專利名稱：基于傳感器通信網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)的智能變電站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的變電站，通過傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)及專家系統(tǒng)實現(xiàn)變電站的 智能化運行與巡檢功能，屬于電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國變電站經(jīng)過幾十年的發(fā)展形成了較為成熟的模式，為保障電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運 行發(fā)揮了重要作用。但目前也存在著諸多問題，如常規(guī)互感器存在磁飽和、鐵磁諧振、絕緣油爆炸、六氟化硫泄漏、短路/開路等問 題；缺乏對站內(nèi)一次設(shè)備(如主變壓器、GIS等)運行參數(shù)的全面監(jiān)視手段，需要定 期對設(shè)備進行停電檢修，設(shè)備使用效率降低；缺乏對全站設(shè)備運行溫度、環(huán)境溫濕度、水位等運行參數(shù)、環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測， 依賴人工定期巡檢完成，工作量巨大；空調(diào)、風機、水泵等設(shè)備啟停需人工現(xiàn)場干預(yù)，無法根 據(jù)環(huán)境變化智能啟停，能耗較大，不能滿足無人值班運行要求；圖像監(jiān)視、安全警衛(wèi)、采暖通風、火災(zāi)報警、給排水等生產(chǎn)輔助系統(tǒng)相互之間信息 孤立，無法完善實現(xiàn)智能告警聯(lián)動及方便運行的高級應(yīng)用；運行人員誤入間隔情況時有發(fā)生，未有有效報警提示，對人生安全帶來極大威脅。 人員的巡檢過程未能實現(xiàn)有效監(jiān)視，巡檢質(zhì)量難以控制，增加管理難度；信息交互的數(shù)字化、信息化程度不高，后臺數(shù)據(jù)缺乏專家系統(tǒng)的集成高級應(yīng)用，無 法為運行提供更多的輔助在線決策支持。
發(fā)明內(nèi)容
上個發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種智能變電站，可實現(xiàn)變電站的智能化運 行與巡檢功能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于傳感器通信網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)的智能變 電站，包括變電站自動化系統(tǒng)、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和智能輔助控制系統(tǒng)，其特征在于 所述變電站自動化系統(tǒng)、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和智能輔助控制系統(tǒng)分別通過各類傳感器 獲取設(shè)備運行的實時數(shù)據(jù)，各類傳感器通過通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)與后臺專家系統(tǒng)相通信，通過后臺 專家系統(tǒng)實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)高級應(yīng)用、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和輔助系統(tǒng)的智能化監(jiān)控與 聯(lián)動，從而實現(xiàn)變電站的智能化運行與巡檢功能，所述傳感器包括全光纖電子式電流互感 器、電容分壓型電子式電壓互感器、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測傳感器、輔助系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)傳感器，所 述變電站自動化系統(tǒng)高級應(yīng)用包括順序控制、設(shè)備狀態(tài)可視化、智能告警、分布式狀態(tài)估 計、取代功能等。前述的基于傳感網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)的智能變電站，其特征在于變電站自動化系統(tǒng) 采用分層分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)備包括站控層、間隔層、過程層設(shè)備，設(shè)備之間采用通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn) 互聯(lián)，其中
