一、引言

隨著電力自動化技術的不斷完善和發展，水泥行業的變電站管理正逐步向智能化、無人化方向發展。智能變電站是指以高度集成的智能設備和先進可靠且環保的技術為基礎，集電力監控、門禁管理、視頻監控、環境監測、移動APP管理功能于一體，具有網絡化、數字化和標準化控制系統的變電站。提高變電站智能化管理水平，將進一步推動水泥行業的節能降耗工作，利于水泥企業的節能、高效、可持續發展。

二、變電站智能控制系統組成

智能變電站與傳統變電站的主要區別在于，智能變電站應用多主機服務器集群技術，配置了熱備冗余協同系統，可通過信息網絡實現多座變電站的遠程實時監控管理。變電站智能控制系統主要由電力監控系統、門禁管理系統、視頻監控系統、環境監控系統、移動APP管理系統組成。

2.1 電力監控系統

某公司原有1座110kV總降壓變電站、4座6kV分變電站及1座余熱發電站，總降壓變電站設有監控主機，熱備冗余配置，與各分變電站之間無通訊聯絡。在水泥磨、原料磨各設置了1臺分站監控主機，對4座分變電站進行集中監控管理；在余熱變電站設置了1臺監控主機，對余熱發電變電站進行電力監控；同時，在110kV總降壓變電站、水泥磨、原料磨及余熱發電站各設有1間值班室。

應用智能控制技術后，該公司變電站形成了一個新的電力監控中心，主要包括：中控室能源管理中心；全廠值班室由4間變為1間，設在余熱變電站，作為全廠電力監控中心。110kV總降壓變電站設置一臺監控主機，4座6kV變電站各設置一臺監控主機，另設置一臺視頻監控主機。

能源管理中心配備能源管理服務器，各變電站及能源管理中心之間通過光纖環網連接。新的電力監控系統實現了總降壓變電站、一線水泥磨、一線原料磨、二線水泥磨、二線原料磨的電力智能化監控及變電站的無人值守。在110kV總降壓變電站電力監控中心設有110kV電力監控工作站、6kV電力監控工作站，是調度前置服務網關。網絡服務器通過硬件防火墻與外網相連。

2.2 門禁管理系統

原變電站僅有一扇傳統的鎖具式鐵門，通過設立門禁管理系統，可實現以下功能：

（1）進出變電站需進行人臉識別與密碼輸入等組合驗證。

（2）識別未佩戴安全帽的人員，并示意其佩戴安全帽。

（3）支持口罩檢測模式，可配置提醒/強制戴口罩模式。未戴口罩員工可進行身份驗證及正常考勤簽到，通過身份驗證后，提醒其佩戴口罩；強制戴口罩模式，即，未戴口罩無法進行身份驗證，提醒佩戴口罩。

（4）具有考勤功能，可對進出人員進行拍照記錄。其中，聯動抓拍具有很強的人像防偽識別功能，即，距離門禁管理器一定距離時拍照一次，靠近門禁管理器時再次拍照對比識別，經過2次動態識別，保證進入變電站人員的真實性。門禁系統采用200萬像素寬動態攝像頭，面部識別距離最遠2m，適應1.2~2.0m身高，支持5000人臉庫，人臉比對時間≤0.2s/人，驗證準確率≥99%；附加體溫實測功能，可實時檢出異常體溫，便于健康管理。

2.3 視頻監控系統

原有變電站未配置攝像機，由人工巡檢保障電力設備安全運行，存在巡檢盲區和安全風險。引進視頻監控系統后，在各變電站設立環境監控系統，增設智能攝像頭、環境監測傳感器等設備，替代人工巡檢，可實現值班人員的遠程巡檢和智能設備的自動化巡檢。

