水庫變配電站無人、少人值守模式初探

水庫變配電站無人、少人值守模式初探摘要：青草沙水庫35KV、10KV變配電站運行已接近10年，隨著智能化以及物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷提高，無人、少人值守已經變?yōu)橐环N趨勢，其不僅能有效緩解生產區(qū)域分散、維護人員數(shù)量有限等難點，同時還能釋放班組年輕員工活力。本文主要介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術應用的優(yōu)勢，通過對傳統(tǒng)變配電管理經驗的總結，分析無人、少人值守變配電中各監(jiān)控子系統(tǒng)的組成及功能，以及通過引入智能巡檢機器人系統(tǒng)，進一步提升青草沙水庫變配電智能化程度，從而達到提升效率、釋放人力資源活力，保障供水安全的目的。關鍵詞：青草沙水庫無人值守物聯(lián)網(wǎng)機器人巡檢引言：青草沙水庫作為亞洲最大河口江心型水庫，全長48KM，供水設計規(guī)模719萬噸/天，供應上海70%用水，可謂是上海最重要的水源地之一。目前水庫有上游泵閘35KV變電站及輸水管理區(qū)10KV變電站各一座，下游水閘10KV配電站一座。變配電站管理一直是原水系統(tǒng)運行管理的重中之重，自2009年運行至今已接近11年，隨著運行要求的不斷提高以及設備不斷老化，不可避免的存在一些問題：（1）變配電設備信息采集覆蓋范圍不夠、監(jiān)控功能較為單一，很難真正對變配電設備進行全方位的運行監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、負荷監(jiān)測以及事故預警等管理，無法為企業(yè)的經營管理提供進一步基礎數(shù)據(jù)及分析。（2）電力通訊、后臺各監(jiān)控平臺未有效集成統(tǒng)一，諸如：有35KV、10KV、400V系統(tǒng)都運用不同的監(jiān)控軟件，無法做到一網(wǎng)調度、一網(wǎng)統(tǒng)管。多種平臺的軟硬件不僅存在數(shù)據(jù)協(xié)議、接口通信的兼容性問題，同時各平臺不同規(guī)格、型號的硬件設備也降低了運行的可靠性，給備品備件的協(xié)調管理以及今后故障原因分析都帶來不小的難度。（3）目前日常工作任務的完成主要還是依賴值班人員現(xiàn)場操作完成，例如：設備巡查、報表抄寫、輔助設備啟停等。不僅存在人為誤操作的風險，同時違背了企業(yè)提高運行效率、節(jié)約人力成本、釋放年輕員工創(chuàng)造活力的宗旨。（4）變配電站總體自動化程度及穩(wěn)定性尚待提高，部分監(jiān)控設備的故障率大于被監(jiān)控設備，致使遠方監(jiān)控失去了作用和意義。另外，故障信號沒有自動等級分檔就全部發(fā)出，增加了管理人員的信息甄別的難度，降低了故障處置效率。物聯(lián)網(wǎng)技術應用于變配電站的優(yōu)勢：變配電站能實現(xiàn)無人、少人值守的關鍵環(huán)節(jié)是全方位的遠方監(jiān)控、遙控，否則就猶如失去了總抓手。因此為進一步加強青草沙水庫變配電站的運維管理，持續(xù)提升電力設備數(shù)字化、智能化程度，搭建一套以物聯(lián)網(wǎng)技術為基礎的變配電監(jiān)控系統(tǒng)是一種行之有效的解決方案。（1）、更加全面的監(jiān)測覆蓋青草沙水庫變配電站的主要電力設備，包含高低壓開關柜、變壓器以及直流屏設備，在物聯(lián)網(wǎng)技術下通過豐富傳感器種類，對關鍵設備內外部溫濕度、有毒氣體泄漏、電流電壓功率等運行參數(shù)進行全方位監(jiān)測，同時對電容變形、柜門連鎖等薄弱點也加大監(jiān)控覆蓋，從而消除變配電遠程監(jiān)控盲區(qū)。