帕瓦电力解决方案 解决方案与产品组合 智能变电站状态监测及辅助系统解决方案

江苏省帕瓦电力技术有限公司 解决方案与产品组合 1 专业从事电力设备状态在线智能监测领域技术研究 整体解决方案设计与咨询 产品制造和工程实施 依托无锡物联网产业研究院的技术力量和各种资源 致力于成为客户在智能电网在线监测领域最值得信赖的战略合作伙伴 关于江苏帕瓦 物联网作为智能电网信息感知不可或缺的的基础环节 在电力系统中具有广阔的市场前景 可以全方位提高智能电网各个环节的信息感知深度 广度以及密度 为实现电力系统的智能化以及 电力流 信息流 业务流的高度融合 提供基础数据支持 2009年5月 国家电网公司明确提出建设 具有信息化 自动化 互动化的智能电网 计划到2020年全面建成统一坚强智能电网 数字化智能变电站是电网运行数据的采集源头和命令执行单元 是智能电网的基础和重要环节 目前变电站配置的图像监视 安全警卫 火灾报警 主变消防 给排水 采暖通风等辅助生产系统以及变压器油色谱 局放 GIS室微水 局放 开关状态 SF6泄漏等在线监测设备 依然是各自独立的 不具备智能对话功能的小型自动化装置 形成多个信息孤岛 需要更多的人工来关注 理解和处理这些设备的信息 还没有达到数字化变电站的智能运行管理的要求 物联网技术在智能变电站应用机遇与前景 通过导入物联网技术 透过对外界相关要素的感知 构建传感网监测网络 可以对能够影响变电站运行的因素实施全方位智能监测 同时还进一步可以在传感网监测平台基础上建立一套全站公用的智能监测与辅助控制系统 集成目前图像监视 安全警卫 火灾报警 主变消防 采暖通风等辅助系统的系统功能并延伸更多的相关功能 达到 智能监测 智能判断 智能管理 智能验证 要求 全面实现变电站智能化的运行管理 江苏帕瓦公司的智能变电站解决方案就是在这个关键的历史机遇时刻 充分利用物联网有关技术和研究成果 建设具备自身特色的智能监测与辅助控制系统 为充分实现智能的数字化变电站提供坚强支撑 物联网技术在智能变电站应用机遇与前景 续 协同感知融合操控 智能变电站状态监测及辅助系统解决方案 系统结构图 变电站智能监测与辅助控制系统主要由以下部分组成 集控站管理主机变电站管理主机变电站高压输变电设备运行温湿度度在线监测子系统变电站采暖通风子系统变电站给排水在线监测子系统变电站GIS开关室微水 局放 开关状态在线监测子系统变电站GIS开关室SF6泄漏在线监测子系统变压器局放 油色谱在线监测子系统变电站综合监视及安全警卫子系统防误入间隔子系统智能巡检认证子系统避雷器阻性泄漏电流监测子系统消防及火灾报警子系统 系统组成 系统软件框图 智能管理 基于IEC 61850通信协议的两级智能管理软件 不仅是所有各类设备和状态监控子系统的综合管理平台 同时可以与集控站控制主机完成自动数据交换 接受集控站的命令 关键设备的在线状态监控 通过对下述状态监测为状态检修提供数据支持高压输变电设备的运行温湿度在线监测GIS设备微水 局部放电 开关状态在线监测GIS室内六氟化硫气体密度在线监测变压器油色谱 局部放电监测对操作室水浸 电缆沟水位进行在线监测避雷器阻性泄漏电流监测 通过泄漏电流传感器节点 电压相位传感器节点采集泄漏电流总电流和相位信息 经过信息融合算法 得到避雷器的阻性电流分量和3次谐波分量 为避雷器状态检修提供数据 动力环境监控 自动监测变电站环境温湿度 优化动力环境控制方案 自动照明控制 自动调节空调设备和通风设备 节省照明 空调电力 高清数字视频监控及安全保障 具备智能分析的综合视频监控系统 