近年來，隨著無人值守變電站的推廣，調控一體化運行管理模式逐步得到應用[1]。為進一步提高變電站運行維護的安全性及可靠性，實現對變電站設備的可視化操作和運行環境狀態的同步集中監控，變電站智能環境監控系統（以下簡稱智能監控系統）作為變電站內統一監控調度的一項輔助控制手段逐步得到應用。

1 傳統變電站安防智能化系統存在的問題

傳統的變電站安防智能化系統各子系統都是孤立的，出現了一種監控“孤島”現象，無形中降低了系統的實用性、穩定性和安全性，而且增加了投資成本。目前傳統的變電站安防智能化系統主要存在的問題包括：監控“孤島”；無法聯動及事故預防；消防事件無法遠程監控及預防；缺乏環境監控手段；不能做到遠程干預或制止電氣設備偷盜行為；站內房間機械門鎖安全性較低；無法做到對變電站進行實時監控和管理。因此，采用遠程、實時、多維、自動的智能化綜合監控系統[3]是變電站安全運行的必備條件。

2 變電站智能環境監控系統設計

根據《智能變電站技術導則》《智能變電站設計規范》，結合杭錦旗供電分局實際情況，設計的變電站智能監控系統具有三級中心、十一大業務子系統，系統總體架構如圖 1所示[4]，業務子系統情況如圖 2所示。

智能監控系統為分層、分區的分布式結構，按監控地區級監控調度主站系統（以下簡稱監控主站）、區域級運維站（集控站）系統（以下簡稱運維站）和站端監控系統（以下簡稱站端系統）三級構建。

2.1.1 監控主站

監控主站主要運行整個系統的后臺服務體系，屬于整個系統的運營調度中心，部署了流媒體服務器、系統管理服務器、數據通信服務器、數據庫服務器、存儲服務器以及客戶端系統，通過網絡統一采集信號，監控下級站端同步傳送的各種環境量數字信號以及視頻信號，實現集中監控，日常運維、故障預警，即時響應、指揮調度管理[5]。

2.1.2 運維站

運維站作為地區監控主站，安裝部署運維站客戶端，通過調度中心用戶鑒權管理，分配可管控的變電站監控資源。監控分布按照各電壓等級變電站—監控區域—監測點樹形目錄結構、一次接線圖和多級電子地圖方式，逐層調閱本地轄區變電站視頻信息[6]。報警時，使報警地點以醒目的標記在電子地圖或目錄標志上閃爍，準確判斷報警類型和地點。

2.1.3 站端系統

站端系統以站端智能環境監控處理單元（HT500）為核心，將視頻監控、環境監測、安全防范、火災消防報警、門禁控制、語音對講、智能控制、SF6泄漏報警等子系統接入處理單元，進行集中管控。

2.1.3.1 門禁控制子系統

門禁控制子系統應根據建筑物的構造布局和安全防范的管理要求，對需要控制的各類出入口，按照不同的準入對象劃分權限級別，進行進出控制和管理。門禁控制子系統應與電子地圖子系統、視頻監控子系統、報警子系統實現聯動；門口可設置聲光報警器，非正常操作或門未鎖好時，應能發出聲光報警，相關技術要求應滿足《GA/T 394—2002出入口控制系統技術要求》。對人員逃生疏散口的出入口控制應符合《GB 50396—2007出入口控制系統工程設計規范》第9.0.1條第2款的相關規定。對于已建的門禁系統，應改造為與本系統兼容的門禁系統。

2.1.3.2 環境監測子系統

環境監測子系統主機安裝在監控室內，通過采集和傳輸技術的應用，利用智能環境監控主機，可以實時監測某些重要場所和設備的工作環境（如電壓、電流、溫度、濕度、漏水、水位、有害氣體、含氧量、風速風向、煙霧、明火等）。當工作環境出現異常時，可及時顯示、報警，并可通過通信IP網絡將數據上傳至監控主站和調度中心。

該子系統由設備終端和系統平臺兩大部分組成，設備終端主要包含智能環境監控主機和各種傳感器。系統平臺主要是在電腦上直觀地顯示被監測量的大小或狀態，以及被監測量的實時值或各種故障發生的情況。

