适于大运行模式的变电站辅助控制系统集成设计.pdf

技 术 与 应 用 适于大运行模式的变电站辅助控制 系统集成设计 魏 勇 杨 东海 刘 星 苏陆军 马晨 曦 ( 许继电气股份有限公司，河南 许昌4 6 1 0 0 0) 摘要 本文结合国家电网公司大运行模 式下对变电站辅助控制系统的要求，进行 了适用于大 运行模式下无人值班、远方集中监视及运维特点的变电站辅助控制系统，智能一体化功能设计和 辅助控制系统软件设计，定义 了系统的框架结构 ，重点对分布 式大系统的网省级软件设计技术、 灵活逻辑联动技术、智能视频分析技术、可靠性设计技术等几项关键设计技术进行 了详细的阐述 ， 本系统 已在多个实际的变电站监控系统工程 中得到成功应用 。 关键词：变电站；辅助控制系统；大型系统软件设计；逻辑联动；视频分析；可靠性设计 I nt e g r a t e d S y s t e m De s i g n o f Aux i l i a r y S CADA S y s t e m f o r S ubs t a t i o n i n I n t e g r a t e d Op e r a t i n g M o d e We i Y o n g Y a n gDo n g h a i Li uXi n g S uLu j u n Ma C h e n x i ( xJ E l e c t r i c C o r p o r a t i o n L i mi t e d ， H e n a n X u c h a n g 4 6 1 0 0 0 ) Abs t r a c t Th i s p a p e r r e s e a r c h o n t he i n t e g r a t e d f u nc t i o n d e s i g n o f a ux i l i a r y SCADA s y s t e m f o r s u b s t a t i o n c o mbi n e d wi t h t h e r e q u i r e me n t s o f a u xi l i a r y S CADA i n i nt e g r a t e d o pe r a t i ng mod e ，d e fine s t he s ys t e m s t r uc t u r e ， a n d a l s o f o c us o n t he d e s i g n o f p r o v i nc e l e v e l S CADA s o f t wa r e ，fle x i b l e l o g i c a l j o i n t a c t i o n t e c h n o l o g y ,i n t e l l i g e n t v i d e o a n a l y s i s t e c h n o l o g y， r e l i a b i l i t y d e s i g n t e c h n o l o g y e t c ，t h e s y s t e m h a s b e e n s u c c e s s f u l l y a p p l i e d i n s e v e r a l s u b s t a t i o n S C A DA p r o j e c t s Ke y w o r d s ： s u b s t a t i o n ； a u x i l i a r y S C AD A s y s t e m； l a r g e s c a l e s o f t wa r e s y s t e m d e s i g n ； j o i n t a c t i o n ； vi de o a n a l y s i s ； r e l i a b i l i t y d e s i g n 变 电站 是 电 网的重要 基础 节 点，通 过配 置监 控 系统 ( S C A D A) ，实现 了全 站 “ 四遥 ”及继 电保 护 信息的监视与控制、信息远传，为保障变电站的安 全运行发挥 了重要作用_ 1 。除此之外 ，在变 电站还 部署视频监控系统、动力环境监测系统、空调通风 系统 、给排水系统 、火灾 自动报警及消防系统等辅 助 生产系 统【 2 4 J ，目前这 些系 统依然 是各 自独立 、分 散的小型 自动化装置，未实现多维度变电站运行及 监测信息的智能集成应用，这些零散的信息往往需 要耗 费变电站运行值班人员更多的精力来关注、理 解和处理，导致这些孤立的小系统普遍存在实用化 程度不高的问题 。