傳感器包括全光纖電子式電流互感器、電容分壓型電子式電壓互感器；通信網(wǎng)絡(luò)包括站控層網(wǎng)絡(luò)(實現(xiàn)站控層、間隔層設(shè)備互聯(lián))、過程層網(wǎng)絡(luò)(實現(xiàn) 間隔層、過程層設(shè)備互聯(lián))；專家系統(tǒng)(即變電站自動化系統(tǒng)高級應(yīng)用)包括以下功能模塊順序控制模塊由遠方監(jiān)控中心或站內(nèi)后臺發(fā)出整批指令，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)信息變 化情況判斷每步操作是否到位，確認到位后自動執(zhí)行下一指令，直至執(zhí)行完所有指令；設(shè)備狀態(tài)可視化模塊對站內(nèi)一次設(shè)備運行狀態(tài)進行實時顯示分析，同時根據(jù)需 要將相關(guān)信息通過網(wǎng)絡(luò)送至主站系統(tǒng)；智能告警模塊建立變電站故障信息的邏輯和推理模型，對故障告警信息進行分 類和信號過濾，對變電站的運行狀態(tài)進行在線實時分析和推理，自動報告變電站異常并提 出故障處理指導(dǎo)意見；分布式狀態(tài)估計模塊在變電站內(nèi)實現(xiàn)分布式狀態(tài)估計功能，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)辨識 與處理，能夠向調(diào)度中心提供可靠的數(shù)據(jù)，減輕主站系統(tǒng)的運算負擔并提高可靠性；取代功能模塊系統(tǒng)提供取代設(shè)置界面，裝置的取代值由監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置，取代值顯 示支持多種表現(xiàn)形式以便與正常顯示的值和人工置數(shù)值相區(qū)分，進行站內(nèi)統(tǒng)一調(diào)試時，通 過取代功能，實現(xiàn)模擬現(xiàn)場的實際情況進行綜合測試，包括變電站安全運行的防誤閉鎖功 能、遠動功能及順序控制功能的測試。前述的基于傳感網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)的智能變電站，其特征在于所述一次設(shè)備狀態(tài) 監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)備包括傳感器、狀態(tài)監(jiān)測IED、后臺主機，設(shè)備之間采用通 信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)，其中傳感器Q20kV GIS戶內(nèi)站)包括主變油中溶解氣體/微水/油溫/氣壓傳感 器、GIS局部放電/六氟化硫氣體/斷路器工作特性傳感器、避雷器泄漏電流/放電次數(shù)傳 感器。通信網(wǎng)絡(luò)包括RS485總線或CAN總線(實現(xiàn)傳感器與狀態(tài)監(jiān)測IED互聯(lián))；百兆 及以上星型以太網(wǎng)(實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測IED之間或狀態(tài)監(jiān)測IED與后臺系統(tǒng)互聯(lián))；專家系統(tǒng)包括一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測后臺分析系統(tǒng)，實現(xiàn)全站一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù) 據(jù)的匯總與診斷分析。前述的基于傳感網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)的智能變電站，其特征在于所述智能輔助控制 系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個智能輔助系統(tǒng)分成若干個子系統(tǒng)，包括 設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測子系統(tǒng)、SF6泄漏監(jiān)測子系統(tǒng)、采暖通風子系統(tǒng)、防誤入間隔子系統(tǒng)、 智能巡檢認證子系統(tǒng)、消防火災(zāi)報警子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)設(shè)備包括各傳感器、現(xiàn)場控制終 端，所有子系統(tǒng)共用后臺主機，設(shè)備之間采用通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)，其中傳感器包括溫濕感、SF6傳感、水浸、煙感、振動等傳感器以及攝像頭、紅外成像、 聲光報警等設(shè)施；通信網(wǎng)絡(luò)包括RS485總線或CAN總線、無線傳感網(wǎng)(實現(xiàn)傳感器與現(xiàn)場控制終 端互聯(lián))；百兆及以上星型以太網(wǎng)(實現(xiàn)現(xiàn)場控制終端之間或現(xiàn)場控制終端與后臺系統(tǒng)互 聯(lián))；專家系統(tǒng)包括智能輔助控制專家系統(tǒng)，實現(xiàn)各子系統(tǒng)的信息集成可視化與聯(lián)動 功能。
