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基于智能变电站的巡检技术和经济效益研究

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：唐昊1 李勇杰2 唐乐3

[导读] 摘要：近年来，随着电网建设的高速发展，变电站也逐渐向自动化、智能化方向转型。

        （1.南水北调中线信息科技有限公司北京市 100000；
        2.国网河南省电力公司经济技术研究院河南郑州 450000；
        3.南水北调中线干线工程建设管理局河南分局河南郑州 450000）
        摘要：近年来，随着电网建设的高速发展，变电站也逐渐向自动化、智能化方向转型。智能变电站具备无人巡检、设备状态实时监测、故障提前告警等优势，极大的方便了现场的设备管理，大大减少了人力成本，具有广阔的研究发展前景。
        关键词：智能变电站；状态检测；经济效益
        1.引言
        根据国家电网公司智能电网建设的整体部署,各省电网公司在十二五期间积极部署智能变电站的研究和试点建设。智能变电站由传统的电力一次设备和感知探测系统、信息传输系统、后台分析系统组成。目前ＳＣＡＤＡ三遥远动系统（遥信、遥测、遥控）已经成熟的运用在各类电力系统中，而加入了智能巡检系统的智能变电站给电力系统的电房无人值守带来可能。
        目前现场的变电站存在数量较多、分布较广，具有分散、地理环境情况变化多端、覆盖面广、用户众多，容易受用户增容和城市建设影响等特点。对配电设备的运行环境进行监控的传统的解决方案就是分别安装环网柜、开关柜、变压器等监测设置，以及报警、视频以及环境监控等系统等，但是这些系统具有如下问题：
        （1）很多装置没有联网，只是在本地闭环监测和控制。
        （2）很多方面没有监控，运行环境控的全面性仍需提高。
        （3）联网的各系统之间独立运行，形成监控“孤岛”现象，无法有效的进行联动管理，也达不到安全管理的效果。
        （4）各区域管辖范围内需要建立统一的管理平台，部署中央监控。
        （5）设备安全巡检制度的实施强度和密度仍不能减少。
        目标
        “电力机房综合环境监控系统”是一个电力系统配网变电站电房的运行环境监控平台。是物联网在电力领域的典型应用，由现场信息采集感知层、通讯传输层和应用层组成。
        系统主要有如下要求：
        （1）实时准确掌握配电房环境的实时监控，避免环境的失控导致配电设备运行故障，延长设备使用寿命。
        （2）智能配电房系统通过采集配电房的温度、湿度、粉尘、有害气体等参数进行处理，并将配电房内温度、湿度、粉尘、有害气体等技术指标控制在合格范围内，防止设备发生凝露、绝缘老化及外界条件下产生的局部放电问题等，延长设备使用寿命，实现设备全寿命使用周期，提高供电可靠性，减少重复性投资，提高经济效益。
        （3）配电房实现自动化监控手段，替代人工巡检，提高运维管理工作的质量和效率。
        （4）智能配电房系统能够通过传感器实现实时地（秒到毫秒级延迟）全面检测配电房状态，巡检人员可以不去现场或减少现场巡检的次数，通过系统采集的设备状态数据和视频图像就可以全面掌握配电房的运行情况，从而降低人工巡检成本，提高安全保障。此外，还可以避免出现漏检、错检等人为性失误，提高运维的质量和一致性。最后，通过完善的配电房监控，实现尽早地发现故障，采取正确的措施来快速隔离问题，解决预测、检测和修复电力系统的安全运营问题，避免代价高、影响广的断电现象，从而保障电网安全和用电可靠性，提高运维管理工作的质量和效率。
        （5）通过大数据智能统计分析，实现配电房监测数据的信息共享和优化利用。
        （6）智能配电房系统还可以通过云计算终端向巡检人员提供配电房内电力设备以及周边的环境资料，达到信息共享。信息包括配电房以及内部电力设备的编号、建成时间、日常维护、修理过程及次数，此外还可以记录配电房相关地理位置和经纬坐标。根据基于 GIS 的配电房分布图来查看配电房分布位置，以便快速确定问题设备的地理位置，为巡检人员提供有效的标示信息。对巡检中发现的缺陷进行定位，巡检完毕后可直接上传系统生成缺陷处理单。由此配电房可实现统一、规范、有序的自动化管理。
        （7）智能配电房系统采用云计算、云存储和大数据挖掘等信息处理技术，可以建立配电房状态评估和风险评估的数学模型，实现对配电房电力设备状态数据的全景采集与显示、虚拟智能巡检、设备状态变化的时间和空间或者供应商等维度的统计分析、设备状态和风险评估、维修和维护的专家系统建议等功能。
        2.项目需求
        (1)综合分析主机
        温度、湿度、烟雾、积水情况进行实时监控，本地保存检测数据，并对现场监控数据进行统计、分析、根据预设报警信息，产生报警事件。
        装置本地显示所有监控设备实时信息、历史事件信息等；能够通过装置打开、关闭照明、风机、空调、驱鼠器等设备。

