摘要：随着电力体制的深化改革，智能变电站已得到大力推广，传统变电站建设、运行、检修模式正逐渐向无人值守变电站转变。然而，目前变电站的生产模式仍较大程度地依靠人力开展，例如：多项设备状态数据仍依靠手工抄录、施工现场作业风险管控依靠人力旁站监护、程序化操作完成度、线路跳闸信息、设备故障跳闸后，相关一次设备与保护状态信息仍需要运行人员到站获取等。本论文拟在站内搭建无人值守变电站智慧生产安全管控系统，利用“人工智能算法+低成本监控摄像头+多样化现场传感器”，建设站端“变电站智慧生产安全管控系统”，实现变电站设备巡检业务的自动化实现，并结合“人工智能”技术，实现作业安全监督及操作设备状态校核，达到“智能巡视、智能安全”的高效生产的目标，提升变电生产管控的穿透力，提升现场工作质量和效率，实现解放生产力，缓解变电运维专业结构性缺员等问题。
关键词：无人值守；先进传感器；人工智能
Intelligent substation construction based on Internet of things and biometric technology
LeiHongJie
（Foshan Electric Power Design Institute Co., Ltd 52800,China）
ABSTRACT: With the deepening reform of power system, intelligent substation has been vigorously promoted, and the traditional mode of substation construction, operation and maintenance is gradually changing to unattended substation. However, at present, the production mode of the substation still relies on human resources to a large extent, for example, a number of equipment status data still rely on manual transcription, construction site operation risk management and control rely on human side station monitoring, procedural operation completion, line trip information, equipment fault tripping, relevant primary equipment and protection status information still need to be obtained by the operators. This paper proposes to build the intelligent production safety management and control system of unattended substation in the station, using "artificial intelligence algorithm + low-cost monitoring camera + diversified field sensors" to build the "intelligent production safety management and control system of substation" at the end of the station, to realize the automation of inspection of substation equipment, and to realize the operation safety supervision and operation in combination with "artificial intelligence" technology Check the equipment status to achieve the goal of "intelligent inspection, intelligent safety" and efficient production, improve the penetration of substation production management and control, improve the quality and efficiency of field work, realize the liberation of productivity, and alleviate the structural shortage of personnel in substation operation and maintenance discipline.
KEY WORDS：unattended operation；Advanced sensors；Artificial intelligence；
0 引言
随着电力体制的深化改革，无人值守模式已得到大力推广，传统变电站建设、运行、检修模式正逐渐向智能变电站转变。电网公司提出以“智能装备、智慧运行”为发展路径，深化智能技术在变电生产领域的落地应用。然而，目前变电站的生产模式仍较大程度地依靠人力开展，例如：多项设备状态数据仍依靠手工抄录、施工现场作业风险管控依靠人力旁站监护、程序化操作完成度、线路跳闸信息、设备故障跳闸后，相关一次设备与保护状态信息仍需要运行人员到站获取。随着当前人力资源愈发珍贵，“机器代人”已成趋势，对变电管理所数量最多的110kV变电站生产工作进行梳理，依靠当前成熟度高的技术手段，对重复性高、耗时长的作业场景进行“机器代人”的有益探索。
本设计以110kV室内GIS变电站为例，站内设备集成度高，一次设备自动化程度高，但是其他辅助生产设备相对较落后，譬如站内设备巡视主要是人工巡检方式，综合运用感官以及一些配套的检测仪器对变电设备进行以简单定性判断为主的检查，该方式存在劳动强度大、检测质量分散、主观因素多等缺陷。另外，该站未安装智能化门禁，对于进站人员的管控仍采用安保人员核查登记的方式进行，管理上存在一定的漏洞。
本设计以110kV室内GIS变电站试点搭建无人值守变电站智慧生产安全管控系统,利用“人工智能算法+低成本监控摄像头+多样化现场传感器”，建设站端“变电站智慧生产安全管控系统”，实现变电站设备巡检业务的自动化实现，并结合“人工智能”技术，实现作业安全监督及操作设备状态校核，达到“智能巡视、智能安全”的高效生产的目标，提升变电生产管控的穿透力，提升现场工作质量和效率。
