本发明涉及变电站巡检和倒闸操作领域，特别是涉及一种变电站巡检和倒闸操作系统及其控制方法。
背景技术
电力系统发展至今，无人值守变电站智能倒闸操作及全面实行机械人巡检的基本工作要求实际仍处在较低端的技术水平和管理水平，随着变电站大量投入e匙通系统、防误闭锁系统和接地线管理系统，重复建设造成资源浪费和现场运维的安全管理的“短板”更加突出。
1.1、变电站e匙通系统、防误闭锁操作系统和接地线管理系统等多个分类的安全管理系统各自独立，不仅防误闭锁经常发生因锁具损坏的误操作，而且接地线管理系统根本没有防误操作功能等种种安全隐患至今无法消除；
1.2、变电站顺控等智能倒闸操作技术仍在摸索阶段。顺控操作的推广应用与一次设备的可靠性有直接关系，当前似乎只要我们运维人员在现场倒闸操作，就“一切不成问题”。其实运维人员在现场倒闸操作的工作首先是通过防误闭锁钥进行倒闸操作项解锁，其次是跳过一次设备的机械传动机构，直接观察一次设备的分、合闸指示或刀闸动静触头是否分合到位。因机械结构防误闭锁锁具常有损坏，加上运维操作人员的工作责任心和业务水平等综合因素，包括一次设备倒闸操作后很多位置是无法直接目测，年年都有发生误操作事故的案例。现场倒闸操作因设备事故或发生误操作的责任事故都直接威胁到现场倒闸操作的运检人员的人身安全；
1.3、发展至今的巡检机械人也只能室外“跑跑”，局部看看温度、油位和压力等，仅因站内各电气设备箱柜的门不能智能开、关，相当一部分运维巡检工作仍离不开运维人员到现场处理，关键是电网部分运维人员的工作责任心和业务能力早已与电网技术发展不相匹配，常常事倍功半，没有技术上安全保障，只靠严厉的考核制度已是无法消除电网安全运行管理的“短板”。
因此亟需提供一种新型的变电站巡检和倒闸操作系统来解决上述问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种优化整合的变电站巡检和倒闸操作系统，能够实现无人值守变电站智能倒闸操作及适应巡检机械人全面开展巡检工作。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种变电站巡检和倒闸操作系统，由站控层、间隔层和过程层构成网架，其中，
所述站控层主要包括监控系统、与监控系统双网通信的若干个运维班运检操作系统、巡检机械人操控平台；
所述间隔层主要包括若干个测控单元、站辖门类管理通讯适配器、巡检机械人，各测控单元与站辖门类管理通讯适配器之间双网络智能切换通信；
所述站控层和间隔层由双网络智能切换通信，所述监控系统、若干个运维班运检操作系统按级别权限操控巡检机械人操控平台，巡检机械人与巡检机械人操控平台无线通信；
所述过程层主要包括若干个间隔内开关和刀闸位置检测、电动操作执行机构、五箱门、二次屏柜门、站门、各室门、接地线防误操作智能锁具、机械人巡检钥匙、与站辖门类管理通讯适配器无线通信的防误操作钥匙和巡检钥匙；
每个间隔内开关和刀闸位置检测、电动操作执行机构与一个测控单元双光纤独立通信，防误操作钥匙通过无线通信操作五箱门、二次屏柜门、接地线防误操作智能锁具，巡检钥匙通过无线通信操作站门、各室门，机械人巡检钥匙通过无线通信操作五箱门、二次屏柜门、站门、各室门。
在本发明一个较佳实施例中，所述运维班运检操作系统、巡检机械人操控平台、站辖门类管理通讯适配器的数量相同，每个运维班运检操作系统和巡检机械人操控平台管辖操作若干个变电站；
所述测控单元与变电站中设备间隔的数量相同；
所述、巡检机械人与变电站的数量相同。
在本发明一个较佳实施例中，所述站辖门类管理通讯适配器与所辖若干个变电站的各测控单元的设备位置信息保持完全一致。
在本发明一个较佳实施例中，所述机械人巡检钥匙与巡检机械人有线通信；
所述机械人巡检钥匙对变电站内的站门、各室门、五箱门和二次屏柜门上安装的终端控制系统无线遥控操作。
在本发明一个较佳实施例中，所述监控系统与若干个运维班运检操作系统、巡检机械人操控平台之间采用双网mms/goose网络通信；