多传感器融合无虚警自动防入侵警戒 智能巡检管理和设备检修安全保障 系统的主要功能 智能管理软件 以传感器网络为基础 将各辅助系统功能集成为一个完整的 变电站智能监测与辅助控制系统管理平台 采用IEC 61850规范各类辅助系统的信息传输 有利于统一化管理 通过集成平台的信息共享和智能处理能力 帮助监控人员对站内状况全盘掌控 提供高质量的监控支撑能力 超低功耗无线传感器网络 实现温度传感器 湿度传感器 水浸传感器等全寿命无需更换电池 综合视频监控以及智能分析处理能力 实现了综合监控目标和控制对象的联动 特别是动态目标的检测和定位 多传感器协同感知和联动 能够实现无虚警 无漏警防入侵周界系统 暖通 给排水等能够与在线监测信息联动 帕瓦解决方案的核心技术 支持61850国际标准平台整合九大辅助监控系统实时数据显示 整体时延小于 500ms设备管理系统统一管理 分级权限作用各个子系统3D浸入式前段交互 用户体验度高报警联动 规则设置 自动处理 智能变电站辅助监测系统管理平台 主要优点 系统管理平台 登录界面 登录窗口 登录用户分为两种 1管理员 可以管理设备 配置管理 处理联动 下发命令2普通用户 只能浏览数据 界面分为两部分 左边用于浏览3D变电站 右边用于显示欢迎信息 视频信息 历史数据 系统管理平台 主界面 变电站全景图 主界面上方有三个按钮 用户管理 完成用户增删改查修改密码 完成当前用户的密码修改退出 退出系统当鼠标置于楼层上 会悬浮出该楼层的内部结构图 系统管理平台 楼层内全景 系统中设备全部是3D立体 可进行旋转 移动操作 设备相关信息会悬浮在设备上 信息包括 设备名称 附属传感器名称 附属传感器当前数值 报警提示等 房间内可以漫游 变换视角 改变俯角 右上方是操作控制选项 有 设备列表 切换镜头 返回上级 三个选项 系统管理平台 楼层内漫游 用户可以通过移动位置 变换视角 改变俯角在房间内漫游 最左边有 前 后 左 右 初始 五个按钮 用于用户视角的位置移动中间两个按钮用于提高和降低俯角最右边四个按钮用于改变镜头 房间内共有四个视角 分布在前 后 左 右四个墙上 系统管理平台 设备管理 点击 设备列表 按钮弹出 所有设备列表 对话框 点击 删除 按钮删除当前设备点击 调节 调节设备位置 旋转点击 查看 修改设备属性点击 添加新设备 添加一个新设备 系统管理平台 设备附属传感器管理 点击 查看 按钮进入设备附属传感器管理 弹出ACTION对话框 ACTION对话框份三栏 最左边一栏是用于显示传感器列表和历史数据查询中间一栏用于添加传感器告警最左边一栏用于设置报警门限 系统管理平台 传感器联动设置 点击 添加关联 进入关联设置 选择关联对象和执行的命令 选择操作类型及关联设备 对话框有两栏 最左边一栏用于选择关联设备的执行的命令右边一栏用于选择关联的设备 系统管理平台 数据库ER图 数据库设计图 记录场景内所有设备信息记录所有历史检测数据 设备状态数据 报警信息记录用户对于传感器报警门限 报警联动的配置 当检测数据超过门限时 系统查询联动配置 可自动向关联设备发送应急命令 系统管理平台 数据库 通过MySQLworkbench访问数据库 当前为3D场景内所有设备信息列表 系统管理平台 运行日志 3D运行日志记录了用户操作动作 数据收发流程 运行时错误等可用于检测系统运行状态 查看系统错误 为避免过多记录影像系统运行 可以设置日志级别 有选择记录 国网总公司2010年唯一一座220KV全数字化智能变电站示范项目该重点示范工程采用了江苏帕瓦状态监测及辅助系统解决方案 