1 概述
现今，变电站基本覆盖了环境监测系统。环境监测系统是通过在变电站内装设多个固定摄像枪或活动的摄像头，以对变电站场地进行实时拍摄或录像的形式，监视设备的日常运行情况与环境状况。由于采用的摄像设备的底座都是被固定在指定的位置，因此这种方式的缺点主要为两点：一是需要通过安装大量的摄像头才能基本覆盖全站设备的视野，但即便如此仍然会存在许多场地盲点无法监视；二是出于对设备成本的考虑和场地的局限，一般对监视系统的设计只能从大体上监视站内的大概情况，只供远观不可近察。由于上述原因，变电站运维人员只有到现场才能掌握现场的具体信息。
2 功能模块研究
2.1 异常运行判断功能
当设备处于异常运行状态时，常会伴随着发热、异响的现象。现在变电站的监测系统只能大体地看到设备外观的情况，如需对设备进行测温仍需依赖运行巡维人员在巡视中使用红外线测温装置对每一个设备进行红外摄像，才能准确判断设备温度。异响的情况也类似，需要巡维人员到现场巡查才能听到设备是否发出异响。因此，在非运维巡视时间时，设备就有可能处于异常运行的状态，但未达到触发异常信号的条件，而调度员因在远方无法掌握场地信息做出及时的处理，导致设备运行条件恶化，将出现因发热严重导致冒烟、跳闸甚至烧毁设备的情况。为了满足无人值班智能水平的要求，设备场地环境监测的摄像头中还应该加入红外测温的功能，配对设备日常的运行温度获取温度差。当温度差超过预设区间时，应从系统中触发设备发热的信号提醒调度台。同时，调度台可以远方遥控场地摄像头观察设备温度，查阅设备运行历史温度图像。此外，还应该在靠近设备处加装收音原件，当收录设备运行发出声响时，收录的音频和设定音频进行持续比对，当判断为异常频段时应在系统中发出异常信号提醒调度台。
2.2 一次设备状态判断功能
根据南方电网有限责任公司对调控一体化工作的要求，各地级市供电局变电站的开关操作都已经采用遥控操作的模式，下一阶段需要开展普及对刀闸的遥控操作。开关与刀闸两者相比，开关分合闸时有电连接的过程，检测装置可以通过带电情况准确判断开关分合闸位置。按照《中国南方电网有限责任公司电力安全工作规程》的要求：严禁带负荷拉（合）隔离开关（刀闸）、带电合接地刀闸，因此刀闸无法依靠电连接来判断设备位置，只能够使用辅助接点采样判断，但刀闸仍然存在分合闸不到位的情况。因此，要获取刀闸的位置信息与开关相比更有难度，现阶段仍然需要巡维人员现场观察位置再报送调度台。为节省操作时间和人力资源，落实刀闸遥控操作的可靠性，环境监测系统应具备刀闸位置的判断功能。
（1）硬件设备应该具有可移动、可改变广角的能力，调度员可以通过系统远方观察刀闸外观或元件细节。
（2）系统应有对应的算法，可以直观准确地判断刀闸的合闸情况。其中，最简单的方式是通过抽取刀闸动触头分合闸的夹角数据进行校验操作效果。
（3）系统可根据设定的算法将校验的结果通过标准格式的信号模式发送调度台，如含有“XXX刀闸合闸成功/合闸不到位/分闸成功/分闸不到位”的区分字眼。
刀闸位置只是确认一次设备状态依据的其中一部分，在连接设备本体的开关间隔中还有开关和刀闸，通过整合对应开关及刀闸的位置信号判断一次设备的状态，即运行、热备用、冷备用或检修。
2.3 快速定位功能
在运变电站的监测系统中，其基础摄像部分都是固定安装在场地针对其设备的一个或几个摄像设备，人工根据可是范围内的设备相应对摄像设备定义其名称，如“110kV XX线开关间隔”“#2主变220kV侧开关间隔”等，调度员进入监测系统后根据想查阅的设备按名称查找，效率较低。结合场地的摄像设备配置较为简易，常出现不能全方位地看清设备的问题。因此，应采用更加先进的摄像设备，配合系统逻辑，可使用移动式摄像或固定安装可调视角摄像设备组合拍摄的方式，当调度员以接线图或更直接的方式选择设备元件后，系统应下发指令，让可调或视线范围的摄像头快速聚焦在所选元件的各个角度上。
3 摄像性能研究
3.1 运动轨迹分析