視頻監控系統基于AI分析，應用了區域入侵、越界偵測、進入/離開區域等多種智能新技術。系統所有攝像機均具有音頻的雙向輸入輸出功能；可劃分區域，設置警戒；通過移動偵測功能可及時發現鳥類、野貓等小動物誤入變電站等情況；具有員工行為異常報警功能，如跌倒緊急報警功能，既可保證值班人員的人身安全，又可保障全廠電力運行安全。此外，視頻監控系統還具有視頻抓拍、違章記錄及錄像回放等功能。如，通過室外智能視頻攝像機，可自動抓拍違停行為并報警，保障人員和車輛進出安全。

2.4 環境監測系統

2.4.1環境溫度、濕度監測系統

環境監測系統可自動獲取環境溫、濕度，繪制變化曲線，并根據變化曲線，及時調整優化溫度控制器控制參數，閉環控制空調，實時調節溫濕度，實現變電站運行環境的遠程監測和自動調節，達到精細化管控目標。

2.4.2主變壓器風機控制

增設風機控制箱，冷卻風機作為閉環控制前端的執行機構，通過主變壓器溫度傳感器將溫度信號轉換成電壓信號，反饋至溫度控制器，溫度控制器根據設定值輸出風機控制信號，實現主變壓器風機的就地手動控制、后臺遠程控制和自動控制。

2.4.3主變壓器溫度監測

（1）前端設備具有遠程監控功能、視頻服務器功能和高清攝像機功能，系統利用熱成像及雙光融合技術，在熱成像中疊加可見光細節，支持點、線、框多規則靈活布控，滿足關鍵區域、特殊點位的測溫需求。

（2）可實現對變壓器本體、變壓器進線套管接頭、出線連接處溫度的自動實時監測，實現主變壓器溫度的遠程實時管理，取代人工巡檢，可及時、安全、無盲區進行監控。

（3）環境適應性強，可在無光、逆光等環境下獲取豐富的圖像信息，實現24h監控主變壓器。

（4）支持移動偵測，若主變壓器室誤入小動物，監測現場會發出聲音并閃爍燈光進行報警，后臺監控系統也會報警，提醒值班人員及時處理，保證主變壓器安全運行。同時，系統也支持音頻異常偵測、行為分析及煙火檢測等智能功能。

（5）熱成像設備通過接收熱輻射，能夠以非接觸方式檢測被測目標的溫度和狀態，實現全天候實時監測、可視化測溫、溫度異常報警，可以快速、安全、準確地識別過熱故障，判斷故障原因并采取相應措施。

2.4.4燈光照明控制

增設智能照明控制系統，以適應各種光環境變化，可遠程控制燈的開關，調節燈的亮度，進行節能管理。

2.5 移動APP管理系統

移動APP管理系統可實現對110kV總降壓變電站、4座6kV變電站的遠程監控。通過手機移動APP管理系統，變電站管理人員可實時監測整個變電站的電力運行情況，遇突發情況，可迅速處理設備故障，恢復電力設備正常運行，減小因故障停機帶來的經濟損失。此外，移動APP管理系統具有電力系統預警功能，可及時發出故障預警信息，消除設備隱患，減少停電事故次數。

移動APP管理系統由主機服務器端軟件和移動端APP組成。主機服務器端軟件無需安裝，只需運行一個輕量級的應用程序，可設置為隨系統啟動而自動運行。移動端APP兼容主流Windows桌面操作系統、WindowsServer服務器操作系統、Unix、Linux操作系統等，兼容32位、64位操作系統平臺。手機端APP軟件可在主流應用商店下載，屬于輕量級APP，支持HarmonyOS，IOS，Android操作系統。

應用移動手機端APP需考慮電力監控系統的安全性，首先，需增加硬件防火墻，將電力系統內部局域網與外網物理隔離；其次，增加軟件防火墻，通過軟件加密策略，保證局域網內系統安全；第三，在監控主機與網絡工作站之間建立單獨的網絡隧道，建立三層安全保護。此外，將外網訪問網絡工作站方式設置為僅可通過移動手機端APP訪問。移動手機端APP軟件和服務器端的軟件均采用256位AES端到端加密、雙因素身份驗證及其他行業領先的安全保護技術，兩種軟件均通過了SOC2、HIPAA/HITECH、ISO/IEC27001及ISO9001:2015認證，且符合GDPR的標準。

