新一代智能变电站智能辅助系统设计与研究

2022-09-12

智能辅助控制系统作为变电站设备运行环境与公共安全状态全天候、24小时智能化监控的重要技术手段, 在智能变电站建设中得到了广泛的应用。变电站辅助系统包含图像监视及安全警卫系统、火灾报警系统、环境监测系统、照明系统等[1]。

目前, 变电站的辅助系统各子系统采用分散设计、独立上传, 信息无法整合, 不能满足国网公司“调控一体, 运维一体”的技术要求。

针对目前变电站智能辅助系统存在的不足, 本文对其网络结构、各子系统联动逻辑进行优化, 实现各子系统智能联动与协同工作, 提升互操作性。并借助三维设计软件进行前端设备的优化布置、管线综合布置、碰撞校验, 为土建施工提供有力支撑, 提升施工质量。

一、变电站智能辅助系统架构

(一) 网络结构与实现方式

通过变电站智能辅助系统设计方案, 将站内的图像监视、安全警卫、火灾报警、环境监测、智能巡检、智能门禁、事故油池控制以及智能灯光控制等子系统的信息上送给变电站辅助设施后台系统, 后台分析收到的信息后, 根据分析结果向子系统下达控制命令[2]。各个子系统之间实现信息共享、相互协同工作。

智能辅助控制系统中的控制系统主机由监控一体化系统整合, 各子系统通过双以太网接口按照IEC61850规约与监控一体化系统连接, 传送各子系统的运行状态信息。监控一体化系统主机进行标准数据的存贮、分析和打包分类, 完成对各子系统不同设备的规约转换, 实现各子系统内部协同操作。

变电站监控一体化系统应配置统一的数据服务器, 数据服务器应具备较强隔离分区能力。对分区数据的隔离存储应当符合电监会颁发的《电力二次系统安全防护总体方案》中的各项规定。

监控一体化系统与智能辅助系统主站 (调控中心) 以总线方式相连接, 其中预留与其他变电站连接的数据接口, 以便实现各变电站之间的数据交换。

(二) 各子系统之间联动逻辑

(1) 图像监视子系统与相关设备联动。

图像监视子系统能与火灾报警、门禁、安全警卫等子系统联动, 根据需要打开相应区域的视频设备进行图像采集。

(2) 火灾报警子系统与相关设备联动。

火灾信号确认后, 火灾报警控制器第一时间发出警报信息, 联动声光报警器。在火灾自动报警系统发出报警信号后, 1) 调用相关区域摄像探头, 采集图像;2) 关闭防火阀, 停止有关部位风机运行, 启动防烟、排烟风机和排烟阀;3) 在火灾完全确认后, 自动关闭相应区域的防火门、防火卷帘, 解除所有疏散通道上的门禁控制;4) 迅速接通火灾事故照明灯, 开启通道疏散指示灯, 切断与消防无关的一切电源;5) 联动消防119, 上报火情[3]。

(3) 环境监视子系统与相关设备联动示意图。

环境监测子系统包括SF6/O2监测、温湿度监测、水位监测以及风机、空调控制等。当监测到SF6泄露或者02浓度过低时, 自动开启风机。当温湿度超过阈值时, 自动开启风机或空调。若室内湿度大于室外则排风除湿, 若室内湿度小于室外则空调除湿。当监测到水浸场景时, 开启水泵排水。

(4) 智能灯光控制子系统与相关设备联动。

智能灯光控制子系统利用各种传感器及遥控器达到对灯光的自动化控制, 根据时间、光感度等设定条件, 对灯光进行开启。

二、三维设计在变电站智能辅助系统设计中的应用

三维设计是变电工程技术发展的新方向[3], 与传统的二维设计相比, 三维设计的应用使设计成果更为立体直观, 由三维模型直接剖切生成二维平、断面图, 有利于提高设计精度和效率;并且三维设计引入了各专业协同工作的理念, 提高了不同专业配合的效率, 避免接口过程带来的错误;整站数字化成果的移交, 有利于实现变电站的全寿命周期管理, 为工程的后期运维、改造提供方便, 也为设计服务的延伸增值提供可能。

(一) 前端设备的优化布置

智能辅助系统前端设备的布置, 应满足以下两大原则:一是安全性, 即所有探测区均在探测器的保护范围之内, 不存在探测“死空间”二是经济性, 充分利用保护空间, 在确保安全性的前提下, 优化传感器和摄像机的总数。探测器布置的传统计算方法是根据不同种类探测器的保护面积A和保护半径R确定, 并不应超过规范附录E探测器安装间距的极限曲线规定的范围[4,5]。文献[6]研究了传感器的智能布置法中比较有代表性的VFA法和SOM法。

但由于变电站各个区域的建筑结构和电气设备安装位置不同, 对传感器节点的布设要求也不尽相同, 因此配置传感器不能一味套用固定公式, 并且智能布置法算法复杂, 不易于设计人员接受。

应用三维设计布置智能辅助系统的前端设备, 通过在三维设计软件中设定每个前端设备的覆盖半径和区域, 在变电站三维模型中更直观、精细地反映总体空间的优化布置, 确保用最经济的设备投入实现全区域无死角覆盖。

(二) 综合布线设计及碰撞校验

待全站智能辅助系统前端设备布点位置确定后, 在三维设计平台上进行埋管设计, 直观清晰的反映各前端设备信号线的走线路径, 便于土建施工时同时预埋, 极大提高施工质量。

在三维空间中同步展示智能辅助系统前端设备、埋管布线、带电设备、建筑物构架, 可对设备进行安全距离校验, 避免碰撞, 有利于提升设计精细化水平。

待全站三维模型建立完成后, 可用三维设计软件进行施工模拟以及进度管理, 实施施工方案预演, 形成施工风险预警, 为施工进度计划的调整提供技术参考, 指导工程项目管理。

三、结束语

本文建立了新一代变电站智能辅助控制系统的网络结构, 通过监控一体化平台实现了各子系统之间协同工作。并借助三维设计软件进行前端设备的优化布置、管线综合布置、碰撞校验, 为土建施工提供有力支撑, 提升施工质量。

摘要：针对目前变电站智能辅助系统存在集成度低、投入成本高、管理效率低的问题, 建立了新一代变电站智能辅助控制系统的网络结构, 以更好地支撑“调控一体, 运维一体”的技术要求。并深入研究了三维设计在变电站智能辅助系统中的应用, 借助三维设计软件进行前端设备的优化布置、管线综合布置、碰撞校验, 为土建施工提供有力支撑, 提升施工质量。

关键词：智能变电站设计,智能辅助系统,监控一体化,智能联动,三维设计