涉及到解决方案中大部分的平台 子系统 节点和部件的开发 生产和施工 国网重点示范工程 无锡西泾220KV智能化变电站状态监测及辅助系统 西泾智能变电站状态监测及辅助系统系统总体原理图 感知 传递 主要子系统介绍 温度在线监测系统组成 温度在线监测系统组成原理如右图所示 它主要由管理中心 控制主机 数据传输基站和DWT100无线温度传感器和红外热像仪组成 检测节点采用无线水浸传感器和有线水位传感器 与设备温度传感网监测同一无线平台 无需额外部署基站 给排水系统实现的功能有 实现对积水情况的实时检测 根据检测结果 实现积水自动排放 自动协同图像传感器 查看现场情况 远程控制水泵运行 积水情况的准确检测 高水位超越直接电气自动排水 提供额外的高水位保护 多传感器融合水位监测 确保设备安全运行 给排水在线监测子系统 监测节点采用无线温湿度传感器 与设备温度传感网监测同一无线平台 无需额外部署基站 采暖通风子系统 采暖通风系统实现的功能有 远程查询温湿度检测节点工作状态 远程控制空调运行 根据室内外的温湿度情况 自动控制通风系统和空调系统的运行模式 满足温湿度控制要求 主要功能 检测地面及围墙上的入侵和非法入侵行为对入侵目标进行人员 动物 车辆的分类多传感器融合无虚警自动防入侵警戒智能视频识别防止翻越大门 围墙视频图像统一显示 存贮 检索功能支持按需按时布防和撤防功能现场声光报警功能智能视频识别与其它子系统的融合 联动功能 包括但不限于智能检修子系统 SF6泄露检测子系统 消防子系统 给排水子系统等 综合视频监控及安全警卫子系统 高清数字监控结构简图 智能巡检认证子系统采用图像监视系统的图像传感器 通过智能图像识别软件来实现巡检质量认证 工作原理 A 预设巡检路线和巡检时间节点 预设关键设备图像标识贴膜 关键巡检点 和图像标识服装 巡检工作服 B 智能图像识别巡检工作服 自动识别巡检人员 最多16人 C 自动记录进入和离开视场时间 自动生成图像标识和文字报表 D 自动判别巡检人员与关键巡检点的距离 接近自动生成关键巡检点图像标识和文字报表E 根据巡检路径 时间和关键巡检点巡检时间关系自动判别巡检质量 对低质量巡检事件生成视频流文件和文字报表自动推送到管理人员桌面顶层 智能巡检认证子系统 防误入间隔子系统采用图像监视系统的图像传感器 通过智能图像识别来实现误入间隔告警 工作原理 A 根据工作票人工定位检修间隔B 自动弹出该间隔的视频图像C 人工辅助在上述图像画面上生成虚拟逻辑安全围栏D 自动比对物理围栏与逻辑围栏的位置差异 超标自动告警E 自动识别围栏外的人员活动 并自动产生告警信号通过无线网络传递到围栏告警指示灯 提示操作人员站位错误 防误入间隔子系统 SF6监测系统由三部分组成 SF6检测节点 控制器 协同感知监控平台 SF6监测系统实现的功能有 SF6气体泄漏的准确检测 实现漏点定位 SF6传感器通过CAN总线与主机连接SF6超标自动发出报警信号 智能图像联动SF6超标自动启动风机 实现自动通风换气 远程控制风机运行 实现与消防系统连锁联动 SF6泄漏在线监测系统 GIS微水在线监测系统 PW微水在线监测系统子系统对GIS开关室SF6气体的含水量 密度和温度进行实时数据采集显示 数据远传 故障报警与闭锁信号传输 后台数据显示与分析 主要技术参数 湿度测量范围20 1 000 L L ppmv 湿度测量精度 4 FS 湿度报警门限300 L L ppmv 或按用户要求设定密度测量范围0 01 1 00MPa密度测量精度 0 5 FS 密度报警闭锁信号按用户要求设定温度测量精度 