淺談智能配電房監控系統的技術(shù)研究應

摘  要：配電房是配網(wǎng)中重要的供電節點(diǎn)，配電房數量眾多，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，實(shí)現配網(wǎng)可觀(guān)、可測、可控等發(fā)展目標。因此，詳細闡述了智能配電房的功能和要求，分析了當配電房的發(fā)展現狀和建立智能配電房監控系統的組成部分。
關(guān)鍵詞：智能配電房；監控系統；功能；效益
1 廣州地區配電房管理現狀分析
廣州地區天氣濕熱、炎熱、潮濕、梅雨等環(huán)境現象頻繁，而配電房遍布市區，設備管理人員往往不能及時(shí)全面對設備所處環(huán)境進(jìn)行人為干預調控。由于人為干預的失敗，導致設備可能運行在高溫、潮濕、揚塵等惡劣環(huán)境下，嚴重威脅設備的安全運行，這是配電網(wǎng)穩定運行的不安定因素。據統計，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(dòng)物等。其中，局放在配電房環(huán)境因素引起的事故中占比大，而高壓開(kāi)關(guān)柜發(fā)生局放的元器件主要為電纜終端頭?？梢?jiàn)，配電設備在不符合設備工作條件的環(huán)境下運行，成為配電網(wǎng)的一個(gè)安全隱患。此外，由于配電房數量眾多，且在地域上分布非常分散和廣泛，導致對配電房的巡檢工作量急劇增加。在目運維人力物力有限的情況下，將加長(cháng)巡檢周期，存在巡檢安全隱患。
因此，研究和開(kāi)發(fā)智能配電房監控系統顯得十分必要和迫切。該系統能讓運維人員足不出戶(hù)全景掌握配電房的狀態(tài)，減少巡檢次數，降低日常維護的人員、車(chē)輛以及物資等維護成本，挖掘配電房狀態(tài)數據中的價(jià)值，提高配電房運維管理水平。
2 智能配電房監控系統的總體要求
智能配電房監控系統應具備對環(huán)境、安防、電氣設備狀態(tài)等信息的監測和控制功能。系統分析各種監測及報警數據，實(shí)時(shí)反映現場(chǎng)運行情況，通過(guò)聯(lián)動(dòng)控制保證配電房安全運行，防止因環(huán)境改變、非授權活動(dòng)、設備狀態(tài)變化等引起的事故，滿(mǎn)足對配電房遠程運維的可靠調度。
智能配電房監控系統整體上應遵循標準性、可靠性、可用性、安全性、擴展性、先進(jìn)性原則，具備與終端設備和運維平臺的數據交換能力；采用開(kāi)放式體系結構，提供開(kāi)放式環(huán)境，支持多種硬件平臺，硬件、軟件產(chǎn)品應通過(guò)行業(yè)認證機構檢測，滿(mǎn)足系統長(cháng)期穩定運行的要
求；應靈活配置功能模塊，模塊的增加和修改不應影響其它模塊正常運行，人機界面友好，操作與維護模塊應工具化、圖形化；電力監控系統安全防護規定，具有完善的權限管理機制和安防響應機制，重要數據實(shí)現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(kāi)發(fā)接口；選用符合行業(yè)應用方向的主流硬件、軟件產(chǎn)品，設計和架構具有瞻性，可以支持配電網(wǎng)智能運維、智慧城市和大數據分析的要求。系統構架圖見(jiàn)圖 1。

智能配電房監控系統采用云部署模式，可減少所需硬件設備，減少運維工作量，提高系統應用靈活性。本系統主要分四層組成，包括應用層、平臺層、通信層和終端層。
應用層包括視頻監控、現場(chǎng)環(huán)境監控、設備狀態(tài)監控、統計、APP 移動(dòng)應用、遠程控制、告警管理和運維管理等。
平臺層由接口服務(wù)器節點(diǎn)、采集服務(wù)器節點(diǎn)、移動(dòng)應用服務(wù)器節點(diǎn)、應用服務(wù)器節點(diǎn)、流媒體服務(wù)器節點(diǎn)和數據庫服務(wù)器節點(diǎn)等組成。
通信層采用光纖通信和無(wú)線(xiàn)通信方式，負責數據流通信。在配電房與監控室之間敷設光纖，構成光纖主干網(wǎng)絡(luò )。在配電房配置一臺光纖交換機，將配電房監控終端機接入光纖網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現配電房與系統主站之間的通信。
終端層主要包括各類(lèi)傳感器、執行設備及監控終端機，實(shí)現站房?jì)拳h(huán)境溫度、濕度、SF6 氣體濃度、臭氧濃度、含氧量、煙霧火災、水浸、噪聲、振動(dòng)、防小動(dòng)物等環(huán)境信息及變壓器、高壓柜、低壓柜的溫度、局放等設備狀態(tài)采集，并與風(fēng)機、燈光、視頻、門(mén)禁等智能執行設備聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現配電房遠程智能化運維管理。
3 智能配電房監控系統功能
3.1 實(shí)現對配電設備的監控
通過(guò)對變壓器、中壓開(kāi)關(guān)柜、電纜和低壓柜的溫度、局放等設備狀態(tài)進(jìn)行信息采集，并結合擴展設備實(shí)現電氣設備預警聯(lián)動(dòng)，對配電房設備進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監控。
3.1.1 溫度監測