本發(fā)明所達到的有益效果本發(fā)明的新型智能變電站，通過加裝大量傳感器獲取設(shè)備運行的實時數(shù)據(jù)，利用 通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建信息傳輸?shù)奈锢硗ǖ?，通過后臺及專家系統(tǒng)實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)高級功 能、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和輔助系統(tǒng)的智能化監(jiān)控與聯(lián)動，從而實現(xiàn)變電站的智能化運行與 巡檢功能。具體體現(xiàn)如下傳感器電子式電壓互感器可有效解決常規(guī)互感器存在磁飽和、鐵磁諧振、絕緣油 爆炸、六氟化硫泄漏、短路/開路等固有弊端；一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測傳感器可實現(xiàn)對一次設(shè)備 運行參量的在線監(jiān)測；智能輔助控制系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)傳感器可實現(xiàn)對溫濕感、SF6傳感、水浸、 煙感、振動環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測；通信網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太網(wǎng)、總線、無線傳感網(wǎng)取代電纜接線，可大大簡化二次接 線的復(fù)雜程度，節(jié)省連接介質(zhì)的總量與造價，提高信號傳輸?shù)目垢蓴_性能，光纖可實現(xiàn)自 檢，便于故障排查。所有二次信號采用IEC61850實現(xiàn)標準建模，可有效提高信號的自描述 能力和二次裝置間的互操作性；專家系統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)高級應(yīng)用可極大提高運行效率、避免人為誤判、實時 顯示設(shè)備運行狀態(tài)、并結(jié)合實時分析和推理為運行人員提供決策意見；一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測 后臺分析系統(tǒng)可實現(xiàn)對一次設(shè)備的狀態(tài)檢修，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障征兆，取代定檢，延長設(shè)備 檢修周期，減少停電次數(shù)，提高設(shè)備的使用效率；智能輔助控制專家系統(tǒng)，可實現(xiàn)圖像監(jiān)視、 安全警衛(wèi)、火災(zāi)報警、主變消防、采暖通風等功能的集成聯(lián)動和智能運行管理，具備“智能監(jiān) 測、智能判斷、智能管理、智能驗證”功能。
圖1為本發(fā)明的變電站整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實施中220kV線路間隔變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實施中一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實施中一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測傳感器配置示意圖；圖5為實施中智能輔助控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6實施中變電站自動化系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖7實施中變電站自動化系統(tǒng)過程層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖8實施中一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備連接示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明所涉及的智能變電站結(jié)構(gòu)示意如圖1所示總體結(jié)構(gòu)變電站端主要由自動化系統(tǒng)、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和智能輔助控制系統(tǒng)組成， 后臺利用高級應(yīng)用軟件和專家系統(tǒng)實現(xiàn)自動化系統(tǒng)高級功能、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、輔助系 統(tǒng)智能聯(lián)動等先進功能。通過加裝各類傳感器獲取設(shè)備運行的實時數(shù)據(jù)，所述傳感器包括全光纖電子式電 流互感器、電容分壓型電子式電壓互感器、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測傳感器、輔助系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)傳感
變電站內(nèi)一次設(shè)備與二次設(shè)備、二次設(shè)備之間利用通信網(wǎng)絡(luò)(包括百兆及以上 星型以太網(wǎng)、總線、無線傳感網(wǎng)等)實現(xiàn)互聯(lián)，以太網(wǎng)通信協(xié)議采用IEC61850標準。變電站后臺主機具備專家系統(tǒng)功能模塊，可實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)高級應(yīng)用、一 次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和輔助系統(tǒng)的智能化監(jiān)控與聯(lián)動。變電站自動化系統(tǒng)由站控層、間隔層、過程層設(shè)備組成，并用分層、分布、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)連接 (包括站控層網(wǎng)絡(luò)、過程層網(wǎng)絡(luò))，整體結(jié)構(gòu)為“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)。