（2）、統(tǒng)一平臺、多種輔助應用集成優(yōu)化基于物聯(lián)網(wǎng)技術搭建統(tǒng)一的監(jiān)控軟件平臺，使變配電站各監(jiān)控子系統(tǒng)均能無縫于平臺上進行對接，從而將各孤立系統(tǒng)進行整合。系統(tǒng)及設備運行、報警、監(jiān)控信息均能實時存入后臺統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，可隨時調用歷史數(shù)據(jù)并形成曲線、方便管理人員進行狀態(tài)分析、故障溯源。例如：通過對設備運行時間、事故故障記錄以及歷史數(shù)據(jù)曲線對比、報表分析，從而更好的判斷設備運行狀態(tài)、能夠進一步完善設備保養(yǎng)內容、優(yōu)化備品備件目錄，為設備狀態(tài)檢修與故障預警提供有力支撐。（3）、智能自動巡檢——加強“視遙”智能識別智能軌道自動巡檢是變配電站無人、少人值守的重要一環(huán)，系統(tǒng)通過預設程序以及定位系統(tǒng)，對智能巡檢設備進行準確定位及導航，并通過自帶攝像頭采集電氣設備的照片、視頻讀取其工作狀態(tài)及參數(shù)，并實時通過無線網(wǎng)絡向監(jiān)控中心返回數(shù)據(jù)以及本身的狀態(tài)。監(jiān)控中心對返回的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫實時進行對比，及時發(fā)現(xiàn)電氣設備的故障，從而消除設備隱患。二、變配電無人值守遠程監(jiān)控主要內容：根據(jù)水庫實際情況，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)搭建的子系統(tǒng)主要包括：設備環(huán)境狀態(tài)監(jiān)控、設備運行狀態(tài)監(jiān)控以及終端信息管理平臺。環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)：主要由傳感器層、通信傳輸層、管理軟件組件而成。其主要能夠實現(xiàn)以下幾個方面、有毒氣體泄露報警：目前青草沙水庫絕大多數(shù)高、中壓開關柜均采用SF6絕緣介質，雖具有優(yōu)越滅弧性能，但其有毒、無色無味、密度大且容易在低空進行聚集，從而造成缺氧中毒，對值班人員造成嚴重人身安全和健康。因此通過在開關柜及配電室裝設專用氣體檢測裝置，能夠實時對SF6濃度及環(huán)境含氧量進行實時監(jiān)控，同時與現(xiàn)場風機聯(lián)網(wǎng)進行遠程聯(lián)動，當SF6濃度超出預設值時，中控室聲光報警并自動打開風機。所有運行狀態(tài)監(jiān)控，通過RS-485與上位機進行通訊，同時數(shù)據(jù)、風機啟停時間次數(shù)等資料都將被記錄至服務器中以供歷史數(shù)據(jù)查詢。、火災煙感報警：在各配電間天花板頂部按一定比例距離安裝光電煙感傳感器，實時監(jiān)測配電間煙霧濃度，監(jiān)測數(shù)據(jù)實時向物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫進行傳輸，經平臺分析比對后一旦超過報警值，中控室及現(xiàn)場會發(fā)出聲光報警。同時物聯(lián)網(wǎng)平臺將進行三維場景定位，聯(lián)動該點位攝像頭進行關聯(lián)拍照、錄像，并將信息實時轉發(fā)至相關人員移動手機客戶端。、溫濕度監(jiān)控報警：變配電設備對環(huán)境的溫濕度有著較高要求，尤其是青草沙水庫地處江邊，濕度、咸度有著較大腐蝕作用，對一次、二次設備運行壽命有很大影響，因此對溫濕度監(jiān)控和調控是必要的。整個溫濕度控制由安裝于設備內外的溫濕度傳感器、控制器以及系統(tǒng)主機組成。首先由溫濕度傳感器準確監(jiān)控環(huán)境溫濕度并將數(shù)據(jù)傳給溫濕度控制器及主機，主機及控制器根據(jù)內部預設的程序對通排風、空調進行控制；當夏季時，先啟動通風系統(tǒng)，運行后發(fā)現(xiàn)仍無法達到要求，則再有主機發(fā)出命令逐臺啟動空調系統(tǒng)。