淺談智能化配電室在居民小區的建設應用

摘要：近年來(lái)居民小區配電室的數量增長(cháng)快且設備情況較復雜，以致效果不理想、缺陷和事故處理不及時(shí)，亟需建立一套智能化的配電室監控系統。按照實(shí)用性、統一性、分層和模塊化設計等原則，提出了“三層八縱”的建設方案．即由遠方層、中間層和本地層組成層次結構，構建門(mén)禁、電氣量遙測、電氣量遙信、溫濕度監測、視頻、遙控遙調、直流和繼電保護8個(gè)子系統。該方案層次結構清楚、功能模塊化且易于擴展，具有較強的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；智能化配電室；建設方案；功能子系統

 引言

配電系統位于電力系統的末端，起到向用戶(hù)供應和分配電能的作用。由于我國配電系統起步晚，長(cháng)期得不到重視，加之經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展迅速，用電量急劇增加，配電系統已成為我國電力系統可靠運行薄弱的環(huán)節。雖然近年來(lái)推廣實(shí)施的配網(wǎng)自動(dòng)化系統顯著(zhù)提高了線(xiàn)路部分的可靠性，但配電室和變壓器的管理仍存在問(wèn)題，尤其是居民小區配電室的運維管理存在諸多困難。

近年來(lái)小區配電室數量激增，與運維人員數量嚴重不對稱(chēng)，導致周期增長(cháng)、效果不理想；與柱上變壓器、箱式變壓器不同，小區配電室通常位于地下。且變電容量較大，一般由1個(gè)配電室和1—3個(gè)分配電室組成?？側萘恳话阍? 000—12 000 kVA之間，停電影響范圍大，增加了運維難度；設備多且情況復雜，除配電變壓器外，還有中低壓進(jìn)出線(xiàn)、中低壓開(kāi)關(guān)柜、中低壓母線(xiàn)、并聯(lián)電容、直流、繼電保護等多種設備；故障處理、雙電源切換不及時(shí)，造成電梯困人、火災系統失電等情況時(shí)有發(fā)生，客戶(hù)投訴和安全形勢突出。

利用傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)實(shí)現對供配電系統的遠方監控，已進(jìn)行過(guò)諸多有益的探索。設計了配電變壓器監控裝置，ITI’U，實(shí)現對變壓器電壓電流信號的遙測，設計了對配電室溫濕度、煙霧、明火、水位等環(huán)境參數監控系統，設計了10 kV開(kāi)關(guān)設備的SF。氣體量的監測，文獻[9]開(kāi)發(fā)了針對低壓設備檢測和控制的系統，但這些系統大都單獨設計、相互獨立、各自為政。它們的通信方式采取現場(chǎng)總線(xiàn)m2’9]、GPRS／GSM E3。5]或VPNC6]中的一種。相互間也難以兼容。

提出一套“三層八縱”的小區配電室自動(dòng)化系統建設方案，具備完整統一的功能，通信方式也可靈活地兼容多種通信方式。

1 基本思路

1．1 設計原則

實(shí)用性原則。根據配電網(wǎng)基礎薄弱、信息化水平較低、運維人員與配電室數量又嚴重不對稱(chēng)等特點(diǎn)，智能化配電室的設計應立足當實(shí)際，堅持實(shí)用為先的原則，從實(shí)際需求出發(fā)，以減少人工、降低維護費用、提高供電可靠性和供電質(zhì)量為目標。當實(shí)用性與先進(jìn)性有沖突時(shí)。當應堅持實(shí)用的原則。

統一性原則。雖然以往對配電室自動(dòng)化運維也進(jìn)行過(guò)諸多探索，如溫濕度遙測、負荷監控等，但它們都相互獨立，沒(méi)有統一的信息平臺，使用不方便，且不便于對相關(guān)數據進(jìn)行統一分析。智能化配電室應堅持統一設計原則．做到接口多樣化、系統開(kāi)放化、數據集成化。

分層和模塊化設計原則。具體設計方法上，縱向結構應按分層原則設計，橫向結構應實(shí)現模塊化。所謂縱向結構是指配電室從基礎設備到后臺系統的層級結構，橫向結構是指實(shí)現監視、控制和分析功能的不同子系統。

分期建設原則。根據現有小區配電室數量多且運行中的設備情況復雜、各類(lèi)智能化子系統實(shí)現難易程度差別較大．以及當還處于智能化建設起步階段等特點(diǎn)，對智能化子系統宜堅持統一設計、分期建設的原則．對那些實(shí)現難度大、投入費用多、運維要求高、實(shí)用性稍弱的子系統或功能可在今后逐步實(shí)現。分期建設的好處在于：減少投資、積累平臺系統的維護經(jīng)驗、消除顧慮、提高改造覆蓋率以惠及多用戶(hù)。

