淺談智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)研究應(yīng)

劉細(xì)鳳
安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定   201801

摘  要：配電房是配網(wǎng)中zui重要的供電節(jié)點，配電房數(shù)量眾多，且在地域分布上分散、廣泛。為了減少日常運維工作量，需提高運維水平和供電可靠性，推進(jìn)智能配電房建設(shè)，實現(xiàn)配網(wǎng)可觀、可測、可控等發(fā)展目標(biāo)。因此，詳細(xì)闡述了智能配電房的功能和要求，分析了當(dāng)前配電房的發(fā)展現(xiàn)狀和建立智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)的組成部分。
關(guān)鍵詞：智能配電房；監(jiān)控系統(tǒng)；功能；效益
1 廣州地區(qū)配電房管理現(xiàn)狀分析
廣州地區(qū)天氣濕熱、炎熱、潮濕、梅雨等環(huán)境現(xiàn)象頻繁，而配電房遍布市區(qū)，設(shè)備管理人員往往不能及時對設(shè)備所處環(huán)境進(jìn)行人為干預(yù)調(diào)控。由于人為干預(yù)的失敗，導(dǎo)致設(shè)備可能運行在高溫、潮濕、揚塵等惡劣環(huán)境下，嚴(yán)重威脅設(shè)備的運行，這是配電網(wǎng)穩(wěn)定運行的不安定因素。據(jù)統(tǒng)計，廣州配電網(wǎng) 2016年共發(fā)生 568 起跳閘事故，主要原因有電纜被施工外力破壞、施工工藝、天氣引起意外等。其中，由于配電房環(huán)境因素引起的跳閘事故有 33 起，占比 5.8%。
配電房環(huán)境引起的跳閘事故主要有局放、溫濕度、漏水浸水、灰塵、小動物等。其中，局放在配電房環(huán)境因素引起的事故中占比zui大，而高壓開關(guān)柜發(fā)生局放的元器件主要為電纜終端頭。可見，配電設(shè)備在不符合設(shè)備工作條件的環(huán)境下運行，成為配電網(wǎng)的個隱患。此外，由于配電房數(shù)量眾多，且在地域上分布非常分散和廣泛，導(dǎo)致對配電房的巡檢工作量急劇增加。在目前運維人力物力有限的情況下，將加長巡檢周期，存在巡檢隱患。
因此，研究和開發(fā)智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)顯得十分必要和迫切。該系統(tǒng)能讓運維人員足不出戶全景掌握配電房的狀態(tài)，減少巡檢次數(shù)，降低日常維護的人員、車輛以及物資等維護成本，挖掘配電房狀態(tài)數(shù)據(jù)中的價值，提高配電房運維管理水平。
2 智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)的總體要求
智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備對環(huán)境、安防、電氣設(shè)備狀態(tài)等信息的監(jiān)測和控制功能。系統(tǒng)分析各種監(jiān)測及報警數(shù)據(jù)，實時反映現(xiàn)場運行情況，通過聯(lián)動控制保證配電房運行，防止因環(huán)境改變、非授權(quán)活動、設(shè)備狀態(tài)變化等引起的事故，滿足對配電房遠(yuǎn)程運維的可靠調(diào)度。
智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)整體上應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)性、可靠性、可用性、性、擴展性、先進(jìn)性原則，具備與終端設(shè)備和運維平臺的數(shù)據(jù)交換能力；采用開放式體系結(jié)構(gòu)，提供開放式環(huán)境，支持多種硬件平臺，硬件、軟件產(chǎn)品應(yīng)通過行業(yè)認(rèn)證機構(gòu)檢測，滿足系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的要
求；應(yīng)靈活配置功能模塊，模塊的增加和修改不應(yīng)影響其它模塊正常運行，人機界面友好，操作與維護模塊應(yīng)工具化、圖形化；電力監(jiān)控系統(tǒng)防護規(guī)定，具有完善的權(quán)限管理機制和安防響應(yīng)機制，重要數(shù)據(jù)實現(xiàn)本地和運維平臺兩級備份；容量可擴充，功能可升級，提供
二次開發(fā)接口；選用符合行業(yè)應(yīng)用方向的主流硬件、軟件產(chǎn)品，設(shè)計和架構(gòu)具有前瞻性，可以支持配電網(wǎng)智能運維、智慧城市和大數(shù)據(jù)分析的要求。系統(tǒng)構(gòu)架圖見圖 1。

智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)采用云部署模式，可減少所需硬件設(shè)備，減少運維工作量，提高系統(tǒng)應(yīng)用靈活性。本系統(tǒng)主要分四層組成，包括應(yīng)用層、平臺層、通信層和終端層。