與常規(guī)變電站相比，在傳 感器、二次接線、后臺主機及軟件方面存在較大差異，如圖2所示。傳感器利用具有先進測量原理(賽格耐克效應(yīng))的全光纖電子式電流互感器取 代常規(guī)電磁型電流傳感器，利用\電容分壓型電子式電壓互感器取代常規(guī)電磁型電壓互感 器，合并單元電流電壓輸出采用IEC61850-9-2標準建模的數(shù)字報文。二次接線利用光纖以太網(wǎng)實現(xiàn)一次設(shè)備與二次設(shè)備、二次設(shè)備之間互聯(lián)，通信協(xié) 議統(tǒng)一采用IEC61850標準，以光纖取代控制電纜，以數(shù)字信號取代模擬信號，提大幅提高 信號傳輸抗干擾性能的前提下極大簡化了二次接線。后臺主機及軟件主機兼操作員站實 現(xiàn)全站設(shè)備的監(jiān)視、控制、告警及信息交互功能，自動完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制(SCADA)、操 作閉鎖以及同步相量采集、保護信息管理等相關(guān)功能。根據(jù)運行的需求，集成應(yīng)用站內(nèi)各種 自動化信息，后臺軟件可實現(xiàn)順序控制、一次設(shè)備狀態(tài)可視化、智能告警、分布式狀態(tài)估計、 取代功能等高級應(yīng)用，實現(xiàn)變電站的智能化運行，提高變電站無人值班可靠性與效率，并為 遠方運行人員提供更好的輔助決策支持。 一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由傳感器、狀態(tài)監(jiān)測IED、后臺系統(tǒng)構(gòu)成，如圖3所不傳感器一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測傳感器應(yīng)根據(jù)運行需求和設(shè)備重要性進行選擇安裝， 220kV GIS戶內(nèi)站主要加裝的傳感器包括主變油中溶解氣體/微水/油溫/氣壓傳感器、 GIS局部放電/六氟化硫氣體/斷路器工作特性傳感器、避雷器泄漏電流/放電次數(shù)傳感 器，如圖4所示通信網(wǎng)絡(luò)傳感器與狀態(tài)監(jiān)測IED間采用RS485總線或CAN總線方式傳輸模擬量 數(shù)據(jù)；狀態(tài)監(jiān)測IED之間或狀態(tài)監(jiān)測IED與后臺系統(tǒng)間采用DL/T 860標準通信，通信網(wǎng)絡(luò) 采用100M及以上高速星型以太網(wǎng)。后臺系統(tǒng)全站共用統(tǒng)一的后臺系統(tǒng)，各類設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測統(tǒng)一后臺分析軟件、接口 類型和傳輸規(guī)約，實現(xiàn)全站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸、匯總、和診斷分析。智能輔助控制系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過對外界的感知，構(gòu)建傳感網(wǎng)測控網(wǎng)絡(luò)，如圖5所示設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測子系統(tǒng)主要由管理中心(控制主機)、數(shù)據(jù)傳輸基站和無 線溫度傳感器和紅外熱像儀組成。SF6泄漏監(jiān)測子系統(tǒng)由SF6檢測節(jié)點、控制器、協(xié)同感知監(jiān)控平臺組成。給排水在線監(jiān)測子系統(tǒng)檢測節(jié)點采用無線水浸傳感器和有線水位傳感器，與設(shè) 備溫度傳感網(wǎng)監(jiān)測同一無線平臺，無需額外部署基站。采暖通風子系統(tǒng)檢測節(jié)點采用無線溫濕度傳感器，與設(shè)備溫度傳感網(wǎng)監(jiān)測同一 無線平臺，無需額外部署基站。
防誤入間隔子系統(tǒng)采用圖像監(jiān)視系統(tǒng)的圖像傳感器，通過智能圖像識別來實現(xiàn) 誤入間隔告警。工作原理根據(jù)工作票人工定位檢修間隔，自動彈出該間隔的視頻圖像，人 工輔助在上述圖像畫面上生成虛擬邏輯安全圍欄，自動比對物理圍欄與邏輯圍欄的位置差 異，超標自動告警，自動識別圍欄外的人員活動，并自動產(chǎn)生告警信號通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞到 圍欄告警指示燈，提示操作人員站位錯誤。智能巡檢認證子系統(tǒng)采用圖像監(jiān)視系統(tǒng)的圖像傳感器，通過智能圖像識別軟件 來實現(xiàn)巡檢質(zhì)量認證。工作原理預(yù)設(shè)巡檢路線和巡檢時間節(jié)點、預(yù)設(shè)關(guān)鍵設(shè)備圖像標識貼 膜(關(guān)鍵巡檢點)和圖像標識服裝(巡檢工作服)，智能圖像識別巡檢工作服，自動識別巡 檢人員(最多16人)，自動記錄進入和離開視場時間，自動生成圖像標識和文字報表，自動 判別巡檢人員與關(guān)鍵巡檢點的距離，接近自動生成關(guān)鍵巡檢點圖像標識和文字報表，根據(jù) 巡檢路徑、時間和關(guān)鍵巡檢點巡檢時間關(guān)系自動判別巡檢質(zhì)量，對低質(zhì)量巡檢事件生成視 頻流文件和文字報表自動推送到管理人員桌面頂層。