技术丨智能化变电站在水泥厂的应用

一、引言

随着电力自动化技术的不断完善和发展，水泥行业的变电站管理正逐步向智能化、无人化方向发展。智能变电站是指以高度集成的智能设备和先进可靠且环保的技术为基础，集电力监控、门禁管理、视频监控、环境监测、移动APP管理功能于一体，具有网络化、数字化和标准化控制系统的变电站。提高变电站智能化管理水平，将进一步推动水泥行业的节能降耗工作，利于水泥企业的节能、高效、可持续发展。

二、变电站智能控制系统组成

智能变电站与传统变电站的主要区别在于，智能变电站应用多主机服务器集群技术，配置了热备冗余协同系统，可通过信息网络实现多座变电站的远程实时监控管理。变电站智能控制系统主要由电力监控系统、门禁管理系统、视频监控系统、环境监控系统、移动APP管理系统组成。

2.1 电力监控系统

某公司原有1座110kV总降压变电站、4座6kV分变电站及1座余热发电站，总降压变电站设有监控主机，热备冗余配置，与各分变电站之间无通讯联络。在水泥磨、原料磨各设置了1台分站监控主机，对4座分变电站进行集中监控管理；在余热变电站设置了1台监控主机，对余热发电变电站进行电力监控；同时，在110kV总降压变电站、水泥磨、原料磨及余热发电站各设有1间值班室。

应用智能控制技术后，该公司变电站形成了一个新的电力监控中心，主要包括：中控室能源管理中心；全厂值班室由4间变为1间，设在余热变电站，作为全厂电力监控中心。110kV总降压变电站设置一台监控主机，4座6kV变电站各设置一台监控主机，另设置一台视频监控主机。

能源管理中心配备能源管理服务器，各变电站及能源管理中心之间通过光纤环网连接。新的电力监控系统实现了总降压变电站、一线水泥磨、一线原料磨、二线水泥磨、二线原料磨的电力智能化监控及变电站的无人值守。在110kV总降压变电站电力监控中心设有110kV电力监控工作站、6kV电力监控工作站，是调度前置服务网关。网络服务器通过硬件防火墙与外网相连。

2.2 门禁管理系统

原变电站仅有一扇传统的锁具式铁门，通过设立门禁管理系统，可实现以下功能：

（1）进出变电站需进行人脸识别与密码输入等组合验证。

（2）识别未佩戴安全帽的人员，并示意其佩戴安全帽。

（3）支持口罩检测模式，可配置提醒/强制戴口罩模式。未戴口罩员工可进行身份验证及正常考勤签到，通过身份验证后，提醒其佩戴口罩；强制戴口罩模式，即，未戴口罩无法进行身份验证，提醒佩戴口罩。

（4）具有考勤功能，可对进出人员进行拍照记录。其中，联动抓拍具有很强的人像防伪识别功能，即，距离门禁管理器一定距离时拍照一次，靠近门禁管理器时再次拍照对比识别，经过2次动态识别，保证进入变电站人员的真实性。门禁系统采用200万像素宽动态摄像头，面部识别距离最远2m，适应1.2~2.0m身高，支持5000人脸库，人脸比对时间≤0.2s/人，验证准确率≥99%；附加体温实测功能，可实时检出异常体温，便于健康管理。

2.3 视频监控系统

原有变电站未配置摄像机，由人工巡检保障电力设备安全运行，存在巡检盲区和安全风险。引进视频监控系统后，在各变电站设立环境监控系统，增设智能摄像头、环境监测传感器等设备，替代人工巡检，可实现值班人员的远程巡检和智能设备的自动化巡检。

视频监控系统基于AI分析，应用了区域入侵、越界侦测、进入/离开区域等多种智能新技术。系统所有摄像机均具有音频的双向输入输出功能；可划分区域，设置警戒；通过移动侦测功能可及时发现鸟类、野猫等小动物误入变电站等情况；具有员工行为异常报警功能，如跌倒紧急报警功能，既可保证值班人员的人身安全，又可保障全厂电力运行安全。此外，视频监控系统还具有视频抓拍、违章记录及录像回放等功能。如，通过室外智能视频摄像机，可自动抓拍违停行为并报警，保障人员和车辆进出安全。

2.4 环境监测系统

2.4.1环境温度、湿度监测系统

环境监测系统可自动获取环境温、湿度，绘制变化曲线，并根据变化曲线，及时调整优化温度控制器控制参数，闭环控制空调，实时调节温湿度，实现变电站运行环境的远程监测和自动调节，达到精细化管控目标。

2.4.2主变压器风机控制

增设风机控制箱，冷却风机作为闭环控制前端的执行机构，通过主变压器温度传感器将温度信号转换成电压信号，反馈至温度控制器，温度控制器根据设定值输出风机控制信号，实现主变压器风机的就地手动控制、后台远程控制和自动控制。

2.4.3主变压器温度监测

（1）前端设备具有远程监控功能、视频服务器功能和高清摄像机功能，系统利用热成像及双光融合技术，在热成像中叠加可见光细节，支持点、线、框多规则灵活布控，满足关键区域、特殊点位的测温需求。

（2）可实现对变压器本体、变压器进线套管接头、出线连接处温度的自动实时监测，实现主变压器温度的远程实时管理，取代人工巡检，可及时、安全、无盲区进行监控。

（3）环境适应性强，可在无光、逆光等环境下获取丰富的图像信息，实现24h监控主变压器。

（4）支持移动侦测，若主变压器室误入小动物，监测现场会发出声音并闪烁灯光进行报警，后台监控系统也会报警，提醒值班人员及时处理，保证主变压器安全运行。同时，系统也支持音频异常侦测、行为分析及烟火检测等智能功能。