應(yīng)用層包括視頻監(jiān)控、現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、統(tǒng)計、APP 移動應(yīng)用、遠(yuǎn)程控制、告警管理和運維管理等。
平臺層由接口服務(wù)器節(jié)點、采集服務(wù)器節(jié)點、移動應(yīng)用服務(wù)器節(jié)點、應(yīng)用服務(wù)器節(jié)點、流媒體服務(wù)器節(jié)點和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器節(jié)點等組成。
通信層采用光纖通信和無線通信方式，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流通信。在配電房與監(jiān)控室之間敷設(shè)光纖，構(gòu)成光纖主干網(wǎng)絡(luò)。在配電房配置臺光纖交換機，將配電房監(jiān)控終端機接入光纖網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)配電房與系統(tǒng)主站之間的通信。
終端層主要包括各類傳感器、執(zhí)行設(shè)備及監(jiān)控終端機，實現(xiàn)站房內(nèi)環(huán)境溫度、濕度、SF6 氣體濃度、臭氧濃度、含氧量、煙霧火災(zāi)、水浸、噪聲、振動、防小動物等環(huán)境信息及變壓器、高壓柜、低壓柜的溫度、局放等設(shè)備狀態(tài)采集，并與風(fēng)機、燈光、視頻、門禁等智能執(zhí)行設(shè)備聯(lián)動控制，實現(xiàn)配電房遠(yuǎn)程智能化運維管理。
3 智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)功能
3.1 實現(xiàn)對配電設(shè)備的監(jiān)控
通過對變壓器、中壓開關(guān)柜、電纜和低壓柜的溫度、局放等設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行信息采集，并結(jié)合擴展設(shè)備實現(xiàn)電氣設(shè)備預(yù)警聯(lián)動，對配電房設(shè)備進(jìn)行實時在線監(jiān)控。
3.1.1 溫度監(jiān)測
采用紅外熱成像對變壓器進(jìn)行整體監(jiān)測，采用溫度傳感器對容易發(fā)生溫升故障的高低壓接線樁溫度進(jìn)行在線監(jiān)測，并將變壓器溫控器、冷卻風(fēng)機狀態(tài)信息接入系統(tǒng)，實時監(jiān)測變壓器運行狀態(tài)，掌控變壓器本體及關(guān)鍵點的溫度變化情況，實現(xiàn)溫度預(yù)警和風(fēng)機聯(lián)動。采用無線溫度傳感器對油變外殼進(jìn)行監(jiān)測。干變風(fēng)機監(jiān)控、干變繞組溫度監(jiān)測、干變鐵芯溫度監(jiān)測利用變壓器原有溫控器功能，實現(xiàn)溫度預(yù)警和風(fēng)機聯(lián)動。
3.1.2 局放監(jiān)測
能夠準(zhǔn)確在線測量局部放電引起的變壓器中壓電纜頭、開關(guān)柜局放電量，并可以使用標(biāo)準(zhǔn)的局部放電脈沖信號發(fā)生器在線進(jìn)行校準(zhǔn)。具有局部放電分析功能，可以了解局部放電的類型、相位、強度，能夠準(zhǔn)確反映變壓器中壓電纜頭局部放電的嚴(yán)重程度和運行狀態(tài)；適用于變壓器中壓電纜頭局部放電的帶電測試，具有很強的抗干擾能力；具備單次和連續(xù)實時在線檢測、監(jiān)測模式，并能對放電嚴(yán)重程度予以報警指示；具備多通道測試功能，且每個通道可單獨由用戶自行設(shè)置報警警戒值，具有報警值設(shè)置、局放采集相位角設(shè)置等功能；具有檢測數(shù)據(jù)的保存和導(dǎo)出功能；具備自檢功能，自檢通過后有明確的提示標(biāo)識；具有傳感器防短路功能，傳感器、連接測試電纜短路、斷路設(shè)備應(yīng)有提示。
3.1.3 門狀態(tài)監(jiān)測
利用配電設(shè)備實現(xiàn)原有電子閉鎖裝置功能。
3.1.4 濕度監(jiān)控
對中壓開關(guān)柜機構(gòu)室、二次室內(nèi)濕度實時監(jiān)測，濕度傳感器與濕度信號接收裝置之間數(shù)據(jù)采用無線傳輸方式。
3.2 實現(xiàn)對運行環(huán)境的監(jiān)控
通過對環(huán)境溫度、濕度、SF6 氣體濃度、臭氧濃度、含氧量、煙霧火災(zāi)、水位、粉塵、噪聲、振動防小動物等環(huán)境進(jìn)行信息采集，并結(jié)合擴展設(shè)備實現(xiàn)預(yù)警聯(lián)動，實現(xiàn)對配電房運行環(huán)境的實時在線監(jiān)控。
3.2.1 實現(xiàn)運行設(shè)備臺賬的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽管理