平臺建設適度超原則。具體功能上分期實(shí)現，但實(shí)現平臺應適度超，以保證向后的兼容性。這些平臺包括：軟硬件平臺、接口平臺、通信平臺和用戶(hù)界面等．使分期建設的各子系統能夠集成和統一。

1．2總體框架

“三層八縱”的建設方案如圖1所示，即“2項需求目標、3個(gè)建設層次、8個(gè)模塊化子系統”。

圖1 “三層八縱”建設方案

2項需求目標為管理的需求、預警報警的需求，均分為本地實(shí)現和遠方實(shí)現兩種模式。3個(gè)建設層次為本地層、通信層、遠方層。本地層包括安裝在配電室內的本地計算機和各類(lèi)感應傳感設備；通信層采用光纖或無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)；遠方層為遠方計算機。

8個(gè)子系統為門(mén)禁系統、電氣量遙測系統、溫濕度監測系統、電氣信息遙信系統、視頻監視系統、遙控遙調系統、直流監視系統、繼電保護監視系統。其中5個(gè)為基本系統，現階段可以全部實(shí)現，后3個(gè)系統可后續逐步實(shí)現，但這些系統內的一些子功能也可考慮在現階段實(shí)現。

2建設層次

根據設備處于的地理位置和功能，劃分了遠方層、中間層和就地層，它們各自包括的主要設備和應實(shí)現的功能如表1所示。

表1 3個(gè)建設層次及其功能

中間層聯(lián)系著(zhù)遠方層和就地層，實(shí)現雙向通信。通信模式有召喚和觸發(fā)兩種模式：召喚模式主要滿(mǎn)足管理的需求．數據路徑是“遠方層一中間層一就地層一中間層一遠方層”，其特點(diǎn)是數據量大、實(shí)時(shí)性不高、對數據丟失不敏感；觸發(fā)模式主要滿(mǎn)足報警預警的需求，其特點(diǎn)是數據量小、實(shí)時(shí)性高、對數據丟失敏感，因此實(shí)行數據重發(fā)確認機制．即遠方層收到信息后應告知就地層“已收到”，否則就地層將重發(fā)信息，其數據路徑是“就地層一中間層一遠方層一中間層一就地層”。

遠方層與就地層均有計算機，但它們是有顯著(zhù)區別的，主要表現在：就地計算機需要在高溫、潮濕的環(huán)境中保持長(cháng)期正常運行，因此需要達到工業(yè)級計算機的要求：就地計算機需要記錄大量原始數據，但對數據分析的功能要求不高。遠方計算機則應具備強大的數據集成運算、自動(dòng)分析、智能判斷的功能；遠方計算機的輸入輸出設備要求高于就地計算機。

就地層計算機向下聯(lián)系著(zhù)各子系統．將定期記錄并保存各類(lèi)監控數據，包含多種類(lèi)型的接口，數量多、有預留并易擴展。它向上聯(lián)系著(zhù)中間層，接口應統一、帶寬高、易于升級。由于有就地層計算機定期保存監控數據，為減少數據流量、保持通信暢通、保證重要的報警預警信息能及時(shí)送達，與以往各類(lèi)實(shí)踐不同.本系統對一般的運維數據只實(shí)行召喚模式，不進(jìn)行自動(dòng)發(fā)送。

3各功能子系統

在上述3個(gè)建設層次的總體框架下，按功能劃分了8個(gè)子系統，其包含的設備和功能如表2所示。

表2 8個(gè)子系統及其功能

各子系統的硬件雖然都屬于就地層，但其相關(guān)的通信、軟件系統卻貫穿了中間層和遠方層，因此本方案可以總結為“三層八縱”，即從橫向上看是3個(gè)建設層次，縱向上看是8個(gè)子系統。

各子系統間是相互關(guān)聯(lián)、并非相互獨立的。例如超溫、跳閘等情況也應啟動(dòng)門(mén)禁系統的燈光報警裝置。此外，各系統采集的數據也應實(shí)現集成運算和綜合判斷。

4安科瑞配電室環(huán)境監控系統的介紹與選型

4.1簡(jiǎn)介

安科瑞電氣股份有限公司根據配電室實(shí)際情況，結合多年的變電站和配電室的運行管理經(jīng)驗，自主研發(fā)了安科瑞配電室綜合監控系統，實(shí)現了智能開(kāi)關(guān)柜運行監控、高壓開(kāi)關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監控、母線(xiàn)測溫監測、電纜測溫監測、環(huán)境監測、有害氣體監測、安防監控、采暖通風(fēng)、門(mén)禁、燈光、風(fēng)機、除濕機、空調控制等功能。實(shí)現動(dòng)力環(huán)境各數據的檢測與設備控制，實(shí)現動(dòng)力環(huán)境化，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員，延長(cháng)設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過(guò)高，同時(shí)實(shí)現配電動(dòng)力環(huán)境的分布式遠程管理。

