程不影響設備的正常運行。目前分析的音頻主要使用頻率20Hz-20KHz的可聽聲，理論上能夠分析運行設備的故障類型以及聲信號的物理特征。
基于聲學特征量的設備故障診斷技術，是一種新型的檢測方法，與專家進行診斷的原理十分近似。運用大數據采集和人工神經網絡，對聲音信號特征進行數字化管理，集合各種聲音特征的信息庫，結合專家診斷的技術，對設備聲音進行分析并和缺陷庫進行比對，將聲音用于設備的診斷技術變為可行。
可視生產復核
平臺通過通信服務器與SCADA事務服務器（調度自動化系統）、順控主機（一鍵順控系統），可視生產復核分為遙控操作視頻復核、設備跳閘視頻復核。
設備遠控視頻復核
倒閘操作是針對間隔進行狀態切換，間隔狀態由運行到備用，或從備用到運行。目前遠方遙控操作已替代了就地操作。
以220kV場地一個線路間隔為例，主要包括母線側隔離開關（俗稱母線刀閘，分正母刀閘、付母刀閘）、斷路器（俗稱開關）、線路側隔離開關（俗稱線路刀閘）等帶電設備。
當某條線路出現故障時，開關跳閘由合位到分位，故障信息通過事件報文上送至生產系統（EMS系統/SCADA系統），系統自動彈出故障設備的所有圖像信息以及該設備所在區域的工業環境信息，便于對故障現象進行全面分析和掌握。
設備跳閘遙信變位后，除了采用人工視頻驗證方式實現復核，還可采用智能分析方式進行輔助確認。
一鍵順控輔助
一鍵順控操作和傳統人工倒閘操作相比較，除了節約操作人時，還能節省交通成本、降低交通風險，目前各地電網公司都在推廣。一鍵順控服務將輸出圖像智能分析結果信號作為一鍵順控操作的輔助判據，基于可視生產復核而優于可視生產復核。
順控主機下發刀閘遙控預置信令經正向隔離裝置傳送至管理服務器，管理服務器自動調取刀閘對應監控點并聯動預置位，當管理服務器接收到刀閘遙信變位信號時，抓圖推送給智能分析設備啟動圖像智能分析，管理服務器以軟報文形式經通信服務器輸出刀閘分合閘狀態信號至順控主機。當雙位置遙信變位信號和圖像分析結果信號狀態一致時，完成分合閘位置“雙確認”，一鍵順控流程自動向下執行。
在中心執行一鍵順控時，調度自動化系統下發順控預置信令經正向隔離裝置經III區的SCADA事項服務器傳送至管理服務器，管理服務器自動調取刀閘對應監控點并聯動預置位，當管理服務器接收到刀閘遙信變位信號時，抓圖推送給智能分析設備啟動圖像智能分析，管理服務器以軟報文形式經通信服務器輸出刀閘分合閘狀態信號至SCADA事項服務器，SCADA事項服務器經反向隔離裝置輸出刀閘分合閘狀態信號至調度自動化系統。當雙位置遙信變位信號和圖像分析結果信號狀態一致時，完成分合閘位置“雙確認”，一鍵順控流程自動向下執行。
該功能適用于變電站運維站集控中心，為了對變電站設備的運行情況進行綜合分析，就需匯聚該設備的所有已集采數據。以AR設備為載體，在AR全景畫面上，可以添加各類數據，包括可見光圖像、熱成像圖像及溫度數據、第三方及自身采集的運行工況數據。這些數據通過設備標簽進行關聯，當點擊畫面上的設備標簽，彈出對應設備的關聯監控數據。當結構化監測數據出現異常時，在畫面中的數據顯示也會通過紅色進行告警。
基于大數據看板，對變電站的巡檢任務、溫度態勢、環境數據、事件報警等進行統計展示。
變電站實現了場景物聯，部署有智能攝像機、紅外熱成像、人臉識別一體機及各類非視頻傳感器。
視頻監控類設備具備智能感知功能，能夠在設備端實現安全帽檢測、防誤跑間隔檢測、吸煙檢測，并通過外接音柱報警或內置聲光報警，提醒現場人員及時停止違章行為。人臉識別一體機具備人臉比對功能，比對成功能夠聯動開門。
非視頻傳感器主要實現數據采集功能，依托動環監控報警主機，實現觸發報警、閥值越限報警，除了聯動打開對應的攝像機畫面、切換預置位、抓拍、錄像，還能聯動對應的智能設備啟動，調節站內運行環境，確保電氣設備穩定運行。在突發情況下，即使與調控中心通訊中斷，也能實現站內的邊緣智理。
前端系統