1 通讯接口与速率RS 485总线 2 400bps 可转换至各类有线或无线网 GIS局部放电在线监测系统 该子系统通过采用超高频天线检测GIS局部放电产生的超高频 UHF 信号 可实现对GIS局放信号的在线监测主要技术参数 灵敏度 监测灵敏度 小于5pC测量频带 300MHz 2500MHz诊断准确性 放电故障类型自动诊断正确率大于90 传感器灵活性 采用外置式UHF传感方式 尺寸大小与GIS相配套 用屏蔽带直接固定在绝缘盆子上 易安装 易拆卸 系统抗干扰性 系统有良好的电磁兼容性 绝缘性能 抗干扰性 抗腐蚀性等 利用噪音传感器 滤波器来区分局放信号与内 外界的干扰信号 如开合动作信号 自检信号 移动电话信号 雷达信号 电动机干扰 荧光灯等干扰信号 利用屏蔽带 导电泡沫带来防止在GIS盆式绝缘子等位置引入的外部信号造成的干扰 瞬态保护 系统设有VFTO瞬态过压 过流 防雷等保护措施 工作环境 标高 海拔3000m以下 年最高温度 60 以下 年最低温度 25 以上 耐地震能力 地面水平加速度 0 25g 地面垂直加速度 0 125g 不结露的最大相对湿度 95 污秽等级 级 最大风速35m s 变压器油色谱在线监测系统 SE变压器油色谱在线监测系统子系统可以在线利用气相色谱分析油中溶解气体 是发现变压器内部故障的最有效的方法之一 系统原理如上图所示 主要技术特点与参数 取油方式 油泵循环 检测及时 无死区油样脱气方式 中空纤维束脱气测量种类 H2 CO CO2 CH4 C2H2 C2H4 C2H6及微水数据通讯 RS485 GPRS有线 无线通讯可选报警方式 现场装置亮灯报警 后台软件二级声 光报警 手机信号报警等载气更换 三年左右 按每天监测一次计算 标定周期 大于2年色谱柱寿命 大于8年变压器油温度范围 15 80 工作环境温度范围 40 70 工作相对湿度 5 95 无冷凝面板指示 面板上有四色指示灯防护等级 IP65以上 无线避雷器在线监测系统 该子系统由主机 若干骨干节点 Sink 至少3个无线电压传感器节点 WPS 和若干无线避雷器泄漏电流传感器 WCS 组成 主要技术参数 总泄漏电流测量范围 0 1 3mA 3次谐波电流测量 0 3mA 阻性电流测量 0 3mA 总泄漏电流测量精度 2 3次谐波测量精度 2 阻性电流测量精度 5 无线通讯频率 2 4GHz 无线通讯距离 400米 空旷地 供电 太阳能 自持时间 5天 主要功能 按相关国家标准完成火灾报警监测功能能够与控制主机通讯 发送告警位置信息具备告警硬接点 告警信号通过硬接点直接发送到集控站控制主机变电站辅助系统管理主机收到告警位置信息后自动联动智能图像传感器 并按事先设定的互锁逻辑锁定排风系统 消防火灾报警子系统 无线传感网数据传输基站 无线传感网数据传输基站用于收集各类传感器的无线信号 并通过RS485总线将数据传送给控制主机 它是由MCU RS 485接口 CAN接口 2 4GHz数字RF收发器 宽输入DC DC直流稳压电源 IP68ABS外壳和高增益定向天线等组成 主要技术参数 工作频率 2 4GHz 天线 鞭状天线 10dB螺旋天线 灵敏度 90dB 或与0dB传感器开阔地通信距离 300米 供电电压 DC9 24V 工作电流 50000小时 外型尺寸 300mm 125mm 125mm 防护等级 IP68 安装方式 支架固定 杆塔防护和配网防盗解决方案 39 40 系统结构 区域组网 骨干节点多跳适用于杆塔距离较近 2km左右 多个节点通过多跳组网 