随着国家电网公司大运行模式的 深入实践，通过对原有的变电监控 以及运维管理全 面的分离，业务一定程度 的整合，实现 了变 电站监 控 的一体化 管 控 ，使 变 电站 故障 处理 的效 率 以及 日 6 0 霹 囊 |I 藏 贰 2 0 1 5 1 期 常的操作效率得到较大程度上 的提 引 。 为适应“ 远 程 、无人值班”的大运行模式下变 电站智能运维管 理要求，有必要整合变 电站现有的分散安装配置的 辅助生产小系统， 构建统一的变 电站辅助控制系统。 国家 电网公司颁布了相应的技术规范【 6 】 ，明确要求 在变 电站新建和改造站建设中摈弃原有的分散建设 模式 ，采用统的变电站辅助控制系统模式，该系 统和变电站原有 的 S C A DA 系统协 同工作，实现变 电站 信 息的全 息监控 。 本文将在分析变电站辅助控制系统各子系统业 务需求的基础上， 结合相关技术规范要求， 本着 “ 数 据集成 、智能分析、综合决策、可视操控 ”的设计 理念，进行适于大运行模式下的变 电站辅助控制系 统一体化集成设计 。 技 术 与 应 用 子系统交互实现对变 电站现场视频及其他各种生产 信 息 的采 集 、处理 、监控 。 3 关键设 计 3 1 网省级 大型 主站软 件设计 网省 级主 站软件 系 统采 用层 次化 、模块 化 的结 构和面向对象 的设计思想。在数据库设计方面，采 用分布式数据库技术，提供大容量、高效率数据吞 吐访 问；在高速实时数据访 问方面，采用可适应不 同网络环境的流媒体转发技术，并灵活支持单播、 广播、组播等方式；在客户端交互方面，采用 电子 地图技术，方便使用者监视及操控 ；在数据接 口方 面，提供 C S 、B S访问方式，实现不同厂家的前端 系统与其他系统的信息交互。 客户端软件完成系统配置、设备控制、实时查 看 、历 史浏览 等用 户界 面交 互功 能 。前端 系统 既可 以安 装在辅 控主 机 内，也 可 以安装在 其他 的 P C上 。 服务软件完成与外 围设备连接、数据采集、日 志记录、与客户端通信等核心功能；服务端软件安 装 于辅控 主机 内，主 机启 动后 自动运行 。 客户端与服务端可以完全分开单独安装在独立 的机器上运行 ， 一个服务端可以被多个客户端连接， 一 个 客户端 也可 以分别 与不 同的服务 端连接 。 3 2 灵 活逻辑 联动设 计 变电站辅控系统经常需要根据不同外界参量的 动态变化来实时地进行各种调节和控制操作，常见 的做法是通过在辅控软件中固化某些程序化的流程 操控指令来实现，在实际应用过程中发现现场的联 动逻 辑 千差万 别 且在 随时都 需要 变化 ，这 就导 致 了 原 有 的辅控 系统 的逻辑 联 动功 能不 实用 ，为解 决此 问题， 本系统采用了“ 联动逻辑模板+ 逻辑脚本引擎” 技术，解决此问题，即通过预定义 ( 用户可编辑和 扩充)的 “ 联动逻辑模板 ”技术实现常见联动逻辑 的快捷实现 ，通过 “ 逻辑脚本引擎 ”来实现个性化 的 、非规则 的 、复杂 的用户逻 辑联 动控制 。 智 能 型变 电站辅 控系 统可 实现 对每 一设 备 的具 体动作都可以设置触发条件，从而实现系统之间的 灵活的、广泛的联动逻辑控制 ，主要包括 ： 1 )当入侵行为触发报警时， 相关摄像机 自动凝 视侵 入 目标 ，并 可启 动录 像功 能 ( 光线不 足 时可 自 动打开灯具) 。同时可启动声光报警器，监控界面 自 动 推 出报 警 窗 口，并配合 电子地 图显 示 。 2 )当水 浸监测 到 电缆沟 高液位 时 ，能 自动启动 6 2 I 电 舞 |l 技 术 2 o l 5 1 期 给 排水系 统 。 3 )变电站环境量可以设置报警阀值，当温湿度 越限时，监控界面 自动给出报警信息，同时 自动启 动 通风 系统 、空调 系统或 者加热 器 。 4 )S F 发生泄漏时，系统对风机控制器发 出排 风指 令 ，启动 声光报 警 ； 当有 人进 入操 作室 时 ，红 外监测节点感知到信号，并 自动启动风机。 5 )发生火灾报警时，联动相关的视频监视系统 摄像头，自动推出报警画面。系统联动 闭锁空调 、 风机，防止火灾蔓延，自动打开所有门禁保证人员顺 利疏散；同时可与 自动消防系统联动， 启动灭火设备。 6 ) 正常刷 卡开 门 、 密码开 门、 出 门按钮 开 门时 ， 调整到相关摄像机的预置位并录像和 ( 或)拍照， 且录像时间可设：夜间时自动打开相应的灯光，且 灯 光 持续 时间可 设 。非法刷 卡 、非 法密 码开 门时 ， 调整相关摄像机 的预置位并录像和 ( 或)拍照， H 录像时间可设；夜问时 自动打开相应的灯光，且灯 光持 续 时间可 设 ；同时 启动相 应 的声光 报警 器 ，且 报警 持续 时间可 设 。 7 )照 明控 制系 统 的联 动 。照 明控制系 统 与视频 监视系统、火灾报警系统、安全防范系统等多个系 统实现联动，实现 了夜 间和光线照度不够时提供足 够 的光线 亮度 。 