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(yùn)行已接近10年，隨著智能化以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷提高，無人、少人值守已經(jīng)變?yōu)橐环N趨勢，其不僅能有效緩解生產(chǎn)區(qū)域分散、維護(hù)人員數(shù)量有限等難點(diǎn)，同時(shí)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(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢，通過對(duì)傳統(tǒng)變配電管理經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，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(jī)器人系統(tǒng)，進(jìn)一步提升青草沙水庫變配電智能化程度，從而達(dá)到提升效率、釋放人力資源活力，保障供水安全的目的。關(guān)鍵詞：青草沙水庫無人值守物聯(lián)網(wǎng)機(jī)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(shè)計(jì)規(guī)模719萬噸/天，供應(yīng)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(yùn)行管理的重中之重，自2009年運(yùn)行至今已接近11年，隨著運(yùn)行要求的不斷提高以及設(shè)備不斷老化，不可避免的存在一些問題：（1）變配電設(shè)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(duì)變配電設(shè)備進(jìn)行全方位的運(yùn)行監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、負(fù)荷監(jiān)測以及事故預(yù)警等管理，無法為企業(yè)的經(jīng)營管理提供進(jìn)一步基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及分析。（2）電力通訊、后臺(tái)各監(jiān)控平臺(tái)未有效集成統(tǒng)一，諸如：有35KV、10KV、400V系統(tǒng)都運(yùn)用不同的監(jiān)控軟件，無法做到一網(wǎng)調(diào)度、一網(wǎng)統(tǒng)管。多種平臺(tái)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(shí)各平臺(tái)不同規(guī)格、型號(hào)的硬件設(shè)備也降低了運(yùn)行的可靠性，給備品備件的協(xié)調(diào)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(wù)的完成主要還是依賴值班人員現(xiàn)場操作完成，例如：設(shè)備巡查、報(bào)表抄寫、輔助設(shè)備啟停等。不僅存在人為誤操作的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)違背了企業(yè)提高運(yùn)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(dòng)化程度及穩(wěn)定性尚待提高，部分監(jiān)控設(shè)備的故障率大于被監(jiān)控設(shè)備，致使遠(yuǎn)方監(jiān)控失去了作用和意義。另外，故障信號(hào)沒有自動(dòng)等級(jí)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(shù)應(yīng)用于變配電站的優(yōu)勢：變配電站能實(shí)現(xiàn)無人、少人值守的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是全方位的遠(yuǎn)方監(jiān)控、遙控，否則就猶如失去了總抓手。因此為進(jìn)一步加強(qiáng)青草沙水庫變配電站的運(yùn)維管理，持續(xù)提升電力設(shè)備數(shù)字化、智能化程度，搭建一套以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)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(shè)備，包含高低壓開關(guān)柜、變壓器以及直流屏設(shè)備，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下通過豐富傳感器種類，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備內(nèi)外部溫濕度、有毒氣體泄漏、電流電壓功率等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行全方位監(jiān)測，同時(shí)對(duì)電容變形、柜門連鎖等薄弱點(diǎn)也加大監(jiān)控覆蓋，從而消除變配電遠(yuǎn)程監(jiān)控盲區(qū)。（2）、統(tǒng)一平臺(tái)、多種輔助應(yīng)用集成優(yōu)化基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建統(tǒng)一的監(jiān)控軟件平臺(tái)，使變配電站各監(jiān)控子系統(tǒng)均能無縫于平臺(tái)上進(jìn)行對(duì)接，從而將各孤立系統(tǒng)進(jìn)行整合。系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行、報(bào)警、監(jiān)控信息均能實(shí)時(shí)存入后臺(tái)統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，可隨時(shí)調(diào)用歷史數(shù)據(jù)并形成曲線、方便管理人員進(jìn)行狀態(tài)分析、故障溯源。例如：通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、事故故障記錄以及歷史數(shù)據(jù)曲線對(duì)比、報(bào)表分析，從而更好的判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、能夠進(jìn)一步完善設(shè)備保養(yǎng)內(nèi)容、優(yōu)化備品備件目錄，為設(shè)備狀態(tài)檢修與故障預(yù)警提供有力支撐。（3）、智能自動(dòng)巡檢——加強(qiáng)“視遙”智能識(shí)別智能軌道自動(dòng)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(yù)設(shè)程序以及定位系統(tǒng)，對(duì)智能巡檢設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確定位及導(dǎo)航，并通過自帶攝像頭采集電氣設(shè)備的照片、視頻讀取其工作狀態(tài)及參數(shù)，并實(shí)時(shí)通過無線網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控中心返回?cái)?shù)據(jù)以及本身的狀態(tài)。監(jiān)控中心對(duì)返回的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備的故障，從而消除設(shè)備隱患。