所述运维班运检操作系统、巡检机械人操控平台与若干个测控单元、站辖门类管理通讯适配器之间采用双网mms/goose网络通信；
所述各测控单元与站辖门类管理通讯适配器之间采用双网mms/goose网络通信。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种基于所述变电站巡检和倒闸操作系统的变电站巡检和倒闸操作控制方法，包括以下内容：
所述监控系统当值或运维班运检操作系统运维当值发出巡检指令或巡检机械人根据巡检工作计划自动进行例行巡检工作，巡检机械人根据巡检操作任务判断需要开门的设备，利用机械人巡检钥匙无线遥控开、关站内各门，每次开、关门操作全过程信息通过巡检机械人操控平台上传到所控运维班运检操作系统和站辖门类管理通讯适配器；
运维班常规运维工作，按实施内容的授权级别在运维班运检操作系统上录入巡检等工作内容以及需要开、关的站内相关门，运维班运检操作系统向站辖门类管理通讯适配器发送执行指令，站辖门类管理通讯适配器根据工作内容下传防误操作钥匙或巡检钥匙，相关人员手持防误操作钥匙或巡检钥匙到现场工作。
在本发明一个较佳实施例中，所述测控单元负责本间隔内所有开关和刀闸的动作顺序的逻辑管理、动作位置、动作过程的实时信息采集、分析和控制，双光纤独立通信；
各测控单元之间按站控层的指令监测并按逻辑关系控制；
各测控单元的实时位置信息发送站辖门类管理通讯适配器，站辖门类管理通讯适配器始终与各测控单元之间的设备位置信息保持完全一致。
在本发明一个较佳实施例中，所述过程层中的间隔内开关和刀闸位置检测方法包括设备辅助接点检测、无源非金属彩色光栅检测、巡检机械人在线图像识别技术，通过观察设备位置及位置标志检测和辅助电流、电压检测的完全不同电源、不同原理的多种工作方法确定间隔内开关和刀闸位置。
在本发明一个较佳实施例中，当发生门电动操作机构异常或断电无法开启时，所述防误操作钥匙或巡检钥匙靠近门采用无线充电方式激活门检测装置，通过编码验证后，无线电动解锁，手动开门或关门，并无线上传站辖门类管理通讯适配器此门关闭状态。
在本发明一个较佳实施例中，站辖门类管理通讯适配器按操作控制逻辑向防误操作钥匙发送接地线操作步骤，巡检人员手持所述防误操作钥匙靠近接地线防误操作智能锁具采用无线充电方式激活接地线防误操作智能锁具无线开锁，进行现场手动挂、拆接地线操作。
本发明的有益效果是：
(1)本发明实现无人值守变电站智能倒闸操作及适应巡检机械人全面开展巡检工作，能够显著提高电网运行的安全可靠性，同时大幅降低电网运营成本，实现电企和社会双赢；
(2)本发明优化整合e匙通系统、防误闭锁操作系统和接地线管理系统，并与倒闸操作管理融为一体，提供一种变电站遥控操作、顺控操作、运检人工操作和应急人工处理的系统解决方案，满足巡检机械人开展站内全面巡检工作要求，同时满足变电站内各类门的安全管理和倒闸操作工作的综合需求；
(3)本发明中巡检机械人全面开展巡检工作，能开、关站内各类门并具备正确识别门是否关闭的功能，同时还满足运检人员现场开、关门和停电等特殊条件下的应急开门要求，实现智能控制变电站各类门，真正意义上满足无人值班变电站的基本要求。
附图说明
图1是本发明变电站巡检和倒闸操作系统一较佳实施例的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明实施例包括：
一种变电站巡检和倒闸操作系统，由站控层、间隔层和过程层构成网架，其中，
所述站控层主要包括监控系统、与监控系统双网通信的若干个运维班运检操作系统、巡检机械人操控平台。所述监控系统为总控系统，n个运维班运检操作系统和n个巡检机械人操控平台按辖区形成树状结构，每个运维班配有一套运检操作系统、一套站辖门类管理通讯适配器和一套巡检机械人操控平台，每个运维班管辖若干个变电站，巡检机械人操控平台按变电站运维班数量一比一配置。优选的，所述监控系统与若干个运维班运检操作系统、巡检机械人操控平台之间采用双网mms/goose网络通信。