當冬季時，空調系統(tǒng)的啟動前置條件是根據(jù)盤柜內的余熱來進行判斷。物聯(lián)網(wǎng)平臺對整個溫濕度系統(tǒng)進行全面數(shù)據(jù)互通、監(jiān)控，可遠程查詢溫濕度檢測節(jié)點工作狀態(tài)，精確定位系統(tǒng)故障。、含水率監(jiān)測報警：目前青草沙水庫變配電建筑已近10年，在遭遇極端天氣時無可避免存在雨水滲漏的情況，同時部分空調管線走向不合理也可能造成冷凝滴水危害設備。因此在禁水部位設置由MCU微型控制單元、無線通訊模塊、檢測線等器件組成的含水率監(jiān)測系統(tǒng)，實時將禁水位置的含水信息上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控的目的。圖1變配電監(jiān)控結構圖設備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)變壓器監(jiān)控：青草沙水庫共有8座變壓器，2座油浸式以及6座干式變壓器，作為整個變壓核心設備，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺對其進行全方位監(jiān)控尤為重要，除了變壓器常規(guī)的電流、電壓、接地等參數(shù)監(jiān)控外，還主要對以下幾方面進行監(jiān)測：（1）、變壓器的局部放電監(jiān)測一旦變壓器局部產生放電，監(jiān)控系統(tǒng)馬上通過變壓器內部的超聲波傳感器對局部放電信號進行采集，通過后臺管理平臺對采集信號的分析（排除噪音干擾因素），從而實現(xiàn)對局部放電的故障判別以及監(jiān)控設備絕緣狀態(tài)，避免事故的進一步擴大。（2）、變壓器振動、溫度監(jiān)測變壓器繞組是常見故障最多的器件，對其進行振動幅值與加速度監(jiān)測是關鍵，同時針對變壓器機械結構力學性能是否改變、繞組是否松動，也是能夠有效提前預測故障的有效途徑。另外，利用數(shù)字溫控器探頭替代傳統(tǒng)的試溫蠟片，以此測量A、B、C三相線圈和鐵芯溫度，提高溫度測量精度和可傳輸性。2）開關柜監(jiān)控青草沙水庫有35K、10KV、6KV及400V四種電壓等級的開關柜，具有數(shù)量多而地點分散、維護人員少的特點。但其既是電能傳輸?shù)闹匾虚g環(huán)節(jié)又承擔著切斷、閉合電路的重要作用，一旦其出現(xiàn)故障，極有可能造成人身傷亡，因此在物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺中著重對以下3個方面進行監(jiān)測：（1）、開關柜內部測溫系統(tǒng)：一般封閉鎧裝開關柜運行時間長之后常會產生溫升超標問題，將直接影響設備穩(wěn)定運行、威脅生產安全。由于溫度變化往往是一個緩慢的發(fā)展過程，只要監(jiān)控得當并加以控制能夠發(fā)現(xiàn)故障隱患，從而保證電氣設備絕緣性能完好性。因此通過帶有耐高溫鋰電池的低功耗控制器、數(shù)字收發(fā)器等器件，對開關柜內溫度進行遠程實時監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)超過溫度閾值，馬上精確定位并發(fā)出報警信號。（2）、開關柜局部放電監(jiān)測：針對早期階段的局放缺陷，采用傳統(tǒng)離線式開關柜局放檢測儀很難準確發(fā)現(xiàn)問題，尤其對局部微小的缺陷和隱患，故障的檢出率不高，導致供電設備可靠性不高。因此目前運用新型局放在線監(jiān)測裝置對開關柜在線進行監(jiān)測，由于傳感器自帶電池進行供電，且可通過LORA無線通訊，安裝方式又采用磁力直接吸附于開關柜表面，安裝、通訊十分簡潔，對開關柜局放隱患的解決很有幫助。