圖像監(jiān)視及安全警衛(wèi)子系統(tǒng)由高清攝像頭、震動傳感器、電子圍欄等部件組成。 可檢測地面及圍墻上的入侵和非法入侵行為，對入侵目標進行人員、動物、車輛的分類，智 能視頻識別防止翻越大門、圍墻，按需按時布防和撤防功能，現(xiàn)場聲光報警功能，智能視頻 識別與其它子系統(tǒng)的融合、聯(lián)動功能，包括智能巡檢認證子系統(tǒng)、SF6泄露檢測子系統(tǒng)、消防 子系統(tǒng)、給排水子系統(tǒng)等。消防火災(zāi)報警子系統(tǒng)由煙感探測器網(wǎng)絡(luò)組成，可提供火災(zāi)報警信號，自動聯(lián)動智 能圖像傳感器，并按事先設(shè)定的互鎖邏輯鎖定排風系統(tǒng)。此種新型變電站通過傳感網(wǎng)絡(luò)和 后臺專家系統(tǒng)可實現(xiàn)全站從主系統(tǒng)到輔助系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)可視化和智能化控制，實現(xiàn)變電 站的智能化運行與巡檢。具體效果體現(xiàn)如下(1)電子式互感器采用先進測量原理，具有安全可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開放的優(yōu)點，可有效 解決常規(guī)互感器存在磁飽和、鐵磁諧振、絕緣油爆炸、六氟化硫泄漏、短路/開路等固有弊 端；安全可靠絕緣性能提高； 無CT 二次開路、PT 二次短路；以絕緣脂替代油和SF6，環(huán)保安全；無磁飽和、頻率響應(yīng)范圍寬、暫態(tài)特性好，不受環(huán)境因素影響；數(shù)字信號通過光纖傳輸，增強了抗EMI性能，數(shù)據(jù)可靠性大大提高。經(jīng)濟高效體積和重量遠小于常規(guī)互感器，易與其他一次設(shè)備集成，節(jié)省投資；應(yīng)用光纜使電纜溝、電纜層大為簡化，電纜用量減少，節(jié)省占地；固體絕緣，無需檢壓檢漏，運行過程中免維護。清潔環(huán)保絕緣脂無泄露無污染；
光纜替代電纜節(jié)約大量銅材
透明開放具有自檢功能；即插即用；調(diào)試工具人機互動。(2)通信網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太網(wǎng)取代電纜接線，可大大簡化二次接線的復(fù)雜程度，節(jié)省連接介質(zhì) 的總量與造價，提高信號傳輸?shù)目垢蓴_性能，光纖可實現(xiàn)自檢，便于故障排查。所有二次信 號采用IEC61850實現(xiàn)標準建模，可有效提高信號的自描述能力和二次裝置間的互操作性。(3)自動化系統(tǒng)高級功能順序控制可實現(xiàn)設(shè)備的一鍵式自動操作，極大縮短了人工單步操作的時間，可有 效避免人工操作誤判的可能性，提高了運行效率。設(shè)備狀態(tài)可視化可實現(xiàn)對站內(nèi)一次設(shè)備運行狀態(tài)進行實時顯示分析，為運行人員 提供更好的輔助決策支持。智能告警的對信息的分類過濾可有效減輕運行人員的工作負擔，確保對重要的事 件進行優(yōu)先及時的處理。分布式狀態(tài)估計可在變電站內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)辨識與處理，減輕主站系統(tǒng)的運算負擔并 提高可靠性。取代功能的虛擬人工置數(shù)可為新建、改擴建時對的防誤閉鎖功能、遠動功能及順 序控制功能的測試帶來極大的便利。(4) 一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)通過對一次設(shè)備運行參量的在線監(jiān)測，可實現(xiàn)及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障征兆，以狀態(tài)檢 修取代定檢，延長設(shè)備檢修周期，減少停電次數(shù)，提高設(shè)備的使用效率。(5)智能輔助系統(tǒng)在傳感網(wǎng)測控平臺基礎(chǔ)上建立智能監(jiān)測與輔助控制系統(tǒng)，實現(xiàn)圖像監(jiān)視、安全警 衛(wèi)、火災(zāi)報警、主變消防、采暖通風等功能的集成，全面實現(xiàn)變電站智能運行管理，具備“智 能監(jiān)測、智能判斷、智能管理、智能驗證”功能。設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測子系統(tǒng)可實現(xiàn)對穿墻套管、電容器本體等設(shè)備的運行溫 度進行實時測量上送，避免了常規(guī)站運行人員定期人工測溫帶來的巨大工作量。SF6泄漏監(jiān)測子系統(tǒng)可實現(xiàn)SF6氣體泄漏的準確檢測、漏點定位、智能圖像聯(lián)動、 啟動風機通風換氣等功能。給排水在線監(jiān)測子系統(tǒng)實現(xiàn)對積水情況的實時檢測，遠程控制水泵運行，實現(xiàn)積 水自動排放，高水位超越直接電氣自動排水，提供額外的高水位保護。采暖通風子系統(tǒng)實現(xiàn)遠程查詢溫濕度檢測節(jié)點工作狀態(tài)，遠程控制空調(diào)運行，根 據(jù)室內(nèi)外的溫濕度情況，自動控制通風系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的運行模式，滿足溫濕度控制要求， 同時降低采暖通風帶來的能耗。