淺談基于公有云的用戶(hù)側配電網(wǎng)智能監控系統的設計與應用

摘要：由于用電端環(huán)網(wǎng)柜及配電室較為分散，數量多、距離遠，沒(méi)有實(shí)時(shí)監測手段，發(fā)生故

障只能斷電搶修，嚴重影響用電可靠性。通過(guò)監控中心計算機或手機客戶(hù)端可隨時(shí)在線(xiàn)監測設備運行狀況，自診斷設備的異常運行，發(fā)現配電設備異常后，通過(guò)手機短信或APP推送報警信息，提醒用戶(hù)及時(shí)處理，保證了供電可靠性。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)智能監控系統；云技術(shù)；移動(dòng)互聯(lián)；預警；用戶(hù)側

        隨著(zhù)社會(huì )的進(jìn)步和人民生活質(zhì)量的提高，對供電質(zhì)量和供電可靠性有了高的要求，但用電端的環(huán)網(wǎng)柜及配電室較為分散，數量多、距離遠，沒(méi)有實(shí)時(shí)監測手段，一旦發(fā)生故障，只能斷電后搶修，嚴重影響用電可靠性。另外，大部分用戶(hù)配電室的運行管理目主要依靠人工定期進(jìn)行現場(chǎng)檢測和記錄，這種工作方式工作量大、數據多、檢測記錄時(shí)間較長(cháng)，而且準確性得不到保證，運行成本也大大增加。為此，采用一種針對環(huán)網(wǎng)柜及配電設備具有實(shí)時(shí)監測功能的應用系統——基于公有云的用戶(hù)側配電網(wǎng)智能監控系統，通過(guò)實(shí)時(shí)監測保證用電可靠性。

1.1 系統特點(diǎn)

        用戶(hù)側配電網(wǎng)智能監控系統采用先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算、自動(dòng)化技術(shù)、傳感技術(shù)，實(shí)現 24 h不間斷地對用戶(hù)設備進(jìn)行監測，通過(guò)監控中心計算機或手機客戶(hù)端可隨時(shí)在線(xiàn)監測設備運行參數和運行狀況，診斷設備的運行狀況，發(fā)現配電設備異?；蜓b置內部異常時(shí)，立即自動(dòng)報警，通過(guò)短信或APP推送信息，提醒用戶(hù)及時(shí)處理，以保證供電可靠性?；诠性频挠脩?hù)側配電網(wǎng)智能監控系統，是一種輕資產(chǎn)解決方案，無(wú)須鋪設光纖，不受機房設施、服務(wù)器設備的限制，可以節約一次投資和日后的維護費用。

1.2 系統結構

        系統網(wǎng)絡(luò )架構如圖1所示，主要包括各箱式變壓器、監控站、移動(dòng)終端、工程師站、云端服務(wù)器、云端存儲器、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )、GPRS通信服務(wù)器等。用戶(hù)側配電網(wǎng)智能監測系統分為4部分：現場(chǎng)設備層、通信層、云服務(wù)、監控層。

 

 

1.3 系統軟件

1.3.1 系統功能

        該系統主要功能為遠程數據監測及推送故障消息預警，主要分為以下4部分。 

1.3.1.1 開(kāi)關(guān)狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示

        可以通過(guò)電腦或手機 APP 查看高壓負荷開(kāi)關(guān)合分狀態(tài)、高壓斷路器合分狀態(tài)及位置（工作/試 驗）、隔離開(kāi)關(guān)合分狀態(tài)、接地刀閘位置、電容補償投切狀態(tài)。 

1.3.1.2 遙測值顯示

        遠程查看高壓柜/變壓器的三相相電壓、三相線(xiàn)電壓、三相電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、負荷及平均負荷。

1.3.1.3 預警信息監控系統

        具有遠距離無(wú)線(xiàn)測溫、避雷器在線(xiàn)監測、諧波在線(xiàn)監測、視頻在線(xiàn)監控、煙霧遙感等功能，并能通過(guò)視頻（支持語(yǔ)音雙向傳輸）實(shí)時(shí)查看現場(chǎng)情況。具有GPS定位功能，通過(guò)手機APP可直接鏈接導航，快速到達配電終端位置。 

1.3.2 數據性措施  

        電力數據涉及機密，充分考慮以上數據問(wèn)題，特別在硬件及其軟件上做出以下措施。 

1.3.2.1 數據采集端

        現場(chǎng)通過(guò)局域組網(wǎng)方式采集數據。采集的數據為原始數據，原始數據不同于現場(chǎng)儀表內數據，需進(jìn)行進(jìn)制和系數轉化才能得到真實(shí)數據，即使遭受網(wǎng)絡(luò )竊聽(tīng)后對方獲得的數據也只是 0、1，無(wú)法進(jìn)行解析。

1.3.2.2 數據傳輸端

        采用自主研發(fā)的 DTU（數據傳輸單元）與云服務(wù)器進(jìn)行通信。DTU 工作是基于移動(dòng)/聯(lián)通 GPRS（通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)）信道進(jìn)行傳輸，即移動(dòng)/聯(lián)通為每張 SIM（用戶(hù)識別模塊）卡分配 1 個(gè)號碼，通過(guò)GSM（移動(dòng)通信系統）加密技術(shù)攔截第三方的網(wǎng)絡(luò )竊聽(tīng)。其次，DTU 傳輸原理采用 Modbus RTU 協(xié) 議，服務(wù)器請求 1 次數據后，DTU 工作 1 次，只能實(shí)現單向數據傳輸。 