前端系統主要由視頻監控系統、在線監測系統、一鍵順控輔助系統、環境監控報警系統、消防報警系統、門禁可視對講系統等組成，實現對變電站現場圖像、視頻、音頻及各種環境信息采集、處理等功能，通過站端平臺進行統一接入、集中監控、信息匯聚、系統聯動，通過電力綜合數據網實現數據上送。
視頻監控系統由可見光監控子系統按、軌道機監控子系統按、熱成像監控子系統、智能分析設備、硬盤錄像機按需組成，智能分析設備將實現設備狀態分析、人員行為分析、環境狀態分析，視頻信息將被存儲到硬盤錄像機。
在線監測系統由在線測溫子系統和在線聽診子系統組成，溫度、音頻信息將被存儲到硬盤錄像機。
一鍵順控輔助系統通過軟報文方式把分析結果反饋至順控主機。
環境監控報警系統由環境監測子系統、智能控制子系統、安全防范子系統等組成，動環監控報警主機通過IO\4-20mA\RS485接入這些子系統，實現環境數據采集、報警信號輸入、控制信號輸出。
消防報警系統的核心是用戶信息傳輸裝置，能夠實現不同消防報警主機的協議統一轉換及遠傳中心。
門禁可視對講系統由人臉識別一體機、靈性鎖組成，實現變電站大門、主要設備間的人員出入管控，由人臉識別、中心遙控、鑰匙等方式開啟。當進入人員不在預設人臉庫中，可通過人臉識別一體機內置的可視對講功能呼叫調控中心遠程開門。當出現異常情況時，還可通過鑰匙開門。
系統介紹
運維人員進行現場巡視，對運行設備進行感觀的簡單的定性判斷，主要通過看、聞、聽、測、查等感官去實現的。為了減少路程時間的浪費，實現在線監測就很有必要，因此部署了在線測溫和在線聽診子系統。
在線測溫子系統
變電站采用在線式紅外熱成像后，可以實時自動巡視運行設備的溫度情況并按預先設定的預警值發出聲音報警信號，及時把報警信號上傳至調控中心，從而使值班人員“早發現、早處理”，用減少負荷或改變系統運行方式等手段，確保設備運行的安全，提高運行人員對設備缺陷的識別能力和預見性。
站端平臺通過NVR（和視頻監控系統復用）接入紅外熱成像，可對現場運行設備進行實時測溫、管理監測，真正實現溫度結構化、設備網絡化、預警智能化。
熱成像云臺
熱成像云臺支持左右旋轉、上下轉動，從而使紅外熱成像可以監測不同的區域，獲得不同監控目標的圖像和溫度。相較于熱成像球機，熱成像云臺有更大的上仰角，安裝在低位就可對高位設備進行測溫，比如主變套管、刀閘和管母的合閘處，安裝在低位更便于維護。
對于電纜層等空間狹小區域，采用軌道機搭載熱成像云臺。考慮到軌道機的承載，我們選用了雙光譜MINI云臺，熱成像圖像尺寸640*512，可見光選用200萬32倍白光攝像機。
熱成像卡片機
在變電站的開關室內，有很多高壓開關柜，都需要進行測溫。開關觸頭由于在柜內，為了實現更測溫，需要在柜內部署小型熱成像。方案采用的熱成像卡片機小成像距離 0.1m，視場角：90°× 66.4°，適用于柜內狹小空間安裝。
在線聽診子系統
系統在現場分布式部署AI拾音器、平臺集中化管理。考慮到現場環境復雜，現場部署了高保真拾音器，采用數字降噪處理、防水防風噪設計；AI拾音器自身能夠實現分貝、頻譜越限報警，采集的音頻信息存儲在NVR。站端平臺通過NVR接入AI拾音器，可對現場運行設備進行實時監聽、管理監測，真正實現音頻結構化、設備網絡化、預警智能化。
在線聽診子系統，經過長時間的數據學習和分類，才能將正常的聲音，自然界的聲音和異常的聲音較為完善的進行區分。階段，對設備進行遠程監聽，并實現設備異響的分貝、頻率越限報警，同時進行素材采集；第二階段，利用前期采集的素材，通過深度學習技術，訓練出各類故障的音頻檢測模型，進行項目應用及驗證，并在應用過程中進行算法迭代。
系統可采用集群對比分析方案：通過同臺主變不同方向同步呈現的頻譜曲線，能夠發現該變壓器的異常；通過多臺同型號變壓器同步呈現的頻譜曲線，能夠發現某臺變壓器的異常。
環境監控報警系統
系統介紹
環境監測、智能控制、安全防范等子系統部署在變電站內，但各系統獨立運行，無法發揮系統功能，同時也給維護和管理帶來了不便。為了實現多系統的綜合監控、集中管理，急需對各子系統進行集成。