所述间隔层主要包括若干个测控单元、站辖门类管理通讯适配器、巡检机械人，各测控单元与站辖门类管理通讯适配器之间双网络智能切换通信，优选的，采用双网mms/goose网络通信方式。所述测控单元按设备间隔一比一配置，站辖门类管理通讯适配器按运维班数量一比一配置，巡检机械人按变电站数量一比一配置。各测控单元之间按站控层的指令监测并按逻辑关系控制，且各测控单元的实时位置信息发送站辖门类管理通讯适配器，站辖门类管理通讯适配器始终与所辖若干个变电站的各测控单元之间的设备位置信息保持完全一致。
所述站控层和间隔层由双网络智能切换通信，具体的，所述运维班运检操作系统、巡检机械人操控平台与若干个测控单元、站辖门类管理通讯适配器之间采用双网mms/goose网络通信。所述监控系统、若干个运维班运检操作系统按级别权限操控巡检机械人操控平台，巡检机械人通过无线通信与巡检机械人操控平台保持通信联系，巡检机械人接受并执行巡检机械人操控平台下传的各项工作指令，巡检机械人操控平台接收巡检机械人上传的执行结果信息。
所述过程层主要包括若干个间隔内开关和刀闸位置检测、电动操作执行机构、五箱门、二次屏柜门、站门、各室门、接地线防误操作智能锁具、机械人巡检钥匙、与站辖门类管理通讯适配器无线通信的防误操作钥匙和巡检钥匙，所述间隔内开关和刀闸位置检测按设备间隔一比一配置。
每个间隔内开关和刀闸位置检测、电动操作执行机构与一个测控单元对应一个间隔测控单元，每个间隔内开关和刀闸位置检测、电动操作执行机构与一个测控单元双光纤独立通信，每一测控单元负责本间隔内所有开关和刀闸的动作顺序的逻辑管理、动作位置、动作过程的实时信息采集、分析和控制，双光纤独立通信。间隔内刀闸电动操作执行机构置于五箱内，开关分、合闸按钮置于二次屏柜内，由对应测控单元控制对应电动操作执行机构执行该间隔内开关和刀闸动作。防误操作钥匙通过无线通信操作五箱门、二次屏柜门、接地线防误操作智能锁具，遇特殊情况测控单元不能进行控制操作时，防误操作钥匙开门后，手动启动相应电动操作执行机构或手动进行开关分、合闸，巡检钥匙通过无线通信操作站门、各室门，机械人巡检钥匙通过无线通信操作五箱门、二次屏柜门、站门、各室门。所述机械人巡检钥匙与巡检机械人有线通信，所述机械人巡检钥匙对变电站内的站门、各室门、五箱门和二次屏柜门上安装的终端控制系统无线遥控操作。相应的，在变电站门上需安装终端控制系统，任何情况下，未得到变电站巡检机械人或通过监控巡检机械人远程控制或巡检人员的控制操作，站内各类门禁止开启，防止门自动开启，发生因小动物、雨水和虫草侵入引起电网故障或异常。变电站巡检机械人按授权的工作范围，方便、可靠地控制站内各类相关门的开、关和关闭确认，包括五箱门、二次保护屏柜门、各室门和站门。
本发明所述操作系统优化整合e匙通系统、防误闭锁操作系统和接地线管理系统，并与倒闸操作管理融为一体，提供一种变电站遥控操作、顺控操作、人工操作和应急人工处理的系统解决方案，满足巡检机械人开展站内全面巡检工作要求，同时满足变电站内各类门的安全管理和遥控、顺控及就地倒闸操作的综合需求。
利用所述变电站巡检和倒闸操作系统，本发明还提供了一种变电站巡检和倒闸操作控制方法，包括以下内容：
所述监控系统当值或运维班运检操作系统运维当值发出巡检指令或巡检机械人根据巡检工作计划自动进行例行巡检工作，巡检机械人根据巡检操作任务判断需要开门的设备，巡检机械人到达需要开门的巡检设备门正对面一定距离范围内发送开门命令，可采用唯一编码的无线通信方式，优选的，该距离范围为10米范围，需要被开门的传感器接收到开门命令后执行电动开门；完成巡检工作任务后，巡检机械人根据指令或巡检内容的完成，确定是自行关闭门或是由调度、监控当值或运维班运维当值下令关门。由于涉及防误操作，按管理权限实施管理和操作，调度、监控当值不允许直接控制变电站站辖门类管理通讯适配器，杜绝发生可能的安全隐患。调度、监控当值遥控巡检机械人巡检的每次开、关门操作全过程信息通过巡检机械人操控平台传到所控运维班运检操作系统和站辖门类管理通讯适配器，该运维班运检操作系统和站辖门类管理通讯适配器自动更新巡检机械人巡检的全站内各类门的实时状态。