1.3.2.3 服務(wù)器端

        服務(wù)器具有訪(fǎng)問(wèn)賬戶(hù)密碼和端口雙重保護功能，內置網(wǎng)絡(luò )防火墻，數據直接導入數據庫，數據庫的訪(fǎng)問(wèn)需要賬戶(hù)和密碼認證，一旦發(fā)生黑客攻擊，緊急啟動(dòng)異地備份，杜絕數據竊取，啟動(dòng)數據庫掃描系統，分析內部配置、防止越權訪(fǎng)問(wèn)，發(fā)現外部黑客攻擊漏洞、防止外部攻擊，實(shí)現非授權的從外到內的監測。

        基于公有云的用戶(hù)側配電網(wǎng)智能監控系統在手機客戶(hù)端能實(shí)時(shí)監測配電設備的運行工況、電 流、電壓、溫度、泄漏電流等，以及報警信息推送，并通過(guò)視頻可與現場(chǎng)連線(xiàn)，對現場(chǎng)操作人員起到監護的作用。將該系統已安裝于三聯(lián)化工配電室、內蒙古少數民族文化體育運動(dòng)中心配電室、天璽房地產(chǎn)環(huán)網(wǎng)柜、晟航 35 kV光伏變電站等十幾個(gè)用戶(hù)配電室或環(huán)網(wǎng)柜。通過(guò)手機客戶(hù)端和PC端，可以隨時(shí)了解設備運行工況，電流、電壓、開(kāi)關(guān)位置、節點(diǎn)溫度，實(shí)現避雷器在線(xiàn)監測，視頻在線(xiàn)監控，煙霧遙感，實(shí)時(shí)推送報警信息等。

2.1 系統硬件

        通信管理機從設備二次系統采集數據，電纜終端安裝電纜溫度傳感器，將溫度數據傳輸到電纜溫度監測儀，通過(guò)RS485通信方式將數據傳輸到控制器模塊，控制器通過(guò)總線(xiàn)將數據發(fā)送到 GPRS 通信模塊，通過(guò) GPRS 模塊在現場(chǎng)可以檢測到相關(guān)運行數據。 

2.2 運行狀況實(shí)時(shí)監視

        通信管理機從用戶(hù)二次系統中讀取數據，無(wú)線(xiàn)溫度監測儀測量電纜3相電流。將數據傳輸到可編程控制器模塊，可編程控制器對接收到的電壓、電 流、頻率等非開(kāi)關(guān)量和開(kāi)關(guān)量數據進(jìn)行處理，通過(guò)GPRS模塊將數據傳輸到阿里云，PC端（如圖2）和手機端（如圖3）可通過(guò)相應軟件從阿里云服務(wù)器中獲取相關(guān)數據，對用戶(hù)系統狀態(tài)進(jìn)行監視。

 

2.3 避雷器狀態(tài)實(shí)時(shí)監控

        避雷器傳感器穿孔安裝于避雷器上，實(shí)時(shí)監測避雷器運行狀態(tài)（放電次數和泄漏電流）。當累積次數達到預定值時(shí)，云服務(wù)器會(huì )推送信息至運維人員手機，避免避雷器失效導致元器件燒壞或人身傷亡。無(wú)線(xiàn)溫度傳感器測量3相電纜溫度，傳輸至無(wú)線(xiàn)溫度監測儀，實(shí)時(shí)顯示各相電纜溫度，同時(shí)將溫度數據傳輸到阿里云服務(wù)器，通過(guò)計算機和手機能隨時(shí)查看各相電纜溫度。 

2.4 報警信息推送

        手機端接收報警信息后及時(shí)檢查設備狀況，減少用戶(hù)側故障次數。

2.5 視頻監控

        在配電室內安裝攝像頭，通過(guò)手機和電腦查看監控視頻，了解用戶(hù)操作是否規范，及時(shí)發(fā)現隱患。 

2.6 負荷預測

        系統可生成負荷報表及曲線(xiàn)，通過(guò)負荷月報表掌握企業(yè)用電特點(diǎn)，幫助客戶(hù)提高電能利用效率，降低企業(yè)用電成本，提升客戶(hù)滿(mǎn)意度。

3.1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。

3.2系統功能

3.2.1 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。

3.2.2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。

3.2.3 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。

3.2.4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)。

3.2.5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。

3.2.6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：

3.2.7 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。

3.2.8 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。

3.2.9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。

3.2.10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。

3.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監控系統配置選型

        用戶(hù)側配電網(wǎng)智能監控系統基于云計算技術(shù)，無(wú)需建立機房，可以減少建設投資費用和維護成本。該系統可以廣泛應用和服務(wù)于城鄉終端用戶(hù)的配電設備[5-6]。經(jīng)過(guò) 1 a 多的運行，監控中心和手機客戶(hù)端未發(fā)生網(wǎng)絡(luò )中斷事故，網(wǎng)絡(luò )運行可靠，數據上傳穩定。值班人員對變電站的運行工況一目了然，減輕了勞動(dòng)強度，提高了工作效率，為保障供電可靠性和提供了強有力的技術(shù)支撐。

張吉生，張波.基于大數據架構的變電設備運行質(zhì)量智能評價(jià)[J].電力大數據，2017，20（9）：37-41

楊萬(wàn)春，閆 東，王紅剛，馮志明.基于公有云的用戶(hù)側配電網(wǎng)智能監控系統應用

安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監控系統2020.04版