防誤入間隔子系統(tǒng)實現(xiàn)自動識別圍欄外的人員活動，并自動產(chǎn)生告警信號通過 無線網(wǎng)絡(luò)傳遞到圍欄告警指示燈，提示操作人員站位錯誤，提高了操作人員的工作人生安全。智能巡檢認證子系統(tǒng)實現(xiàn)根據(jù)巡檢路徑、時間和關(guān)鍵巡檢點巡檢時間關(guān)系自動 判別巡檢質(zhì)量，為管理人員提供可量化的管理辦法，降低管理難度。圖像監(jiān)視及安全警衛(wèi)子系統(tǒng)實現(xiàn)對全站設(shè)備、建筑的全景監(jiān)視，防范非法入侵行為。消防火災(zāi)報警子系統(tǒng)自動檢測變電站的火災(zāi)事故情況，實現(xiàn)事故告警推畫面、聯(lián) 動系統(tǒng)通風設(shè)施。以下以220kV西涇變電站試點工程的具體實施方案為例進行說明西涇變站內(nèi)由自動化系統(tǒng)、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和智能輔助控制系統(tǒng)組成，全 站采用大量新技術(shù)、新設(shè)備、新材料，可自動完成一鍵式順序控制、一次設(shè)備在線監(jiān)測、輔助 系統(tǒng)智能聯(lián)動及變電站自動化系統(tǒng)高級應(yīng)用等先進功能，從主系統(tǒng)到輔助系統(tǒng)全面實現(xiàn)智 能化。成為先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的新型城市戶內(nèi)站設(shè)計典范。(1)電子式互感器電子式電流互感器220kV、110kV、主變?nèi)齻?cè)采用全光纖型電流互感器，所有電子 式電流互感器均采用雙A/D采樣，其中220kV、主變?nèi)齻?cè)采用“4敏感環(huán)+4A/D”模式，IlOkV 采用“2敏感環(huán)+2A/D”模式?？紤]到檢修、運行的方便性以及減少互感器與GIS間的相互不 良影響，提高可靠性，所有GIS全光纖型電流互感器均采用氣室外安裝，其中220kV GIS為 三相分體結(jié)構(gòu)，采用氣室外獨立箱體安裝，IlOkV GIS為三相共體結(jié)構(gòu)，采用法蘭盤安裝，互 感器在GIS的安裝方式通過設(shè)聯(lián)會與各相關(guān)廠家最終確定，采用一體化設(shè)計、一體化安裝.IOkV主變進線全光纖型電流互感器采用開關(guān)柜內(nèi)安裝方式電子式電壓互感器全站220kV、110kV電壓互感器均采用電子式電壓互感器。所 有電子式電壓互感器均采用雙A/D采樣。電子式電壓互感器采用獨立罐體安裝，互感器在 GIS的安裝方式通過設(shè)聯(lián)會與各相關(guān)廠家最終確定，采用一體化設(shè)計、一體化安裝。(2) 二次接線與通信網(wǎng)絡(luò)全站采用IEC61850標準實現(xiàn)二次裝置信息交互數(shù)字化、標準化，利用光纖實現(xiàn)二 次裝置互聯(lián)互通，極大簡化二次接線，提高信息傳輸可靠性和裝置互操作性，大量節(jié)省了控 制電纜(較常規(guī)站減少60%以上的控制電纜)。站控層網(wǎng)絡(luò)站控層網(wǎng)絡(luò)采用雙星型拓撲結(jié)構(gòu)，冗余網(wǎng)絡(luò)采用雙網(wǎng)雙工方式運行，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無 縫切換。各小室設(shè)置獨立的站控層交換機，二次設(shè)備室設(shè)置站控層中心交換機，如圖6所
7J\ ο過程層網(wǎng)絡(luò)IlOkV過程層網(wǎng)絡(luò)按雙網(wǎng)配置，采樣值、GOOSE、IEEE 1588三網(wǎng)合一、共網(wǎng)傳輸，實 現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、共享化。220kV過程層網(wǎng)絡(luò)采用雙套物理獨立的單網(wǎng)，采樣值 采用直采方式，跳閘采用直跳+網(wǎng)跳方式，保證系統(tǒng)工作可靠性。IOkV不設(shè)置獨立過程層網(wǎng) 絡(luò)，如圖7所示。(3)自動化系統(tǒng)后臺主機及高級功能軟件自動化系統(tǒng)后臺主機雙套配置，高級功能軟件實現(xiàn)了順序控制、設(shè)備狀態(tài)可視化、 智能告警、分布式狀態(tài)估計和取代功能。(4) 一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測實現(xiàn)對站內(nèi)主變、GIS、避雷器的狀態(tài)監(jiān)測，全站統(tǒng)一狀態(tài)監(jiān)測后臺系統(tǒng)，并與自動 化后臺實現(xiàn)信息互動，系統(tǒng)架構(gòu)如圖8所示監(jiān)測范圍及參量
監(jiān)測范圍監(jiān)測參量主變頂層油溫、底層油溫、鐵芯接地電流、油中溶解氣體、油中水分220kV GISSF6氣體密度/微水、分合閘線圈電流波形、分合閘時間、儲能電機 工作狀態(tài)、局部放電IlOkV GISSF6氣體密度/微水、分合閘線圈電流波形、分合閘時間、儲能電機 工作狀態(tài)避雷器泄漏電流、放電次數(shù)傳感器、IED、屏柜配置