4.2系統功能

4.2.1 通信管理

安科瑞智能配電室綜合監控系統可以完成對整個(gè)配電室范圍內的通信設備進(jìn)行管理、添加、刪除、控制和數據的實(shí)時(shí)監測。

4.2.2實(shí)時(shí)監測

安科瑞智能配電室綜合監控系統人機界面友好，能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測配電室環(huán)境參數信息，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警等信息。

4.2.3 數據查詢(xún)

在人機界面中，可以直接查看配電室個(gè)設備的運行數據。

4.2.4曲線(xiàn)查詢(xún)

在曲線(xiàn)查詢(xún)界面，可以直接查看遙測參量曲線(xiàn)，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線(xiàn)。

4.2.5運行報表

查詢(xún)配電室內設備的運行數據報表，包括日報表、月報表、年報表和查詢(xún)報表等。

4.2.6實(shí)時(shí)告警

科瑞智能配電室綜合監控系統具有實(shí)時(shí)告警功能，系統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。告警如右圖所示：

4.2.7 歷史事件查詢(xún)

安科瑞智能配電室綜合監控系統能夠對產(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢(xún)統計、事故分析。

4.2.8 用戶(hù)權限管理

為保障系統穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的保障。

4.2.9網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

安科瑞智能配電室綜合監控系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構?？稍诰€(xiàn)診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

4.2.10遙控操作

安科瑞智能配電室綜合監控系統可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。

4.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監控系統配置選型

5結語(yǔ) 

堅持平臺建設適度超原則。在本地層設置了本地計算機，集成各個(gè)子系統的數據，可就地存儲查看，也可發(fā)送到遠程計算機。對本地數據進(jìn)行集成，統一存儲、適時(shí)發(fā)送，避免各自為政，節約了通道；本地計算機有多種接口，便于子系統及功能擴展；可實(shí)現就地調用和查看數據；便于對采集的各種數據進(jìn)行綜合運算分析，提供計算機輔助決策。缺點(diǎn)是一次性硬件投入較大。

根據實(shí)現難度進(jìn)行分級。立足當，放眼將來(lái)，以實(shí)用性為依據進(jìn)行分期建設。減少當期投資；積累平臺設備運行管理經(jīng)驗；與當運維水平相符合，人員不需進(jìn)行過(guò)多培訓即可掌握；堅持了整體布局。缺點(diǎn)是分期建設的投資總和大于一次性建設的投資。

概要性地提出了運維管理和預警報警兩個(gè)核心需求。其中，運維管理針對日常性的檢查，采用計算機自動(dòng)記錄、人工調用的方式，目的在于節省人力物力：預警報警針對突發(fā)的不正?；蚓o急情況，采用計算機自動(dòng)判斷、自動(dòng)報警的方式，提示運維人員及時(shí)排除不正?；蚓o急情況。抓住了核心要求，所有子系統都為這2個(gè)核心要求服務(wù)：有本地和遠方2種輸出方式。缺點(diǎn)是對不正?；蚓o急情況仍需人工處理．暫未提出由計算機自動(dòng)處理部分不正?；蚓o急情況的要求。

對軟件模塊化設計、圖形化顯示的要求適應發(fā)展。遠方和本地計算機均要求有圖形化顯示，現階段至少應有一次接線(xiàn)圖、關(guān)鍵點(diǎn)電壓電流及溫濕度、門(mén)禁等信息，可控制風(fēng)機等設備，界面應達到現有配網(wǎng)自動(dòng)化系統的信息顯示要求?？梢詮淖酉到y和設備兩個(gè)維度查看信息，方便調閱；模塊化設計，方便刪減軟件內容。缺點(diǎn)是對軟件設計要求高。

對所有基礎數據進(jìn)行了集中，具備了進(jìn)行數據分析的能力。此模式下本地和遠程計算機集中了所用數據。而數據篩選、分析和決策也是未來(lái)主電網(wǎng)的發(fā)展的方向。由于進(jìn)行了數據集中，因而只需在計算機上增加數據處理程序即可；單個(gè)配電室的整體數據量不大，集中處理可以滿(mǎn)足處理速度的要求，投資較分布式處理、云處理較??；短期來(lái)看，可取代部分運維工作，如定時(shí)記錄負荷、溫度等信息，中期來(lái)看，自動(dòng)處理部分不正?；蚓o急狀況，如對白天超負荷運行的變壓器可在夜間自動(dòng)調整負荷，長(cháng)期來(lái)看，計算機智能可取代人工。缺點(diǎn)是易造成數據丟失

參考文獻：

劉沛騫，陳俊杰，王成文，等．基于GPRS的配電變壓器實(shí)時(shí)監控一體化系統[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(6)：82—84．

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安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監控系統2020.04版