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        (2)环境数据监测
        ■门禁监控
        ■电缆沟湿度/水位
        ■配电房温、湿度
        ■开关柜内湿度、凝露（视是否需要停电考虑）
        ■气体（含SF6、O3等）探测
        ■消防监控（烟感探测器）
        ■防鼠挡板监测
        (3)开关房电气参数监测
        ■开关柜地电波局放测试（开关柜电缆室部位）
        ■开关柜母排拼接处、电缆室内超声波监测
        ■开关房整体特高频局放监测
        ■开关柜体温度监控及温差分析
        (4)设备物理量状态检测
        ■SF6气压表物理状态监测
        ■开关分合位置物理状态检测
        ■部分表计指示读数
        (5)变压器房电气参数及其他监测内容
        ■变压器本体及出线连接点处测温
        ■噪音监测（变压器、配电室内外）
        ■变压器的电压、电流
        (6)定点视频监控摄像功能
        网络视频监控系统，由高清环型摄像头组成，同时具备图像远方网络监控及就地存储功能。
        (7)故障信号远方告警功能
        与配电房内自动化终端连接，实现故障信号的远方传送及监控。通信系统监测（含无线/3G/4G等信号强度的监测）
        3.系统总架构
        采用典型的物联网接入+视觉AI架构。现场传感器及控制器完成数据上传，4G环监控制主机用于连续采集、存储监测终端所上传的数据，将数据打包、加密，并与位于监管中心的数据库服务器通信，完成数据上传和下发。
        4.效益分析
        （1）对重点电房进行智能化改造，可以改善设备运行环境，减少设备故障率，延长设备使用寿命。增加智能环监控制系统，是对原有三遥远动系统的重要补充，提高了一二次设备供电可靠性，大大解放了巡检人员，巡检次数可以减少为半年一次甚至一年一次，设备的健康状况也心中有数了，设备的安全稳定运行有了保证。
        （2）项目技术成果的推广应用可以改善设备运行环境，防止受外界环境原因造成的设备损坏，显著提高电力系统的安全性，降低电力运行事故的可能性和人员财产损失，延长开关柜使用寿命，提高设备利用率。
        （3）延长设备寿命，节约建设成本
        以一个区5000座配电房的城市为例，采用传统的检修方式时每座配电房每5年检修一次（平均10万/次），共需检修费用约5亿元，平均每年1亿元；配备智能配电房系统之后可有效延长设备的使用寿命，检修间隔可以由原来的5年延长至8年，平均每年的检修费用为6250万元，每年可节约3750万元。
        （4）替代人工巡检，降低维护成本
        目前传统配电室常用的人工巡检方式进行运维在人力、财力上产生了很高的成本。使用智能配电房系统后可以通过综合监控后台了解各配电室现场信息，只在设备发生或者存在故障隐患时派出维修人员进行定点更换、维护。以某配网运行班为例，假定每名巡检人员的年均费用为50万（含巡检人员工资、巡检设备、车资开销等），其工作于现场巡检的时间和精力约占全部工作内容40 %，而配电房的全面监控实施后，其工作于现场巡检的时间和精力将降低为10%左右。若周期巡查300处配电房需20人，仅一个配网运行班（20人，监管300处配电房）在5年时间内全景综合智能监管方式费用比传统的配电房巡检方式费用减少1500万，巡检成本可节约75%左右。
        5.结语
        开展智能变电站研究，并逐步推广智能变电站在技术上是可行的，在经济上是划算的，虽然前期投入略大于普通变电站，但却大大节省了后期人工成本，提高了设备管理效率，具有广阔的研究和发展空间。
        参考文献
        [1]陈堂.配电系统及其自动化技术[m].中国电力出版社，2004.
        [2]郭培源.电力系统自动控制新技术[m].北京：科技出版社，2001.