王小霞， 刘义博

（三门峡电力设计有限责任公司， 河南 三门峡 472000）

集成应用物联网、虚拟现实技术在变电站辅助控制系统中，将极大地丰富智能变电站辅助控制系统的内涵，提升智能变电站全站全景全息的信息化水平，实现安防消防监控、环境监控、动力监测、运行辅助、检修辅助、运行状态监视、预报警等系统的集成应用和联动控制、资产管理等功能，提高变电站的智能化水平，可为电网安全运行提供决策技术支撑。

1.1 物联网技术模型的建立

输变电设备物联网整体架构分为四个层级：感知层、网络层、平台层和应用层。以户外变电和户内变电站涉及到的小室为模型，构建物联网框架模型，综合论述每个小室的设备布置和功能需求。

1）感知层：主要包含采集上传站内环境信息的各种传感器以及执行下行命令的执行终端。传感器主要包括水浸探测器、水位传感器、微气象传感器、室内温湿度传感器、红外双鉴探测器、视频监控摄像机、SF6气体探测器、感温电缆、感烟电缆以及烟感探测器、温感探测器等，执行终端如排风机、水泵、声光报警器、语音系统等。

2）网络层：站内传感器监测到的数据均传输至辅助设备控制主机，可经过规约转换与变电站三维模型系统对接，一种是模拟显示采集到的环境信息，另一种是直接将采集画面投射到模型中，方便运维人员快速定位异常告警位置。

3）平台层：辅助智能控制主机与站内智能巡视主机实现互联通信，辅助控制系统重要告警信息传送至站内监控系统。

4）应用层：变电站辅助系统监控平台、三维展示平台、自动巡检系统、图像智能分析与决策系统通过规约转换，实现信息融合共享、人机交互、设备环境状态全面感知、故障快速反应、信息高效处理的便捷功能，为电网安全运行提供决策技术支撑。

1.2 变电站物联网技术方案设计

以110 kV 及以上电压等级变电站为例，全站配置1 套辅助设备智能监控系统，对变电站辅助设备进行监视和控制，包括一次设备在线监测子系统、火灾消防子系统、安全防卫子系统、动环子系统、智能锁控子系统以及智能巡视子系统等。

1.2.1 变电站辅助控制系统设备配置

1）一次设备在线监测子系统：主变压器配置1 台油中溶解气体监测器、铁芯/夹件接地电流在线监测IED；
避雷器泄漏电流表计；
配电装置室进线柜、分段柜等电流空气绝缘开关柜触头温度；
主变压器油面温度、油位；
断路器绝缘气体密度表计。

2）图像监视子系统：全站配置全景摄像机2 台，根据机位高度对角布置，覆盖全站场区变化情景。其他设备间如二次设备室、配电装置室、配电装置区等均配置球机，室内可挂墙安装，室外可立杆安装。按照所监视设备的高度采用匹配的机位。蓄电池室应配置防爆型室内快球。

3）火灾告警子系统：变电站内设备间均需配置感烟、感温探测器。在GIS 室、高压配电装置室布置点型高燕火灾探测器时，还需考虑梁突出顶棚的影响，数量应符合GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》。电缆夹层、电缆沟、电缆竖井、电缆桥架等不适宜安装点型探测器的场所配置缆式线型感温火灾探测器。

4）安全防卫子系统：变电站进站大门处不少于一对红外对射探测器，围墙四周可设置电子围栏或按墙设置红外双鉴探测器，采集站内周界入侵告警信息并联动声光警报系统，并支持远方遥控解除警报及密码解除警报功能。变电站设备间门禁系统支持多种开门方式，满足远程控制开门、密码开门、刷卡开门等多种需求。

5）动环子系统：变电站楼顶设置1 套微气象传感器，采集风速、湿度等环境信息；
汇控柜内温湿度信息通过温湿度传感器采集上传。空调、除湿机、风机、水泵等设备的状态信息能传送至辅控系统，便于分析站内设备情况，为后期其他项目进行提供数据参考。

6）智能巡视子系统：包括智能巡视主机、机器人、视频监控设备、充电房，实现数据采集、自动巡视、信息整合、远程操作功能。

1.2.2 变电站物联网传感器终端配置方案

智能传感器终端由外围接口模块、数据处理模块、网络传输模块和电源模块组成。物联网终端基本由外围感知接口、中央处理模块、数据处理模块、网络传输模块和电源模块组成。

对于一次设备在线监测子系统，油中溶解气体以及主变油面温度、油位等信息可以通过控制电缆传送至显示器，或通过转码传送至测控装置，从而逐步上传至计算机监控系统。避雷器泄漏电流等表计数据能够被同时传送至计算机监控后台和智能辅助监控系统后台，或者监控后台与辅助监控系统按照变电站分区原则，经防火墙后共享部分信息。针对异常信息，联动智能巡视系统前去确认核实表计信息，双回采集通道确认数据异常，及时上报远端运维班站。极大减轻了运维工作量，提高了工作效率。

当火灾报警子系统异常告警时，辅助控制系统后台通过联动监控摄像机扫描异常情况；
对于室内火警信息，辅控后台还应能够联动风机的控制回路，风机就地启动与远方控制启动宜采用互相独立的方式。