2.1.3.3 視頻與語音對講子系統

變電站智能圖像監控及可視對講系統基于數字硬盤錄像機硬件設備，并以網絡視頻集中監控系統管理軟件為核心，實現系統功能，主要包括視頻監控、錄像管理、數據轉發、語音對講、遠程控制、告警管理、視頻識別及移動偵測、視頻分析與互動等功能。

2.1.3.4 消防報警子系統

消防報警子系統主要具有以下功能：對煙霧、明火、主變消防等火災狀態的實時監控；報警聯動，即本地聲光報警，監控中心計算機報警以及手機短信告警，并且可設置聯動視頻、門禁、燈光等子系統；可以直接接入煙霧探測器，也可通過智能接口集成主流消防廠家設備。

2.1.3.5 安全防范子系統

安全防范子系統的各探測器通過報警線纜與環境監測主機連接，報警時，報警信息能夠及時上傳至環境監測主機，并且能聯動相關設備，例如聲光報警器。

（1） 在變電站圍墻上鋪設電子圍欄，基本每面墻設1個防區。如果出現翻墻等入侵行為，電子圍欄采用高壓脈沖的方式進行打擊，既不傷害人體又保障了安全。

（2） 具有完整、明確的分界和強大的阻擋、威懾作用。

（3） 每個防區接入智能主機，并且可以和視頻監控系統、燈光系統聯動。如出現入侵現象，首先切換到圖像監控界面。晚上可及時打開探照燈進行威懾，并可以通過對講系統進行遠程喊話警告。

（4） 系統可以連接振動、紅外探測等各類報警探測器，出現警情時及時傳送到管理中心（值班維護人員），實時掌握變電站狀況。

（5） 所有報警輸入都可以和視頻監控系統、門禁系統以及消防系統聯動。

2.1.3.6 設備控制子系統

設備控制子系統提供空調、風機、燈光以及水泵、除濕器、加熱器等設備的控制功能。

2.1.3.7 規約配置子系統

通過CDT（循環式遠動規約）或IEC 61850實現與SCADA、監控系統等系統之間的集成和聯動[7]，目前已經和國電南京自動化股份有限公司（以下簡稱南自）、國電南瑞科技股份有限公司（以下簡稱南瑞）、南京南瑞繼保電氣有限公司生產的系統成功接口。主要功能如下。

（1） 接受變電站自動化系統的指令，實現刀閘、斷路器等設備動作與視頻、報警等系統的聯動。采用RS485方式進行單向通信。

（2） 當SCADA系統控制刀閘進行不同工作狀態切換時，輔助系統自動將攝像機對準執行此次動作的相關設備，并顯示對應的視頻信息，便于操作人員對操作結果進行確認，節省了工作人員去現場確認的環節，大大提高狀態切換效率并保證刀閘切換質量。

（3） SCADA系統與輔助系統通過正向隔離裝置（網閘）單向通信，輔助系統的數據不會進入變電站內部網絡，保證電網內部數據的安全。

（4） 將輔助系統的溫濕度、門禁、報警、消防等數據實時傳送給變電站信息監控平臺。系統采用TCP/IP方式進行通信。

2.2.1 以物聯網技術為核心的平臺式架構實現功

能的全覆蓋（1） 滿足國家電網對變電站統一監控、統一調度、統一配置、統一報表的“四統一”要求，以及信息數字化、功能集成化、結構緊湊化和狀態可視化的智能變電站“四化”要求。

（2） 分層、模塊化、框架化設計，同時支持多種硬件終端，實現融合優化和高可靠代碼復用。

2.2.2 易擴展性及成本最優化屬性

2.2.2.1 監控主機的多功能標準化接口和通信規約保障系統的兼容性和可擴展性

（1） 監控主機的多功能標準接口（NO/NC可配置開關量、4~20 mA模擬量、Modbus、RJ45）能夠接入不同廠家的各種探測器、傳感器以及安防、消防設備，具有良好的兼容性，并能夠在此基礎上，擴展解析不同的廠家設備協議。

（2） 標準CDT和IEC 61850通信規約，不但能夠實現系統內視頻、門禁、環境、安防、消防、采暖通風、排水等多種功能和設備的智能聯動控制，還能實現與南瑞、南自等廠家SCADA、綜自等系統的聯動和集成。