（3）、開關柜弧光監(jiān)測值班人員對高、中壓開關柜倒閘誤操作以及設備長時間高負荷運行會導致弧光短路，從而對人身以及設備造成致命傷害。為能夠第一時間捕捉到弧光短路，采用閾值可調的紫外光弧光傳感器對范圍內的弧光異常點進行采集、定位并迅速通過保護系統(tǒng)快速切斷故障電流，從而最大限度保護設備及人員安全。同時值班人員在物聯(lián)網(wǎng)平臺、移動端均能夠迅速收到精確的三維平面的故障點信息，并進行遠程查看、操作。（4）、開關柜綜合保護系統(tǒng)監(jiān)控：綜合繼電保護系統(tǒng)是監(jiān)控開關柜安全運行的核心設備，其不僅監(jiān)控開關柜的各項運行參數(shù)、報警信息，更重要的是其內部的參數(shù)整定值是開關柜觸發(fā)保護機制的動作依據(jù)，合理的整定值能夠有效排除故障或縮小故障范圍，同時物聯(lián)網(wǎng)平臺與開關柜的數(shù)據(jù)互通亦由綜保裝置預留的通訊口來實現(xiàn)，因此物聯(lián)網(wǎng)平臺對綜保裝置的互通穩(wěn)定、準確尤為重要。三、智能巡檢機器人于變配電巡檢的應用：目前青草沙水庫變配電巡檢主要由值班人員定時巡檢完成，但隨著智能設備技術提升以及進一步釋放年輕值班員工活力等方面考慮，無人值守或少人值守是未來大的趨勢。在此情況下，按照傳統(tǒng)方式的巡檢將會耗費大量人力和物力，同時一旦發(fā)生變配電設備事故，應急調度也將非常困難，因此在變配電站逐漸采用智能軌道巡檢機器人來替代人工巡檢，有效緩解上述矛盾。智能軌道巡檢架構主要由三個子系統(tǒng)組成：智能巡檢設備本體、無線通訊網(wǎng)絡、監(jiān)控中心。其中監(jiān)控軟件與物聯(lián)網(wǎng)平臺進行融合，對智能機器人的運行狀態(tài)進行全方位監(jiān)控及信息處理。巡檢機器人則自身攜帶定位、監(jiān)控、網(wǎng)絡以及數(shù)據(jù)采集設備，通過自身全向天線與服務器進行無線通訊方式連接。其核心機制是：系統(tǒng)運行：整個巡檢系統(tǒng)運行時，依次觸發(fā)巡檢機器人及監(jiān)控軟件，并建立網(wǎng)絡連接。機器人根據(jù)預設路徑進行巡檢并在監(jiān)測點停留完成對設備監(jiān)測工作。數(shù)據(jù)采集：物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺能夠實時采集并儲存巡檢機器人通過高清智能攝像頭上傳的圖像、視頻信息，并通過智能讀取其中的儀表信息（必要時與設備自身上傳數(shù)據(jù)進行比對分析），從而幫助值班人員遠程監(jiān)控巡檢情況，掌握設備運行狀態(tài)。遠程控制：巡檢機器人能夠根據(jù)預設的程序以及指令沿著路線進行巡檢,定位自身及電氣設備位置，同時監(jiān)控中心能夠與巡檢機器人進行全面通信。4、應急操作：在無人值守情況下、除了設備的功能齊全、性能完善外，整個系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性也尤為重要，特別是巡檢設備作為現(xiàn)場的核心設備，一旦出現(xiàn)運行偏差或失控，將會對值班人員造成嚴重誤判。因此整個智能巡檢系統(tǒng)在緊急情況下（例如：網(wǎng)絡通訊中斷、硬件設備故障等）的處理原則是停止運行并報警，切換至值班人員人工遠程控制模式，避免設備誤動作造成失控。圖2智能巡檢機器人系統(tǒng)網(wǎng)絡圖結束語：目前智能化設備水平越來越高，企業(yè)也在不斷改革創(chuàng)新，變配電管理的運行模式也在不斷摸索和完善。無人、少人值守作為未來發(fā)展的趨勢，不僅需要物聯(lián)網(wǎng)技術、智能化設備的硬件投入升級，更需要培養(yǎng)大批既懂一次設備又掌握弱電及二次設備、基礎知識面更廣的維護人員，只有如此才能制定更合理的維護、檢修計劃，正確應對各類突發(fā)