1.2.3 基于物联网技术的一键顺控

一键顺控技术通过采集本间隔电流、电压、开关位置状态信息综合判别开关位置状态，线路运行状态，不依赖于就地开关辅助接点和开关状态显示器来判别开关状态信息，从而为倒闸操作等提供了可靠的数据支撑，使操作人员远离可能的危险区域，保障人的生命财产安全。另一方面可以通过视频监控子系统和巡视机器人远程查看现场设备操作状态，节省了人力物力。一键顺控技术的发展，减少了硬接点闭锁相关刀闸控制回路电缆的接线，减少了施工时间和降低施工难度，缩短了施工工期，降低了人力、物力成本以及由于人的不确定因素造成的失误。

1.2.4 基于物联网技术的变电站智能巡检

在变电站配置巡检机器人，建立机器人巡检通道，巡检机器人通过无线将自身采集的视频信息传输至监控系统，开展站内智能巡检。对于视频监控系统盲区或者信息传输盲区，巡视系统机器人进行巡视时，应能采集规划路径的站内设备环境信息，可对接站内三维系统模型，当状态量异常时，平台自动融合边缘计算结果、不良工况等运检系统数据，判别设备是否存在缺陷以及缺陷的种类和严重程度，将异常信息投放到三维模型中提示运维集控中心人员进行处理。

1.2.5 基于物联网技术的变电站设备故障智能决策

基于设备状态信息数据库、设备故障案例样本数据库及相关规程，应用智能推理以及设备状态大数据等智能分析技术与专家经验进行数据联合驱动，制定完善设备特征状态量与故障设备之间的判断规则，搭建模拟决策平台，形成应急决策、试验决策、检修决策模型，建立基于多维故障信息的变电站设备故障智能决策系统。通过决策平台预估决策结果，根据状态信息层级报送不同的处理层。

1.3 环境监测子系统与物联网技术的融合

变电站内电缆沟不仅考虑自然排水系统，还要考虑大暴雨天气下水流的影响。在水浸探测器探测到站内水位变化较快时，结合物联网平台天气预报数据能够自动模糊计算模拟变电站排水系统的安全性，在积水对站内设备造成威胁时能够自动启动关键部位水泵，排除站内积水隐患。变电站辅助控制系统参考智能家居系统控制方式，在人员到达变电站现场前，遥控开启GIS 室等散发有害气体的小室风机，确保人员生命财产安全。

2.1 一体化信息平台的基本配置

一体化信息平台作为变电站的统一数据基础平台，从站控层网络直接采集SCADA 数据、保护信息等数据，宜直接采集电能、故障录波、设备状态监测。一键顺控、智能告警及故障信息综合分析决策、设备状态可视化、支撑经济运行与优化控制等高级应用的拓展依托于一体化信息平台。

2.2 智能辅助控制系统平台的延伸

单个独立的变电站各自的监控系统自成信息，作为出事故时调看监控使用，虽然可作为排查隐患的事后排查行为，但是延伸智能辅助控制系统后台功能，拓展其事前预防行为是今后研究的方向。建立集中运维监控平台，汇聚站内关键设备部分信息，让值班巡视人员坐在监控室里就能实时掌握设备运行状况信息。另一方面，值班巡视人员配合视频监控子系统远方操作变电站大门的启开，通过不同的视频监控摄像机掌握现场人员的动向，对于超出安全活动范围的人员给予语音提示。

2.3 智能监视子系统的网络构建

鉴于智能手机的轻巧化和智能化，可将摄像头集成智能手机功能，摄像头图像可以储存在本身的存储器中，也可以上传至站内辅助系统监控后台机内，通过后台机上传至一体化运维控制平台。每个监控摄像机既是一个独立的存储系统，可以较长时间的存储数据，后信息自动周期性覆盖前信息。辅助监控系统后台作为监控信息汇聚点，既可上传信息至运维控制平台，也能储存图像信息。每个监控摄像头同时搭接物联网平台，视频监控信息问答式协议或通过WiFi 发送至一体化运维平台。各个变电站的信息汇聚至一体化运维平台，降低人员运行维护巡视成本。

智能辅助控制系统主机电源正常情况下采用站内交流电源，极端情况下智能辅助控制系统也可考虑采用UPS 电源供电，在检修人员未达到变电站时，辅助控制系统数据远传至运维中心辅助控制系统总监控平台，通过平台数据综合分析可能发生的次生灾害事故，保障现场运行维护人员的工作安全。

1）促进电网更加安全可靠，全面提升电网的感知能力、互动水平、运行效率和自愈能力，使设备管理更高效、调度控制更灵活，电网运行更安全。

2）通过智能辅助控制系统传感器的布置，感知设备的运行状况及环境信息，模拟潜在的不安全状态，捕捉潜在的不稳定因素，为评估设备状态提供可靠的依据。智能辅助控制系统搭载智能手机芯片手机信息，一方面通过传统线路上传数据，另一方通过5G基站加密协议传输数据至云后台。

3）通过开放电网基础资源，与政府、通信企业实现共享各类社会资源，支撑设备、数据、服务的互联互通，推动各产业健康协调发展，实现互利共赢。

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