（3） 監控主機集成了環境監控單元、燈光控制單元、串口服務器以及門禁控制單元，1臺設備即實現變電站綜合監控的全功能，在小站配置1臺，大站配置多臺，互不影響，保證整個系統架構具有極高的可擴展性。

2.2.2.2 監控主機的高集成度和脫機式獨立工作屬性保障了系統成本最優化

（1） 智能環境監控主機具有不需要其他設備配合就可獨立工作的屬性，能夠滿足從小開閉所到35~1000 kV變電站、從改造站到新建站、從單站式到大規模集中聯網等各種類型的需求，使系統具備較大的靈活性和成本可控性。

（2） 監控主機的全方位多功能接口，集成度與歸一化程度較高，能夠兼容并利用現有絕大部分設備，有效保護客戶的已有投資。

（3） 監控主機可以根據變電站的實際需要進行配置，小站1臺、大站多臺，完全不需要另外配置服務器，能夠最大限度地降低成本。

2.2.3 “通信級”多業務集成優勢

“通信級”集成：采用底層通信級集成方式，能夠對各子系統設備和數據進行統一管理，不但擁有諸如硬件集成、數據庫集成以及平臺集成等各種集成方式不具備的優勢，而且避免了這幾種集成方式的缺點。

2.2.4 集中監控和統一調度優勢

（1） 統一界面下對視頻、門禁、環境、SF6、火災消防、安全防范所有狀態的監控；

（2） 統一的設備配置管理、故障調度；

（3） 統一的報表日志管理。

2.2.5 系統的可靠性保障優勢

（1） 全部設備可脫機運行，在網絡斷線、服務器故障等情況下不影響任何報警、定時控制、設備聯動等功能。

（2） 核心設備全部采用嵌入式技術，避免普通的工控機、PC機的不可靠性，從根本上解決因網絡安全而帶來的一系列問題。

（3） 主要核心硬件輔助控制主機、門禁控制器為自主研發生產，經過大規模應用的考驗，穩定可靠。

2.2.6 多系統智能聯動控制優勢

（1） 實現多功能的聯動配置管理，定時或智能聯動；

（2） 消防、視頻、門禁、環境、安防、采暖通風、排水等多種功能和設備的智能聯動控制。

（3） 所有操作、報警、聯動等全部記錄。

3 智能監控系統應用分析

3.1 杭錦旗供電分局電網監控系統目前存在的問題

3.1.1 變電站運維管理呈現監控“孤島”現象

視頻監控、環境監控、入侵檢測、消防等各系統獨立運行，無法實現系統之間的聯動。

3.1.2 缺乏站內環境監控手段

目前分局管轄下的大多數變電站都是通過溫度計測量環境溫度，沒有實現對溫濕度、漏水等環境的實時監測，無法做到對危險事件的監控和預防，更無法做到根據溫濕度調節空調溫度，實現節能增效。

3.1.3 無法實時跟蹤監視電氣線路，刀閘閉合動作狀態

無法遠程監視及實時掌握站內重要一次設備情況，如主變壓器、斷路器、主變壓器中性點接地刀閘等的外觀情況，斷路器分合狀態、主變壓器中性點接地刀閘分合狀態等，變電站操作防護存在安全隱患。

3.2.1 部署應用情況

在35 kV伊和烏素地區級主站部署了重點場所（主控室、開關室、工具室等）的溫、濕度環境實時監測系統，門禁控制系統，2個防區的電子圍欄入侵探測（4路高清球機聯動）、多路紅外對射探測、室內外燈光照明系統、重點場所煙感消防在線監測子系統，多路的電纜溝水浸監測，見圖 4所示。同時接入16路高清數字球機視頻信號自動巡視（站內場所全覆蓋）、主控室開關柜軌道機視頻實時監控、100多路刀閘閉合信號聯動視頻信號、200多路無線電纜測溫在線監測系統。

3.2.2 應用效果分析

（1） 實現了主要場所的環境量（溫、濕度，電纜溝水浸等）數據的實時采集與預警聯動；

（2） 實現了多路斷路器（刀閘）信號與室內外視頻信號實時聯動監控的功能；

（3） 實現了站內煙感火災消防實時在線監測與預警上傳聯動功能；

（4