二、變配電無人值守遠(yuǎn)程監(jiān)控主要內(nèi)容：根據(jù)水庫實(shí)際情況，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)搭建的子系統(tǒng)主要包括：設(shè)備環(huán)境狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控以及終端信息管理平臺(tái)。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?qū)崿F(xiàn)以下幾個(gè)方面、有毒氣體泄露報(bào)警：目前青草沙水庫絕大多數(shù)高、中壓開關(guān)柜均采用SF6絕緣介質(zhì)，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(jìn)行聚集，從而造成缺氧中毒，對(duì)值班人員造成嚴(yán)重人身安全和健康。因此通過在開關(guān)柜及配電室裝設(shè)專用氣體檢測裝置，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)SF6濃度及環(huán)境含氧量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)與現(xiàn)場風(fēng)機(jī)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)，當(dāng)SF6濃度超出預(yù)設(shè)值時(shí)，中控室聲光報(bào)警并自動(dòng)打開風(fēng)機(jī)。所有運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，通過RS-485與上位機(jī)進(jìn)行通訊，同時(shí)數(shù)據(jù)、風(fēng)機(jī)啟停時(shí)間次數(shù)等資料都將被記錄至服務(wù)器中以供歷史數(shù)據(jù)查詢。、火災(zāi)煙感報(bào)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(shí)時(shí)監(jiān)測配電間煙霧濃度，監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)向物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行傳輸，經(jīng)平臺(tái)分析比對(duì)后一旦超過報(bào)警值，中控室及現(xiàn)場會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)將進(jìn)行三維場景定位，聯(lián)動(dòng)該點(diǎn)位攝像頭進(jìn)行關(guān)聯(lián)拍照、錄像，并將信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)至相關(guān)人員移動(dòng)手機(jī)客戶端。、溫濕度監(jiān)控報(bào)警：變配電設(shè)備對(duì)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(duì)一次、二次設(shè)備運(yùn)行壽命有很大影響，因此對(duì)溫濕度監(jiān)控和調(diào)控是必要的。整個(gè)溫濕度控制由安裝于設(shè)備內(nèi)外的溫濕度傳感器、控制器以及系統(tǒng)主機(jī)組成。首先由溫濕度傳感器準(zhǔn)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(jī)，主機(jī)及控制器根據(jù)內(nèi)部預(yù)設(shè)的程序?qū)νㄅ棚L(fēng)、空調(diào)進(jìn)行控制；當(dāng)夏季時(shí)，先啟動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)，運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)仍無法達(dá)到要求，則再有主機(jī)發(fā)出命令逐臺(tái)啟動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)。當(dāng)冬季時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)的啟動(dòng)前置條件是根據(jù)盤柜內(nèi)的余熱來進(jìn)行判斷。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)整個(gè)溫濕度系統(tǒng)進(jìn)行全面數(shù)據(jù)互通、監(jiān)控，可遠(yuǎn)程查詢溫濕度檢測節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)，精確定位系統(tǒng)故障。、含水率監(jiān)測報(bào)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(shí)無可避免存在雨水滲漏的情況，同時(shí)部分空調(diào)管線走向不合理也可能造成冷凝滴水危害設(shè)備。因此在禁水部位設(shè)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(shí)時(shí)將禁水位置的含水信息上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。圖1變配電監(jiān)控結(jié)構(gòu)圖設(shè)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(gè)變壓核心設(shè)備，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)其進(jìn)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(duì)以下幾方面進(jìn)行監(jiān)測：（1）、變壓器的局部放電監(jiān)測一旦變壓器局部產(chǎn)生放電，監(jiān)控系統(tǒng)馬上通過變壓器內(nèi)部的超聲波傳感器對(duì)局部放電信號(hào)進(jìn)行采集，通過后臺(tái)管理平臺(tái)對(duì)采集信號(hào)的分析（排除噪音干擾因素），從而實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電的故障判別以及監(jiān)控設(shè)備絕緣狀態(tài)，避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。（2）、變壓器振動(dòng)、溫度監(jiān)測變壓器繞組是常見故障最多的器件，對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)幅值與加速度監(jiān)測是關(guān)鍵，同時(shí)針對(duì)變壓器機(jī)械結(jié)構(gòu)力學(xué)性能是否改變、繞組是否松動(dòng)，也是能夠有效提前預(yù)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(guān)柜監(jiān)控青草沙水庫有35K、10KV、6KV及400V四種電壓等級(jí)的開關(guān)柜，具有數(shù)量多而地點(diǎn)分散、維護(hù)人員少的特點(diǎn)。但其既是電能傳輸?shù)闹匾虚g環(huán)節(jié)又承擔(dān)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(tái)中著重對(duì)以下3個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測：（1）、開關(guān)柜內(nèi)部測溫系統(tǒng)：一般封閉鎧裝開關(guān)柜運(yùn)行時(shí)間長之后常會(huì)產(chǎn)生溫升超標(biāo)問題，將直接影響設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行、威脅生產(chǎn)安全。