运维班常规运维工作，按实施内容的授权级别在运维班运检操作系统上录入巡检等工作内容以及需要开、关的站内相关门，运维班运检操作系统向站辖门类管理通讯适配器发送执行指令，站辖门类管理通讯适配器根据工作内容下传防误操作钥匙或巡检钥匙，相关人员手持防误操作钥匙或巡检钥匙到现场工作。
所述防误操作钥匙或巡检钥匙通过无线通信技术进行变电站内各类相关门的开、关，门接收到开、关门指令后电动开、关门；门关闭完成后向防误操作钥匙或巡检钥匙上传“门已关闭”信息，防误操作钥匙或巡检钥匙接收到“门已关闭”信息即无线上传站辖门类管理通讯适配器，完成工作闭环。
当进行遥控倒闸操作、顺控倒闸操作，站辖门类管理通讯适配器实时接收最新操作步骤并自动更新，且无线下传防误操作钥匙，实现防误操作钥匙实时与现场操作步骤一一对应，发生需要运维人员现场处理的问题，全站唯一且仅有该门可用防误操作钥匙开启，防止误操作。
因站辖门类管理通讯适配器始终与各测控单元之间的设备位置信息保持完全一致，过程层中的间隔内发生紧急手动开关分闸或刀闸电动操动执行机构失电(如接触器故障等)或部分接地刀闸操作等需要运维人员现场手动防误闭锁操作的情况，运维人员手持防误操作钥匙直接到全站仅有且唯一需要开锁的电气设备箱、柜前遥控开门进行手动倒闸操作；在防误操作钥匙上确认该步倒闸操作完毕，防误操作钥匙无线上传站辖门类管理通讯适配器设备状态信息，倒闸操作现场巡检机械人全过程自动跟踪运维人员操作过程，开关、刀闸位置检测运维人员手动倒闸操作的每一步，并通过后台传送给巡检机械人(现场具备操作正确完成提示)，巡检机械人自动检测操作设备的开、关门信息并上传巡检机械人操控平台，同时与该间隔内开关和刀闸位置智能检测状态和防误操作钥匙上传信息比对一致正确后，依据操作程序自动执行下一条指令。
过程层中的间隔内开关和刀闸位置采用设备辅助接点检测和无源非金属彩色光栅检测，配合电气设备电流、电压及巡检机械人的现场在线图像识别技术，确保各项倒闸操作完全超出现场运维人员的执行可靠性。所述无源非金属彩色光栅检测方法参见专利号为zl201310071495.2，专利名称为“一种彩色绝对光栅传感装置”的专利详述。
巡检人员现场按授权权限分手持式防误操作钥匙和巡检钥匙，方便、可靠控制站内各类门的开、关和关闭确认，门未关，则手持防误操作钥匙或巡检钥匙屏幕始终显示有该门未关闭提醒，且按开门顺序逐门记录，设备门采用数字和文字结合的双重编号。按授权权限允许手机app许可防误操作钥匙或巡检钥匙进行手动遥控强制解锁开门或常规开门，所有的解锁过程自动记录备调阅检查，满足考核和事故分析需要。
当发生门电动操作机构异常或断电无法开启时，防误操作钥匙或巡检钥匙具备无线充电功能，属允许开门状态，防误操作钥匙或巡检钥匙靠近门采用无线充电方式激活门检测装置通过编码验证后，无线电动解锁，手动开门；工作结束后手动推门于关闭位置，则门关闭后，将防误操作钥匙或巡检钥匙靠近门采用无线充电方式激活门检测装置，通过编码验证检测门确已关闭后，防误操作钥匙或巡检钥匙无线上传站辖门类管理通讯适配器此门关闭状态，完成工作闭环。钥匙归位后，站辖门类管理通讯适配器自动检测该门需要维护的信息并上传，提示维护。
接地线防误操作由站辖门类管理通讯适配器管理，依据倒闸操作程序需要进行挂、拆接地线时，巡检人员手持所述防误操作钥匙靠近接地线防误操作智能锁具，无线充电激活接地线防误操作智能锁具检测装置通过编码验证后，无线电动解锁，现场手动操作取出或插入接地线防误操作智能锁具锁销。所述接地线防误操作智能锁具参见专利号为zl201510694161.x，专利名称为“一种接地线防误操作锁”的专利详述。
本发明实现无人值守变电站智能倒闸操作及适应巡检机械人全面开展巡检工作，能够显著提高电网运行的安全可靠性，同时大幅降低电网运营成本，实现电企和社会双赢。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。