最后信息传入汇聚节点单一测量节点 GPRS数据远传适用于杆塔距离较远 每个测量节点可以采用GPRS数据传输模式单独测量节点适用于需求方有网络功能 测量节点可作为功能节点接入已有网络 41 系统结构 区域组网 骨干节点多跳适用于杆塔距离较近 2km左右 多个节点通过多跳组网 最后信息传入汇聚节点单一测量节点 GPRS数据远传适用于杆塔距离较远 每个测量节点可以采用GPRS数据传输模式单独测量节点适用于需求方有网络功能 测量节点可作为功能节点接入已有网络 42 网络结构 无线传感网 43 系统结构 单点测量 工作原理 采用高精度三轴加速度传感器和相应的配合电路 实现倾斜角度的测量 测量精度测量角度范围 60度 最小分辨率0 25度应用举例 50m高度的塔 能够识别1mm的倾斜 测量距离2 4G频段 通信距离2km 点与点之间距离 空旷无阻挡情况下 距离更长 也可采用233MHz 430MHz和780MHz等频段 倾斜传感器工作原理和技术指标 安装方法紧固件固定 螺孔固定 铁塔支持或加装固定座 强力磁铁 可以外加防护壳 避免外界干扰 不锈钢捆扎带机械尺寸50 60 90 mm 供电方式 电池供电 采用大容量电池和低功耗组网协议 电源使用寿命长测量模块工作条件 5次 天 电池4AH 工作寿命 5年太阳能供电有源供电 倾斜传感器安装方法和产品尺寸 智能防盗螺栓 性能指标 在一个螺栓上集成了热释红外传感 磁传感和震动传感器 通过对以上三种传感器感知信息的数据融合 能够检测出10 20米范围内人的行动 螺栓拆卸和盗窃等行为 低功耗具有RF无线收发功能 目前 该传感器电子设计部分已经完成 并通过性能测试 机械结构部分 目前正在进行中 预计在10月可以提供样品 汇聚节点技术指标 性能指标 支持以太网 FE GPRS通信功能可以做为无线传感网络的骨干或SINK节点多频段支持 233MHz 430MHz 780MHz 2 4GHz测量距离 2 4G频段 通信距离2km 点与点之间距离 空旷无阻挡情况下 距离更长 供电方式 电池供电 采用大容量电池和低功耗组网协议 电源使用寿命长太阳能供电有源供电 汇聚节点安装方法和产品尺寸 安装方法紧固件固定 螺孔固定 铁塔支持或加装固定座 不锈钢捆扎带机械尺寸盒体 144 144 70 mm 太阳能板 145 175 26 mm 电力输电和配电杆塔倾斜测量采用多跳组网方式 汇聚节点具有以太网和GPRS通信功能 防入侵系统采用星型组网方式 汇聚节点具有以太网通信功能 目前采用多种类型传感器的信息融合方法 实现故障的综合判定 以避免漏报错报 并排除重大事故隐患 目前应用方案 汇聚节点图片 倾斜传感器图片 电力计量设备智能铅封管理系统 52 电力计量设备是用来计算用户用电量的关键设备 电力营销部门根据计量结果向用户收费 利用高科技手段提高管理手段 及时预防 发现 堵住偷电的漏洞口 挽回经济损失 是电力部门日益迫切的需要 目前的管理方式下主要存在以下问题 防伪手段简单 容易被伪造 检查手段落后 不能及时有效地发现偷电行为管理手段落后 无法对用电检查工作进行量化管理 背景与需求 53 1 智能铅封设计方案 数据采集器完成一维条码扫描 电能表条码的扫描 一维条码铅封的扫描 RFID电子芯片读取 电子铅封编号的读取 铅封数字编号输入和汉字输入的功能 2 智能铅封管理系统软件平台 系统软件平台为网络版 安装在市场营销网络里面 要求从市公司一级到每个县公司 以及每个供电所都能够打开进入这个系统 能与电力营销系统进行数据交换 但电力营销系统必须提供数据交换接口 3 