一次設(shè)一次設(shè)備傳感器傳感器傳感器IED數(shù)量組柜數(shù)量備名稱數(shù)量名稱數(shù)量(個)安裝方式(臺)(面)油中溶解氣體2外置油屮水分2外置主變2臺鐵芯接地電流2外置22頂層油溫4內(nèi)置底層油溫4內(nèi)置避雷器6外置本期出線局部放電48內(nèi)置4間隔4個、SF6密度/微水44外置4220kV GIS母聯(lián)間隔 1個、主變斷路器動作特 性7外置74進線間隔 2個避雷器18外置4本期出線SF6密度/微水55外置1IlOkV間隔8個、 母聯(lián)間隔斷路器動作特 性11外置111GIS1個、主變進線間隔 2個避雷器30外置3后臺配置全站設(shè)1臺狀態(tài)監(jiān)測后臺主機，組柜1面，工作臺上設(shè)置1臺顯示終端。(5)智能輔助控制系統(tǒng)利用“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)建立傳感測控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)圖像監(jiān)視、安全警衛(wèi)、火災(zāi)報警、主變 消防、采暖通風、給排水、SF6泄漏監(jiān)測、運行溫度監(jiān)測等輔助系統(tǒng)的集成應(yīng)用和聯(lián)動控制。 全站布置了溫濕感、SF6傳感、水浸、煙感、振動等約330個傳感器，并配合攝像頭、紅外成 像、聲光報警等設(shè)施，實現(xiàn)對運行環(huán)境和運行設(shè)備的感知，在此基礎(chǔ)上建立智能監(jiān)測與輔助 控制系統(tǒng)，并采用DL/T 860通信協(xié)議實現(xiàn)各輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的信息互通及協(xié)調(diào)聯(lián)動。以上已以較佳實施例公開了本發(fā)明，然其并非用以限制本發(fā)明，凡采用等同替換 或者等效變換方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于傳感器通信網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)的智能變電站，包括變電站自動化系統(tǒng)、一次 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和智能輔助控制系統(tǒng)，其特征在于所述變電站自動化系統(tǒng)、一次設(shè)備狀 態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和智能輔助控制系統(tǒng)分別通過各類傳感器獲取設(shè)備運行的實時數(shù)據(jù)，各類傳感 器通過通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)與后臺專家系統(tǒng)相通信，通過后臺專家系統(tǒng)實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)高級 應(yīng)用、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和輔助系統(tǒng)的智能化監(jiān)控與聯(lián)動，從而實現(xiàn)變電站的智能化運行 與巡檢功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳感網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)的智能變電站，其特征在于變電 站自動化系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)備包括站控層、間隔層、過程層設(shè)備，設(shè)備之間采用 通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)，其中傳感器包括全光纖電子式電流互感器、電容分壓型電子式電壓互感器； 通信網(wǎng)絡(luò)包括實現(xiàn)站控層、間隔層設(shè)備互聯(lián)的站控層網(wǎng)絡(luò)和實現(xiàn)間隔層、過程層設(shè)備 互聯(lián)的過程層網(wǎng)絡(luò)；專家系統(tǒng)包括以下功能模塊順序控制模塊由遠方監(jiān)控中心或站內(nèi)后臺發(fā)出整批指令，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)信息變化情 況判斷每步操作是否到位，確認到位后自動執(zhí)行下一指令，直至執(zhí)行完所有指令；設(shè)備狀態(tài)可視化模塊對站內(nèi)一次設(shè)備運行狀態(tài)進行實時顯示分析，同時根據(jù)需要將 相關(guān)信息通過網(wǎng)絡(luò)送至主站系統(tǒng)；智能告警模塊建立變電站故障信息的邏輯和推理模型，對故障告警信息進行分類和 信號過濾，對變電站的運行狀態(tài)進行在線實時分析和推理，自動報告變電站異常并提出故 障處理指導(dǎo)意見；分布式狀態(tài)估計模塊在變電站內(nèi)實現(xiàn)分布式狀態(tài)估計功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)辨識與處理，向 調(diào)度中心提供可靠的數(shù)據(jù)，減輕主站系統(tǒng)的運算負擔并提高可靠性；取代功能模塊實現(xiàn)模擬現(xiàn)場的實際情況進行綜合測試，包括變電站安全運行的防誤 閉鎖功能、遠動功能及順序控制功能的測試。