利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過掃描配電房設(shè)備的 RFID 電子標(biāo)識，采集電力設(shè)備各方面信息，包括臺賬、實驗、缺陷等，實現(xiàn)對運行設(shè)備臺賬的在線信息采集，建立完整的設(shè)備管理檔案?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備全生命周期管理，將設(shè)備狀態(tài)信息與資產(chǎn)管理信息有效整合，實現(xiàn)對資產(chǎn)規(guī)劃、建設(shè)、運行維護等過程的智能化動態(tài)實時跟蹤和集中監(jiān)控，提高資產(chǎn)全生命周期的自動化和智能化。
3.2.2 實現(xiàn)配電站房的遠(yuǎn)程智能運維
利用視頻信息、設(shè)備運行信息、設(shè)備臺賬信息、告警信息等，發(fā)現(xiàn)配電站房設(shè)備存在的故障，實時故障研判、準(zhǔn)確定位、分析故障影響范圍，主動派發(fā)搶修工單和日常巡檢工單，合理調(diào)度搶修資源，高效指揮搶修工作開展和日常巡檢任務(wù)的進(jìn)行，實現(xiàn)故障搶修時間zui小化，提高故障搶修效率和服務(wù)水平。
遠(yuǎn)程控制視頻可與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)動，根據(jù)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的預(yù)警或報警區(qū)域，查看特點區(qū)域情況，供人工確認(rèn)。當(dāng)某區(qū)域發(fā)生入侵報警時，自動聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并自動將對應(yīng)位置的圖像畫面切換至監(jiān)控屏幕上。對電力設(shè)備的操作和運行狀態(tài)進(jìn)行拍照和lu像，給運維人員判斷設(shè)備運行狀態(tài)正常與否提供佐證。
在配電房中安裝遠(yuǎn)程語音對講系統(tǒng)，實現(xiàn)與主站的雙向語音對講。
3.2.3 滿足綜合管理和競爭性業(yè)務(wù)擴展的需求
智能配電房作為能源不能僅僅局限于供電，還應(yīng)該具備數(shù)據(jù)、傳輸?shù)墓δ?，對智能小區(qū)、分布式電源、充電樁等數(shù)據(jù)輸入、運行狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)預(yù)留接口，使得智能配電房滿足未來物聯(lián)網(wǎng)、智能小區(qū)等綜合管理和競爭性業(yè)務(wù)擴展的需求。
4 效益分析
智能配電房的應(yīng)用可以改善設(shè)備運行環(huán)境，防止外界環(huán)境原因造成的設(shè)備損壞，顯著提高電力系統(tǒng)的性，降低電力運行事故的可能性和人員財產(chǎn)損失，延長開關(guān)柜使用壽命，提高設(shè)備利用率。
4.1 經(jīng)濟效益分析
4.1.1 延長設(shè)備壽命，節(jié)約建設(shè)成本
傳統(tǒng)的配電房巡檢方式在設(shè)備維護方面有兩個方向：是在故障發(fā)生后被動對故障設(shè)備進(jìn)行維修、更換；二是定期進(jìn)行大、小檢修，更換使用了段時間的設(shè)備或設(shè)備關(guān)鍵部件，這種方式多是為了隱患。采用智能配電房系統(tǒng)可以做到“不壞不修”，在降低隱患風(fēng)險的同時，延長設(shè)備實際使用壽命，節(jié)約建設(shè)成本。
以個區(qū) 5 000 座配電房的城市為例，采用傳統(tǒng)檢修方式時，每座配電房每 5 年檢修次（平均 10 萬 / 次），共需檢修費用約 5 億元，平均每年 1 億元；配備智能配電房系統(tǒng)后，可有效延長設(shè)備的使用壽命，檢修間隔由原來的5年延長至 8 年，平均每年的檢修費用6250萬元，每年節(jié)約 3 750 萬元。
4.1.2 替代人工巡檢，降低維護成本
目前，傳統(tǒng)配電室常用的人工巡檢方式上，在人力、財力上產(chǎn)生了很高成本。使用智能配電房系統(tǒng)后，可以通過綜合監(jiān)控后臺了解各配電室現(xiàn)場信息。只在設(shè)備發(fā)生或者存在故障隱患時派出維修人員進(jìn)行定點更換、維護即可，大大提高了工作效率，降低了維護成本。
4.2 管理效益分析
智能配電房系統(tǒng)通過采集配電房的溫度、濕度、粉塵、有害氣體等參數(shù)進(jìn)行處理，并將配電房內(nèi)溫度、濕度、粉塵、有害氣體等技術(shù)指標(biāo)控制在合格范圍內(nèi)，防止設(shè)備發(fā)生凝露、絕緣老化及外界條件下產(chǎn)生的局部放電問題等，配電房環(huán)境引起的隱患，延長設(shè)備使用壽命，實現(xiàn)設(shè)備全壽命使用周期，提高供電可靠性。此外，智能配電房系統(tǒng)將帶來運維模式的轉(zhuǎn)變，現(xiàn)場運維模式將更多地轉(zhuǎn)變?yōu)楹笈_運維。