動環監控報警主機是智慧變電站輔助設備全面監控系統的核心設備，通過IO\4-20mA\RS485接入環境監測、智能控制、安全防范等子系統，實現環境信息、報警信息實時處理、傳輸、存儲等功能。
門禁可視對講系統
系統介紹
傳統的出入口管制，都是通過物防（鑰匙）的方式進行管理，不但需要攜帶大量鑰匙（鑰匙一一對應）、權限無法區分（有鑰匙就可進入），而且存在不確定的人為因素（監守自盜）、突發情況下的不便性（沒鑰匙無法進入）。
門禁可視對講系統采用人臉識別一體機，給出入口帶來了全新的管理模式。本方案中的門禁子系統有別于傳統系統，集人臉識別技術和現代安全管理措施為一體，大大提高無人場所的實時監控能力和出入權限的管理能力。
系統組成
系統主要由人臉識別一體機、安全模塊、靈性鎖和門禁電源等組成，通過安裝在站室門口，從而實現對出入口的控制。
人臉識別一體機
人臉識別一體機是一款高性能、高可靠性的人臉識別類產品，依托深度學習算法，識別速度快、準確率更高，支持人臉識別（1：N）、指紋、IC卡多種驗證方式，門禁管理系統通過人臉識別一體機辯識人臉信息，使得只有經過授權的人臉信息才能進入受控的區域門組。
由于人臉庫采用定期更新的方式，可能出現新維護人員數據沒有被及時更新的問題，當出現該情況后，現場可采用內置的可視對講功能，呼叫調控中心。現場人員出示工作票及工作證，中心人員身份核實后，遠程遙控開啟門禁。
安全模塊
一體機模式下，為了確保設備被惡意破壞的情況下，門不被打開，需在室內部署安全模塊，把一體機485信號轉成I/O輸出給電鎖實現開門。
靈性鎖
門禁系統中鎖門的執行部件，本方案采用了靈性鎖，該設備采用先進的磁感應技術和機電智控技術于一體，除了通過門禁控制器斷電來實現開門，還支持手動旋鈕上/開鎖、機械鑰匙上/開鎖。設備自帶門磁功能，支持鎖狀態反饋輸出。配置原則
本方案中關鍵出入口（變電站、主控樓、主控室、繼保室、通信室、開關室等）都會部署一臺人臉識別一體機、一個安全模塊、一把靈性鎖，并根據需求匹配電源。
網絡系統
整個前端系統以網絡為主要傳輸通道，統一采用TCP/IP協議，視頻監控設備、在線監測設備、動環監控報警主機、用戶信息傳輸裝置、人臉識別一體機等統一接入網絡交換機，采用通用型的二層網絡交換機即可。
調控中心
智慧變電站輔助設備全面監控系統中，地市調控中心建設內容包括服務器、平臺管理軟件、工作站（運維站、調控中心）、視頻解碼拼控部分、大屏顯示部分等。系統拓撲圖如下所示：
地市調控中心是整個系統的核心，實現視頻圖像資源的匯聚、結構化數據分析與展示，并對視頻圖像資源進行統一管理和調度。其中，視頻綜合平臺完成視頻解碼上墻和圖像的拼接控制，通過高清大屏對高清視頻、可視化數據進行精彩展現，服務器部署智慧變電站輔助設備綜合監控平臺，工作站（運維站、調控中心）實現坐席監控。
同時地市調控中心還需保障系統來支撐平臺業務，為保障前端系統的監控質量，中心需具備完善的機房基礎保障和先進的網絡設備、豐富的網絡帶寬和光纖資源；為保障中心系統的網絡安全，應在中心系統與前端系統之間配置防火墻，通過定義安全策略來實現網絡安全。
現階段實際項目，用戶都單獨招平臺及配套服務器，其他設備另行招標。
平臺軟件
智慧變電站輔助設備綜合監控平臺Infovision iSubstation-Center是一套“集成化”、“智能化”的平臺，通過接入視頻監控、門禁管理、報警檢測、設備遠程巡視、生產復核、設備溫度監控等系統的設備，獲取邊緣節點數據，實現安防信息化集成與聯動。智慧變電站輔助設備綜合監控平臺基于“統一軟件技術架構”先進理念設計，采用業務組件化技術，滿足平臺在業務上的彈性擴展。該平臺適用于全行業通用綜合安防業務，對各系統資源進行了整合和集中管理，實現統一部署、統一配置、統一管理和統一調度。
智慧變電站輔助設備綜合監控平臺采用組件架構，每個組件承擔不同能力，從能力上分為共性業務組件、通用服務組件、基礎環境組件。在通用服務組件之上，包括安防業務組件和智慧業務組件，業務組件依賴通用服務組件及基礎環境組件的能力。