8 ， )与 S C AD A 系统进 行联动 。在 操作 开关 、刀 闸或 发生事 故跳 闸时可 以联动 周 围的 多个摄 像机 ， 自动将摄像机对准到相关设备，实现多角度视频信 息的实时监控，并对整个操作过程进行全程录像。 操作 后开 关刀 闸是 否到 位 ，可 以 由系统 运用 智 能视 频分析 ( I Vs ) 技术， 将操作结果返回 S C A DA系统， 供操作人员参考 。 3 3 智能 视频分 析设计 智 能型变 电站辅控 系统 的视 频监 控部 分主 要负 责对全站主要电气设备、安装地点及周边环境进行 全 天候 的视 频监 视 。除 了常规视 频监 控外 ， 一般 需 要 对变 电站 内的多个 监控 区域进 行 实 时图像 的编解 码 和数 据传 输及 多 窗 口视 频 图像 展 示 ，数 据运 算量 非常大 ，辅控主机运算性能不足 时容易产生发热、 图像卡顿、甚至死机等问题，是辅控系统的关键技术 难点，本系统采用智能视频分析技术解决上述问题。 本系统采用第三代网络数字视频监控技术，以 嵌入式网络视频录像机 ( Dv R)为核心。使用专用 视频压缩芯片，采用 H 2 6 4压缩方式，视频压缩效 率 高 ，网络 占用 带宽低 。采用 国际通 用 的图像 存储 格 式 进行 图像 记 录和 存 储 ，音 频 压缩 标准 采用 I T u T G 7 1 1 标准。 视频信号制式采用符合 国家标准 的视频制式 ( P AL ) ，图像清晰度在 5 4 0 T VL以上。 同时在辅控系统综合监控平台显示功能中，各种菜 单、说明都为中文显示。为最大程度保证平 台的视 频监控效果，视频不采用二次及以上压缩，即从变 电站前端压缩编码到各级终端解压回显 ，中间过程 不再 有其 他任何 形 式的压 缩编码 。 本系统设计了智能视频分析功能，通过配置视 频分析服务器 ，根据命令启动摄像机预置位 ，采集 监视对象的视频画面。可以对 “ 穿越警戒面、进入 区域 、离 开区域 、区域入侵 、物 品拿取放 置 、徘徊 、 人员聚集、非法停车、快速移动 ”等视频场景进行 智能视频分析，在指定时间内进行数据分析，并进 行模型 比对 ，分析结果可 以是模型数据、分析 图片 或视 频 片段 。 3 4 可靠性设计 1 )防雷。对于支架安装的摄像机，由于位置较 高，可能会受到直击雷的危害，因此系统设计安装 避雷 针 。避 雷针 的架 设综 合考 虑周 边环 境 因素 ，确 保视 频 监控 前端 设备 ( 摄 像机 、终端 盒 )处于 直击 雷防护范围内。摄像机外壳、摄像机支架及场地终 端盒等进行可靠接地，并接入变 电站接地系统。为 进一步提高系统的抗雷击能力，除设备设计考虑具 备防 雷功 能外 ， 电源线 也 设计满 足 三级 防雷 要求 ， 对弱 电线路采取防浪涌措施，各类可能引入雷击的线 缆加装各种防雷器。 对于模拟摄像机， 采用三合一 ( 电 源、视频、R S 4 8 5线缆)防雷器；对于网络摄像机， 采用单相电源防雷器及机架式网络信号防雷器。 2 ) 抗干扰。变 电站易辅助控制系统易受干扰的 信号主要包括：视频信号、控制信号及数字信号。 一 般 干扰 信 号可通 过 网线 、RS 4 8 5通信 线 、同轴 电 缆进入系统， 本系统的抗干扰设计从 以下方面考虑： ( 1 ) 系 统采用 的设备均 按工 业标 准设 计 ，增强 抗 强 电磁干 扰 能力 。 ( 2 )设备采用屏蔽措施增强设备的抗干扰能 力 ，场地终端盒及摄像机采用全金属外壳，并可靠 接 地 。 ( 3 )设备可靠接地，将工作地和保护地严格分 开 。 ( 4 )传输通道采用光缆，光缆的不导电性可有 效的避免来 自变 电站环境的各种 电磁干扰 、雷击和 浪涌过 电压、操作过电压及静 电干扰等 。 技 术 与 应 用 3 )电源供 电。为保障系统可靠运行 ，应提高变 电站 的供 电可靠 性 ，具 体措 施是 ： ( 1 )系统监控屏体采用专用 2 2 0 V 5 0 Hz交流 电源 回路 ， 不 与空调 等大 负荷用 电装 置在 同 回路 。 ( 2 ) 变 电站场 地监控 点 的 电源 由监控 系统 屏集 中配送 ，每路 电缆出线和空开上都需有标签详细说 明，便于维护、检修。 ( 3 )摄像机供电线路采用截面不小于1 5 m m 电缆线路， 电源供电回路具备防雷和防过电压能力。 4 结 论 本文结合现阶段国家电网公司三集五大发展战 略背景下对大运行模式的要求，实现 了变 电站辅助 控 制系 统 的集 成 化设计 ，高度整 合变 电站 所有 辅助 生产 子 系统 ，除 了强 调各个 子系 统之 间 的信 息共享 和信息互动之外 ，还在 多个 维度 与其他 系统进行 信息 整合，纵向与网省级主站的信息交互，横向与变电站 自动化系统 ( S C AD A系统) 的信息交互、 信息互动， 通过大