5 安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型
5.1簡介
安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)配電室實際情況，結(jié)合多年的變電站和配電室的運行管理經(jīng)驗，研發(fā)了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能開關(guān)柜運行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負(fù)載運行監(jiān)控、母線測溫監(jiān)測、電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控、采暖通風(fēng)、門禁、燈光、風(fēng)機、除濕機、空調(diào)控制等功能。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設(shè)備控制，實現(xiàn)動力環(huán)境化，避免運行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運行故障，保證維護人員，延長設(shè)備使用壽命，減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過高，同時實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。
5.2系統(tǒng)功能
5.2.1 通信管理
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以完成對整個配電室范圍內(nèi)的通信設(shè)備進(jìn)行管理、添加、刪除、控制和數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。
5.2.2實時監(jiān)測
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示配電室設(shè)備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實時顯示有關(guān)故障、告警等信息。
5.2.3 數(shù)據(jù)查詢
在人機界面中，可以直接查看配電室個設(shè)備的運行數(shù)據(jù)。
5.2.4曲線查詢
在曲線查詢界面，可以直接查看遙測參量曲線，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線。
5.2.5運行報表
查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運行數(shù)據(jù)報表，包括日報表、月報表、年報表和查詢報表等。
5.2.6實時告警
科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟?、濕度、有害氣體、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。告警如右圖所示：
5.2.7 歷史事件查詢
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。
5.2.8 用戶權(quán)限管理
為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。
5.2.9網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？稍诰€診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。
5.2.10遙控操作
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。
5.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)配置選型

6 結(jié) 論
近年來，家大力發(fā)展智能電網(wǎng)，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)工作的進(jìn)步深入，配電網(wǎng)智能化信息化已成為下步的主要工作。為構(gòu)建完善的智能配電網(wǎng)，必須制定科學(xué)、合理的智能配電房建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)智能配電網(wǎng)的大力發(fā)展。

參考文獻(xiàn)
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[3] 安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)2020.04版

作者簡介：
劉細(xì)鳳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。