由于溫度變化往往是一個(gè)緩慢的發(fā)展過程，只要監(jiān)控得當(dāng)并加以控制能夠發(fā)現(xiàn)故障隱患，從而保證電氣設(shè)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(duì)開關(guān)柜內(nèi)溫度進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)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(bào)警信號(hào)。（2）、開關(guān)柜局部放電監(jiān)測：針對(duì)早期階段的局放缺陷，采用傳統(tǒng)離線式開關(guān)柜局放檢測儀很難準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)問題，尤其對(duì)局部微小的缺陷和隱患，故障的檢出率不高，導(dǎo)致供電設(shè)備可靠性不高。因此目前運(yùn)用新型局放在線監(jiān)測裝置對(duì)開關(guān)柜在線進(jìn)行監(jiān)測，由于傳感器自帶電池進(jìn)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(guān)柜表面，安裝、通訊十分簡潔，對(duì)開關(guān)柜局放隱患的解決很有幫助。（3）、開關(guān)柜弧光監(jiān)測值班人員對(duì)高、中壓開關(guān)柜倒閘誤操作以及設(shè)備長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致弧光短路，從而對(duì)人身以及設(shè)備造成致命傷害。為能夠第一時(shí)間捕捉到弧光短路，采用閾值可調(diào)的紫外光弧光傳感器對(duì)范圍內(nèi)的弧光異常點(diǎn)進(jìn)行采集、定位并迅速通過保護(hù)系統(tǒng)快速切斷故障電流，從而最大限度保護(hù)設(shè)備及人員安全。同時(shí)值班人員在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、移動(dòng)端均能夠迅速收到精確的三維平面的故障點(diǎn)信息，并進(jìn)行遠(yuǎn)程查看、操作。（4）、開關(guān)柜綜合保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)控：綜合繼電保護(hù)系統(tǒng)是監(jiān)控開關(guān)柜安全運(yùn)行的核心設(shè)備，其不僅監(jiān)控開關(guān)柜的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警信息，更重要的是其內(nèi)部的參數(shù)整定值是開關(guān)柜觸發(fā)保護(hù)機(jī)制的動(dòng)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(shí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與開關(guān)柜的數(shù)據(jù)互通亦由綜保裝置預(yù)留的通訊口來實(shí)現(xiàn)，因此物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)綜保裝置的互通穩(wěn)定、準(zhǔn)確尤為重要。三、智能巡檢機(jī)器人于變配電巡檢的應(yīng)用：目前青草沙水庫變配電巡檢主要由值班人員定時(shí)巡檢完成，但隨著智能設(shè)備技術(shù)提升以及進(jìn)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(huì)耗費(fèi)大量人力和物力，同時(shí)一旦發(fā)生變配電設(shè)備事故，應(yīng)急調(diào)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(jī)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(gòu)主要由三個(gè)子系統(tǒng)組成：智能巡檢設(shè)備本體、無線通訊網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心。其中監(jiān)控軟件與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行融合，對(duì)智能機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全方位監(jiān)控及信息處理。巡檢機(jī)器人則自身攜帶定位、監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備，通過自身全向天線與服務(wù)器進(jìn)行無線通訊方式連接。其核心機(jī)制是：系統(tǒng)運(yùn)行：整個(gè)巡檢系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，依次觸發(fā)巡檢機(jī)器人及監(jiān)控軟件，并建立網(wǎng)絡(luò)連接。機(jī)器人根據(jù)預(yù)設(shè)路徑進(jìn)行巡檢并在監(jiān)測點(diǎn)停留完成對(duì)設(shè)備監(jiān)測工作。數(shù)據(jù)采集：物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)采集并儲(chǔ)存巡檢機(jī)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(shí)與設(shè)備自身上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析），從而幫助值班人員遠(yuǎn)程監(jiān)控巡檢情況，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。遠(yuǎn)程控制：巡檢機(jī)器人能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的程序以及指令沿著路線進(jìn)行巡檢,定位自身及電氣設(shè)備位置，同時(shí)監(jiān)控中心能夠與巡檢機(jī)器人進(jìn)行全面通信。4、應(yīng)急操作：在無人值守情況下、除了設(shè)備的功能齊全、性能完善外，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性也尤為重要，特別是巡檢設(shè)備作為現(xiàn)場的核心設(shè)備，一旦出現(xiàn)運(yùn)行偏差或失控，將會(huì)對(duì)值班人員造成嚴(yán)重誤判。因此整個(gè)智能巡檢系統(tǒng)在緊急情況下（例如：網(wǎng)絡(luò)通訊中斷、硬件設(shè)備故障等）的處理原則是停止運(yùn)行并報(bào)警，切換至值班人員人工遠(yuǎn)程控制模式，避免設(shè)備誤動(dòng)作造成失控。圖2智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖結(jié)束語：目前智能化設(shè)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(yùn)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(shù)、智能化設(shè)備的硬件投入升級(jí)，更需要培養(yǎng)大批既懂一次設(shè)備又掌握弱電及二次設(shè)備、基礎(chǔ)知識(shí)面更廣的維護(hù)人員，只有如此才能制定更合理的維護(hù)、檢修計(jì)劃，正確應(yīng)對(duì)各類突發(fā)