智能巡视：将深度学习、模式识别、神经网络技术应用到变电巡视过程中，使用摄像头对图像表计读数识别、开关分合状态识别、监测图谱信息进行自动监测识别，替代人工表计读数抄录、试验记录等，减轻运维工作量。
智能安全：道闸操作方面，通过一次关键设备重点监测、二次保护信息及时获取实现程序化操作完成度确认，线路跳闸或站内设备故障跳闸后，及时向中心站运检人员反馈现场设备信息。现场作业管控方面，将智能视频分析技术、定位技术、智能门禁技术覆盖至站内工作的整个流程和区域，针对人员资质审核、作业现场监管、在线防误、关键节点管控以及安全辅助等安全管控领域，通过智能视频分析技术及辅助设备来自动实现，改变传统管控方式，取代传统安全管控方式，实现风险管控一线贯穿的目标。
1 系统架构设计
本设计以110kV室内GIS变电站试点，梳理现场耗时长、可“机器代人”的工作，用信息化技术提升变电站设备的智能化运维水平，最大限度的减少一线运行人员的工作强度。试点站采用“一核心、多模块”模式建立，一核心是搭建站端统一的“无人值守变电站智慧生产安全管控系统”，为运维人员提供变电站全业务信息与智能辅助应用；多模块是根据现场工作的实际需求增加的系统功能模块，本系统包含的功能模块主要有：智能视频分析模块、设备状态在线检测模块、智能门禁模块、高精度定位模块。各部分的网络架构图如下所示：
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2 通信与网络设计
本期建设通信网络采用现有的调度数据网和综合数据网为网络通道，结合现有的两票系统进行接口功能性开发，并在试点站进行数据的统一和规范，通过防火墙和正反向隔离装置实现数据的传输。数据在变电站利用交换机经防火墙传输至综合数据网，业务系统主站经防火墙接收和下发相关数据。
试点站端改造内容主要包括：站端主机平台搭建、智能门禁系统改造接入、站内智能视频系统改造接入、高精度定位系统建设接入、设备状态自动巡检模块的建设接入等内容。
1）站端主机平台搭建
试点站管控系统主机平台设计部署在变电站保护室内，独立设置屏柜部署平台核心装置，包括数据服务器、视频分析装置、交换机、移动摄像头服务器等设备。站端设置独立工作站，提供人机交互，运维中心及局方相关领导可可通过内部数据网计算机访问，交互展示界面主要为WEB界面。
2）智能门禁系统改造
在保护室屏柜处安装智能门禁系统子站交换机、数据采集装置，在各通道及功能室门安装智能门禁机及电控门锁装置，两者之间通过有线网络进行连接，智能门禁机与电控门锁使用220v交流电供电。
3）高精度定位系统建设接入
该系统主要涉及到在站内各区域布置UWB无线定位雷达基站，雷达基站通过有线网络汇集到保护室的交换机，并接入定位解读服务器，定位解读服务器通过网络接口与管控平台数据服务器进行数据交互，将现场定位信息回传到平台。
现场进站人员佩戴的安全帽上外挂定位微标签，离站后交还巡维中心。
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4）智能视频系统改造接入
站内原有视频监控部分，采用流媒体服务，以网络接口方式接入管控平台的交换机即可，非标设备采用厂家SDK开发实现接入。
新增移动式摄像头主要包括现场轨道的布设及摄像头采集点位的设置，根据现场情况的不同，可选择墙壁导轨、吊顶式导轨安装两种方式，轨道内部有供电装置为移动摄像头进行供电，网络传输采用有线方式连接。前端摄像头的数字信号通过系统内部的通讯通道进入接口控制箱，再通过网线接入后台服务器，服务器经过交换机/路由器接入管控平台。
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该系统的建设接入主要包括对现场设备的改造和主站平台软件的接入。现场设备的改造部分，设计应用的传感器采用低功耗设计，可采用内部电池供电与外接电源供电两种供电模式，与智能网关之间的连接采用lora无线通讯方式进行数据交互。智能网关采用交流220v电源供电，通过有线网络的方式连接管控平台的交换机，实现数据的采集和展示。
本设计预估每个变电站需要提供20M的数据传输通道，其数据接入综合数据网时采用本期部署的防火墙进行安全防护。系统数据设计安全，可靠，用户对数据的操作只限于被授予的权限范围。系统在向合法用户提供服务的同时，能够阻止非授权用户使用或拒绝服务。
本设计网络安全防护从结构安全、访问控制、网络设备防护等方面提供支撑。具体内容主要包括：
（1）结构安全
智慧生产管控系统与生产运行相关控制系统网络应实现物理隔离，两网之间的信息交换通过符合电力系统要求的单向隔离装置。智慧生产管控系统主要运行在III区内部网络，通过移动公网接入的，需要在外部网络部署移动应用接入服务器，内网与外网之间的信息交换通过防火墙和安全隔离进行安全隔离。智慧生产管控系统内部网络中的应用服务器的业务处理能力具备冗余空间，满足业务高峰期需要。
（2）访问控制
系统在内网和外网边界部署访问控制设备，启用访问控制功能。根据会话状态信息为数据流提供明确的允许/拒绝访问的能力，控制粒度为端口级。按用户和系统之间的允许访问规则，决定允许或拒绝用户对的资源访问，控制用户。以拨号或VPN等方式接入网络的，应采用强认证方式，并对用户访问权限进行严格控制。同时限制具有拨号、VPN等访问权限的用户数量。
（3）网络设备防护
系统对登录网络设备的用户进行身份鉴别。系统对网络设备的管理员登录地址进行限制，满足网络设备标识唯一；同一网络设备的用户标识唯一；禁止多个人员共用一个帐号。身份鉴别信息不易被冒用，口令复杂度满足要求并定期更换。系统具有登录失败处理功能，当登录失败后结束会话，并当网络登录连接超时自动退出。当对系统硬件设备进行远程管理时，采用必要措施防止鉴别信息在网络传输过程中被窃听。
3 结束语
本设计试点站搭建无人值守变电站智慧生产安全管控系统,利用“人工智能算法+低成本监控摄像头+多样化现场传感器”，建设站端“变电站智慧生产安全管控系统”，实现变电站设备巡检业务的自动化实现，并结合“人工智能”技术，最终实现了作业安全监督及操作设备状态校核，达到了“智能巡视、智能安全”的高效生产的目标，提升了变电生产管控的穿透力，提升了现场工作质量和效率。
参 考 文 献
[1]吕学军.浅析无人值守变电站的运维管理技术[J].通讯世界，2015，23:215.
[2]李伟，李静.浅谈无人值守变电站的维护管理模式[J].现代工业经济和信息化，2016，04:93-94+103.
[3]陈潇，黄炜昭.浅谈无人值守变电站创新管理的具体策略[J].中国电力教育，2014，33:150-151.