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳感網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)的智能變電站，其特征在于所述 一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)備包括傳感器、狀態(tài)監(jiān)測IED、后臺主機，設(shè) 備之間采用通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)，其中傳感器包括主變油中溶解氣體/微水/油溫/氣壓傳感器、GIS局部放電/六氟化硫 氣體/斷路器工作特性傳感器、避雷器泄漏電流/放電次數(shù)傳感器；通信網(wǎng)絡(luò)包括實現(xiàn)傳感器與狀態(tài)監(jiān)測IED互聯(lián)的RS485總線或CAN總線；實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān) 測IED之間或狀態(tài)監(jiān)測IED與后臺系統(tǒng)互聯(lián)的百兆及以上星型以太網(wǎng)；專家系統(tǒng)包括一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測后臺分析系統(tǒng)，實現(xiàn)全站一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的 匯總與診斷分析。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳感網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)的智能變電站，其特征在于所述 智能輔助控制系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個智能輔助系統(tǒng)分成若干個 子系統(tǒng)，包括設(shè)備運行溫度在線監(jiān)測子系統(tǒng)、SF6泄漏監(jiān)測子系統(tǒng)、采暖通風子系統(tǒng)、防誤 入間隔子系統(tǒng)、智能巡檢認證子系統(tǒng)、消防火災(zāi)報警子系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于傳感網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)的智能變電站，其特征在于每個 子系統(tǒng)設(shè)備包括各傳感器、現(xiàn)場控制終端，所有子系統(tǒng)共用后臺主機，設(shè)備之間采用通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)，其中傳感器包括溫濕感、SF6傳感、水浸、煙感、振動等傳感器以及攝像頭、紅外成像、聲光 報警等設(shè)施；通信網(wǎng)絡(luò)包括實現(xiàn)傳感器與現(xiàn)場控制終端互聯(lián)的RS485總線、CAN總線或無線傳感 網(wǎng)；實現(xiàn)現(xiàn)場控制終端之間或現(xiàn)場控制終端與后臺系統(tǒng)互聯(lián)的百兆及以上星型以太網(wǎng)； 專家系統(tǒng)包括智能輔助控制專家系統(tǒng)，實現(xiàn)各子系統(tǒng)的信息集成可視化與聯(lián)動功能。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)的智能變電站，包括變電站自動化系統(tǒng)、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和智能輔助控制系統(tǒng)，其特征在于所述變電站通過加裝各類傳感器獲取設(shè)備運行的實時數(shù)據(jù)，利用IEC61850標準實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的信息建模，利用通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建信息傳輸?shù)奈锢硗ǖ溃ㄟ^后臺專家系統(tǒng)實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)高級應(yīng)用、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和輔助系統(tǒng)的智能化監(jiān)控與聯(lián)動，從而實現(xiàn)變電站的智能化運行與巡檢功能，所述傳感器包括全光纖電子式電流互感器、電容分壓型電子式電壓互感器、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測傳感器、輔助系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)傳感器，所述變電站自動化系統(tǒng)高級應(yīng)用包括順序控制、設(shè)備狀態(tài)可視化、智能告警、分布式狀態(tài)估計、取代功能等。本發(fā)明可實現(xiàn)變電站的智能化運行與巡檢功能。
文檔編號H02J13/00GK102122844SQ20111004898
公開日2011年7月13日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者吳鎖平, 婁悅, 孫純軍, 巫懷軍, 朱東升, 王作民, 王曉虎, 秦華, 蘇麟, 魯東海 申請人:江蘇省電力設(shè)計院