（5）热成像设备通过接收热辐射，能够以非接触方式检测被测目标的温度和状态，实现全天候实时监测、可视化测温、温度异常报警，可以快速、安全、准确地识别过热故障，判断故障原因并采取相应措施。

2.4.4灯光照明控制

增设智能照明控制系统，以适应各种光环境变化，可远程控制灯的开关，调节灯的亮度，进行节能管理。

2.5 移动APP管理系统

移动APP管理系统可实现对110kV总降压变电站、4座6kV变电站的远程监控。通过手机移动APP管理系统，变电站管理人员可实时监测整个变电站的电力运行情况，遇突发情况，可迅速处理设备故障，恢复电力设备正常运行，减小因故障停机带来的经济损失。此外，移动APP管理系统具有电力系统预警功能，可及时发出故障预警信息，消除设备隐患，减少停电事故次数。

移动APP管理系统由主机服务器端软件和移动端APP组成。主机服务器端软件无需安装，只需运行一个轻量级的应用程序，可设置为随系统启动而自动运行。移动端APP兼容主流Windows桌面操作系统、WindowsServer服务器操作系统、Unix、Linux操作系统等，兼容32位、64位操作系统平台。手机端APP软件可在主流应用商店下载，属于轻量级APP，支持HarmonyOS，IOS，Android操作系统。

应用移动手机端APP需考虑电力监控系统的安全性，首先，需增加硬件防火墙，将电力系统内部局域网与外网物理隔离；其次，增加软件防火墙，通过软件加密策略，保证局域网内系统安全；第三，在监控主机与网络工作站之间建立单独的网络隧道，建立三层安全保护。此外，将外网访问网络工作站方式设置为仅可通过移动手机端APP访问。移动手机端APP软件和服务器端的软件均采用256位AES端到端加密、双因素身份验证及其他行业领先的安全保护技术，两种软件均通过了SOC2、HIPAA/HITECH、ISO/IEC27001及ISO9001:2015认证，且符合GDPR的标准。

电力监控APP软件可通过WiFi、4G\5G信号、个人热点等多种方式访问，管理者可随时掌握电力运行情况，有效保障电力系统的安全运行。

三、变电站智能化发展方向

3.1 实施开关柜的智能数字化控制

（1）通过对开关柜温度、机械特性等关键参数进行实时状态监测及诊断，可提供设备健康状态的量化结果，防止潜在的失效风险变为设备故障，避免非预期性停电事故发生。

（2）通过监测开关柜状态，结合诊断分析，可对设备进行针对性维护，提升设备连续安全运行水平，延长设备使用寿命，同时，可大幅提高运维人员工作效率，降低运维成本。

3.2 应用5G+AI巡检机器人

应用变电站智能巡检机器人旨在替代巡检人员从事繁重、琐碎的巡检工作，智能巡检机器人的核心功能是：

（1）自动巡检

巡检机器人可根据预设巡检周期、巡检路线及各巡检点检测项目进行自动巡检，并对超出预设阈值的检测项目进行预警提示，低电量时自动充电，可实现7×24h不间断巡检。

（2）局部放电检测

巡检机器人升降杆上配备超声波局部放电检测仪、超高频局部放电检测仪，可检测开关柜0.1~2m任意高度位置的局部放电情况，通过阈值比对，判断开关柜内设备是否正常运行，并将实时告警信息推送至监控平台。

（3）火灾预防检测

巡检机器人可通过搭载的七合一气体检测传感器，采集多种气体含量数据，结合人工智能检测火灾因子，判断火灾隐患，防止火灾发生。

（4）渗水检测

巡检机器人可通过专用传感器，结合人工智能图像识别技术，判断是否渗水，防止渗水事故发生。

（5）气体泄露检测

巡检机器人可通过搭载的工业气体专用传感器，实时监测SF6数据，及时将气体泄漏情况回传至后台监控系统，避免气体泄漏造成的事故。

（6）现场操作及远程应急指挥

巡检机器人具有触摸屏，方便工作人员现场操作。当配电室发生重大事故，工作人员无法及时赶到现场或无法进入现场时，可以控制机器人到达事故点附近，通过机器人搭载的各种传感器全景展示事故现场，为启动应急预案提供决策依据。

（7）预测配电室安全趋势

利用巡检机器人搭载的各种传感器获取大量监测数据，综合研判及预测配电室安全趋势。

（8）气纹与声纹对比

通过采集配电室内的声音，比对多项已有声音特征模型，判断当前配电室内的声音类别，异常情况时，及时告警，确保设备运行正常。通过对比不断收集的气体浓度信息和自有的气体浓度模型，预测线路老化程度，识别起火及渗水隐患，预防事故发生。

（9）语音交互

巡检机器人配备高保真音响与麦克风，可实现远程控制端与现场工作人员的实时语音通讯。

（10）5GWiFi路由功能

巡检机器人配备工业5GWiFi路由器，支持NSA和SA网络，全面兼容移动、电信、联通三大运营商网络。

四、结语

智能变电站可实现变电站的智能化运行检测、智能化管理，可预测设备隐患，预防变电站故障的发生，并在故障出现后快速进行处理，使变电站始终保持在良好工作状态；可进行可视化远程操作，确保操作人员安全；可监测环境温度和湿度，并自动调节温湿度；可通过智能照明控制系统，远程控制灯的开关；可通过电力监控APP软件，随时掌握电力运行情况，有效保障电力系统的安全运行。

作者：刘金磊，刘毅，王清正

来源：《天津金隅振兴环保科技有限公司》

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