手持终端铅封处理系统 通过上传和下载完成客户基本信息 计量信息 铅封安装使用信息 显示和存储客户基本信息 计量信息 铅封安装使用信息 解决方案的主要组成部分 54 1 封签环境参数 工作温度 10 70 存储温度 20 85 工作湿度 80 2 芯片基本参数 卡片静态谐振频率 13 56MHz 15 4MHz芯片存储容量 2K芯片型号 ICODEII 3 芯片性能参数天线材料 酒精线和热熔线符合标准 ISO15693读取距离 0 5cm 与阅读器的配置相关 工作模式 可读写极化方式 沿标签长边方向数据保存时间 50年防冲撞机制 适合于多标签读取 4 标签材质 采用COB透明塑料封装 可自行选择颜色 旋钮采用有色ABS材料 颜色可以选择 智能铅封 55 户外端子箱智能防凝露监控系统 端子箱是变电站的重要设备 起着动力 控制 测量和保护作用 端子箱对于提高二次回路的绝缘和电气性能 防止因二次回路绝缘和老化问题引发的各种缺陷与异常 确保主设备及其系统安全运行具有重要意义 然而 人们通常把端子箱视作一个简单的容器而很少给予足够的重视 在昼夜温差大且空气潮湿的地方 空气中的水分遇冷 通常就会凝结成小水珠 户外端子箱经过白昼太阳的暴晒以及内部电器的发热 深夜时户外端子箱柜体箱壁温度下降 柜体内潮湿的热空气碰到冰冷的箱壁 就形成了凝露 水珠可能凝结在户外端子箱柜体内的顶部和内壁 凝结的水珠在重力的作用下 就可能会滴落至正在运行的端子排上 端子箱一旦受潮严重 将导致端子箱内的运行环境变差 进而使得交 直流回路对地绝缘电阻降低 造成二次回路接地或短路 这将可能造成保护误动或拒动等 甚至造成断路器的误动 危害极大 另外 当发现端子箱受潮严重后 还需要冒着极大的安全风险去更换端子排或端子箱 甚至大动干戈将所涉设备和回路停电 同样存在着严重的事故隐患 因此 加强对户外端子箱的日常除湿 防潮处理就显得尤为重要 概述 对于端子箱而言 其为金属材质 导热性很强 当箱外空气温度开始降低时 端子箱也开始降温 端子箱内壁及其附近的空气温度低于或等于箱内空气的露点时 就会在箱体内壁上形成结露 空气中结露的形成 与目前在用的自动加热器不同 户外端子箱智能防凝露监控系统的特点有 能够自动检测端子箱内部的温度 湿度 根据设定值自动启动和关闭加热环流组件 具有完善的自我监测报警功能 一旦发生加热回路断线 过度潮湿或长时间无法改善端子箱内部温湿度 智能户外端子箱加热器会自动向监控后台发出报警信号 告知运行人员进行现场检修 当户外端子箱智能防凝露控制器发生损坏而无法正常运行和报警时 监控后台可以进行远程监控 通过通讯报文巡检发现损坏的智能防凝露控制器 并发出报警通知运行人员进行检修 通过完整的闭环控制系统完全能够使户外端子箱的运行环境得到有效保障和监控 与目前使用的自动检测温湿度 自动除湿装置相比 户外端子箱智能防凝露监控系统只在硬件上增加了状态检测和通讯功能 其余功能完全由软件来实现 既控制了成本又能够大大增强设备的功能 提高安全运行可靠性 在先进性和经济性两方面都满足了很高的要求 户外端子箱智能防凝露监控系统说明 图3户外端子箱智能防凝露监控系统图 户外端子箱 报警 智能防凝露控制器 监控后台 打印机 通信总控单元 户外端子箱智能防凝露监控系统图 智能防凝露控制器产品如右图 后台监控系统与现场户外端子箱智能防凝露控制器进行数据的交换及处理 后台监控系统与智能防凝露控制器的通讯方式严格按照现行的变电站通讯规约执行 对智能加热器的地址分配和命名也严格 统一 图1智能防凝露控制器及相关组件图 主控制器 加热环流组件 温