现今，航拍技术的推广已经普及到家家户户，体现了摄像设备的可移动性能已成功从点发展到三维空间，但拍摄的轨迹不一定都需要使用航拍，在点、线、面和三维空间的移动选择中各有优缺，应根据不同的使用需求进行选择。
3.1.1 分类讨论
定点安装是最传统的设置方式，布置简单，通过多个定点的配合可以达到宏观观察场地全貌的目的。这种方式只适合在场地的外侧安装，不会影响设备的运行或站内的日常工作，但可调的视角有所局限，需要较多的摄像头配合使用，占用空间更多，经济成本更高。
轨道传送方式较定点的可移动范围更广，能在较快的时间内将摄像头引导至可拍摄对应设备的位置，但需要在场地中铺设轨道，而且对轨道的维护要求较高，一般被运用于室内试点，难以被普及。
车载是传送方式，控制简单，移动范围较广，通过配合伸缩机构元件，除了可以在地面的二维空间内自由移动，还可以在有限的纵向范围内调整水平视角。但是，现阶段的底座小车无法稳定地通过地面台阶或场地装设的障碍物，如护栏等。
航拍技术在输电巡线方面的应用最为广泛，由于其可以拍摄高空中的线行，只要在一定的安全距离外，航拍机体可以在空中移动的空间范围比所有二维空间的移动范围都要广。但在变电站内使用，由于站内的设备装设相当紧凑，现在的航拍技术还难以保障机体与设备间的安全距离和设备的运行安全，因此只能作为远距离摄像使用。
3.1.2 运动性能设计
设计小组讨论认为，将点、线、面和空间的优点结合在一起，可以使机体的运动性能更为全面。定点拍摄的功能在其他拍摄模式下都可以体现，因此不需要特别关注。直线移动能够使机体的移动轨迹更简单快捷，可以应用于运动导航系统，通过直线的移动轨迹还可以覆盖平面和空间的范围。可以透过红外线、声波等作为信号在场地建立信号源，形成场地的三维信号空间。摄像机体是空间内的接受点，以车载形式在地面上移动，可分体式主摄像头可实施航拍的指令：调度员在远程选择需要拍摄变电设备，系统自动分析导航路径发出导航信号，摄像机体接受信号并按照执行移动指令。为了保证摄像机体能够顺畅通行，场地需要按照机体的运动轨迹进行模拟，核查存在障碍的路线排查障碍，还需要保证发送信号、接受信号、机体移动轨迹的准确性，确保机体与运行设备间的安全距离。
3.2 摄像头的保护和自洁功能
摄像头拍摄的清晰度直接影响调度员在远方观察设备的效果，再考虑到安装高清摄像头将大幅提高变电站的投资成本和运行成本，因此必须将对摄像头护理纳入设计考虑范畴。
在机体的设计中，应该考虑在摄像头处加装保护盖和自洁喷液导管。在非使用期间，保护盖应保持关闭状态，使用时打开。摄像头在场地中长期使用必定会沾到灰尘，影响摄像的清晰度，因此设备上应装设喷液导管，根据摄像头的维护要求喷洒清洗液，在保护盖内部装设擦干的元件。
4 系统搭建研究
在变电站环境监测系统中，系统是将众多的元件链接在一起发挥作用的控制枢纽。根据变电站智能运行维护的新时代要求，系统的功能不仅满足于选取对应设备将现场的拍摄图像上传到调度台的能力，还需要具备更全面的功能，如具备对数据源的分析处理与判断的对应算法等。通过系统的运算能力，使现场设备达到智能化的水准，方便调度员远程抽取现场的数据。
5 结语
当前，各领域使用的摄像设备和技术一般都适合应用在变电站中，通过提高站内监测系统的智能水平，能有效地保障在无人值守时，值班调度员能远程通过变电站环境监测系统快速地掌握变电站现场的设备情况，通过遥控的操作模式降低现场运维的人力成本，当发生设备异常或故障时节省等待运维人员到站的时间，在更短的时间内能掌握基本设备信息，提出相应措施，保障电网的安全运行。因此，在提高变电站环境监测系统技术水平的道路上还有很多值得深究的地方，需放开创新的翅膀启发未知的概念，斟酌人性化的细节，落实设计实体应用。
参考文献
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[5]张林．基于ZigBee的变电站环境监测系统设计[D]．哈尔滨：哈尔滨理工大学，2014.
收稿日期：2018-06-11
作者简介：张俊华（1980-），男，广东肇庆人，广东电网有限责任公司江门供电局工程师，研究方向：电力调度。