電力監控APP軟件可通過WiFi、4G\5G信號、個人熱點等多種方式訪問，管理者可隨時掌握電力運行情況，有效保障電力系統的安全運行。

三、變電站智能化發展方向

3.1 實施開關柜的智能數字化控制

（1）通過對開關柜溫度、機械特性等關鍵參數進行實時狀態監測及診斷，可提供設備健康狀態的量化結果，防止潛在的失效風險變為設備故障，避免非預期性停電事故發生。

（2）通過監測開關柜狀態，結合診斷分析，可對設備進行針對性維護，提升設備連續安全運行水平，延長設備使用壽命，同時，可大幅提高運維人員工作效率，降低運維成本。

3.2 應用5G+AI巡檢機器人

應用變電站智能巡檢機器人旨在替代巡檢人員從事繁重、瑣碎的巡檢工作，智能巡檢機器人的核心功能是：

（1）自動巡檢

巡檢機器人可根據預設巡檢周期、巡檢路線及各巡檢點檢測項目進行自動巡檢，并對超出預設閾值的檢測項目進行預警提示，低電量時自動充電，可實現7×24h不間斷巡檢。

（2）局部放電檢測

巡檢機器人升降桿上配備超聲波局部放電檢測儀、超高頻局部放電檢測儀，可檢測開關柜0.1~2m任意高度位置的局部放電情況，通過閾值比對，判斷開關柜內設備是否正常運行，并將實時告警信息推送至監控平臺。

（3）火災預防檢測

巡檢機器人可通過搭載的七合一氣體檢測傳感器，采集多種氣體含量數據，結合人工智能檢測火災因子，判斷火災隱患，防止火災發生。

（4）滲水檢測

巡檢機器人可通過專用傳感器，結合人工智能圖像識別技術，判斷是否滲水，防止滲水事故發生。

（5）氣體泄露檢測

巡檢機器人可通過搭載的工業氣體專用傳感器，實時監測SF6數據，及時將氣體泄漏情況回傳至后臺監控系統，避免氣體泄漏造成的事故。

（6）現場操作及遠程應急指揮

巡檢機器人具有觸摸屏，方便工作人員現場操作。當配電室發生重大事故，工作人員無法及時趕到現場或無法進入現場時，可以控制機器人到達事故點附近，通過機器人搭載的各種傳感器全景展示事故現場，為啟動應急預案提供決策依據。

（7）預測配電室安全趨勢

利用巡檢機器人搭載的各種傳感器獲取大量監測數據，綜合研判及預測配電室安全趨勢。

（8）氣紋與聲紋對比

通過采集配電室內的聲音，比對多項已有聲音特征模型，判斷當前配電室內的聲音類別，異常情況時，及時告警，確保設備運行正常。通過對比不斷收集的氣體濃度信息和自有的氣體濃度模型，預測線路老化程度，識別起火及滲水隱患，預防事故發生。

（9）語音交互

巡檢機器人配備高保真音響與麥克風，可實現遠程控制端與現場工作人員的實時語音通訊。

（10）5GWiFi路由功能

巡檢機器人配備工業5GWiFi路由器，支持NSA和SA網絡，全面兼容移動、電信、聯通三大運營商網絡。

四、結語

智能變電站可實現變電站的智能化運行檢測、智能化管理，可預測設備隱患，預防變電站故障的發生，并在故障出現后快速進行處理，使變電站始終保持在良好工作狀態；可進行可視化遠程操作，確保操作人員安全；可監測環境溫度和濕度，并自動調節溫濕度；可通過智能照明控制系統，遠程控制燈的開關；可通過電力監控APP軟件，隨時掌握電力運行情況，有效保障電力系統的安全運行。

作者：劉金磊，劉毅，王清正

來源：《天津金隅振興環保科技有限公司》

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