采用紅外熱成像對變壓器進(jìn)行整體監測，采用溫度傳感器對容易發(fā)生溫升故障的高低壓接線(xiàn)樁溫度進(jìn)行在線(xiàn)監測，并將變壓器溫控器、冷卻風(fēng)機狀態(tài)信息接入系統，實(shí)時(shí)監測變壓器運行狀態(tài)，掌控變壓器本體及關(guān)鍵點(diǎn)的溫度變化情況，實(shí)現溫度預警和風(fēng)機聯(lián)動(dòng)。采用無(wú)線(xiàn)溫度傳感器對油變外殼進(jìn)行監測。干變風(fēng)機監控、干變繞組溫度監測、干變鐵芯溫度監測利用變壓器原有溫控器功能，實(shí)現溫度預警和風(fēng)機聯(lián)動(dòng)。
3.1.2 局放監測
能夠準確在線(xiàn)測量局部放電引起的變壓器中壓電纜頭、開(kāi)關(guān)柜局放電量，并可以使用標準的局部放電脈沖信號發(fā)生器在線(xiàn)進(jìn)行校準。具有局部放電分析功能，可以了解局部放電的類(lèi)型、相位、強度，能夠準確反映變壓器中壓電纜頭局部放電的嚴重程度和運行狀態(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；具備單次和連續實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測、監測模式，并能對放電嚴重程度予以報警指示；具備多通道測試功能，且每個(gè)通道可單獨由用戶(hù)自行設置報警警戒值，具有報警值設置、局放采集相位角設置等功能；具有檢測數據的保存和導出功能；具備自檢功能，自檢通過(guò)后有明確的提示標識；具有傳感器防短路功能，傳感器、連接測試電纜短路、斷路設備應有提示。
3.1.3 門(mén)狀態(tài)監測
利用配電設備實(shí)現原有電子閉鎖裝置功能。
3.1.4 濕度監控
對中壓開(kāi)關(guān)柜機構室、二次室內濕度實(shí)時(shí)監測，濕度傳感器與濕度信號接收裝置之間數據采用無(wú)線(xiàn)傳輸方式。
3.2 實(shí)現對運行環(huán)境的監控
通過(guò)對環(huán)境溫度、濕度、SF6 氣體濃度、臭氧濃度、含氧量、煙霧火災、水位、粉塵、噪聲、振動(dòng)防小動(dòng)物等環(huán)境進(jìn)行信息采集，并結合擴展設備實(shí)現預警聯(lián)動(dòng)，實(shí)現對配電房運行環(huán)境的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監控。
3.2.1 實(shí)現運行設備臺賬的物聯(lián)網(wǎng)標簽管理
利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)掃描配電房設備的 RFID 電子標識，采集電力設備各方面信息，包括臺賬、實(shí)驗、缺陷等，實(shí)現對運行設備臺賬的在線(xiàn)信息采集，建立完整的設備管理檔案?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的設備全生命周期管理，將設備狀態(tài)信息與資產(chǎn)管理信息有效整合，實(shí)現對資產(chǎn)規劃、建設、運行維護等過(guò)程的智能化動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤和集中監控，提高資產(chǎn)全生命周期的自動(dòng)化和智能化。
3.2.2 實(shí)現配電站房的遠程智能運維
利用視頻信息、設備運行信息、設備臺賬信息、告警信息等，發(fā)現配電站房設備存在的故障，實(shí)時(shí)故障研判、準確定位、分析故障影響范圍，主動(dòng)派發(fā)搶修工單和日常巡檢工單，合理調度搶修資源，高效指揮搶修工作開(kāi)展和日常巡檢任務(wù)的進(jìn)行，實(shí)現故障搶修時(shí)間小化，提高故障搶修效率和服務(wù)水平。
遠程控制視頻可與環(huán)境監測系統聯(lián)動(dòng)，根據環(huán)境監測系統的預警或報警區域，查看特點(diǎn)區域情況，供人工確認。當某區域發(fā)生入侵報警時(shí)，自動(dòng)聯(lián)動(dòng)視頻監控系統，并自動(dòng)將對應位置的圖像畫(huà)面切換至監控屏幕上。對電力設備的操作和運行狀態(tài)進(jìn)行拍照和錄像，給運維人員判斷設備運行狀態(tài)正常與否提供佐證。
在配電房中安裝遠程語(yǔ)音對講系統，實(shí)現與主站的雙向語(yǔ)音對講。
3.2.3 滿(mǎn)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中心不能僅僅局限于供電，還應該具備數據中心、傳輸中心的功能，對智能小區、分布式電源、充電樁等數據輸入、安全運行狀態(tài)監測應預留接口，使得智能配電房滿(mǎn)足未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)、智能小區等綜合管理和競爭性業(yè)務(wù)擴展的需求。
4 效益分析
智能配電房的應用可以改善設備運行環(huán)境，防止外界環(huán)境原因造成的設備損壞，顯著(zhù)提高電力系統的安全性，降低電力運行事故的可能性和人員財產(chǎn)損失，延長(cháng)開(kāi)關(guān)柜使用壽命，提高設備利用率。
4.1 經(jīng)濟效益分析
4.1.1 延長(cháng)設備壽命，節約建設成本
傳統的配電房巡檢方式在設備維護方面有兩個(gè)方向：一是在故障發(fā)生后被動(dòng)對故障設備進(jìn)行維修、換；二是定期進(jìn)行大、小檢修，換使用了一段時(shí)間的設備或設備關(guān)鍵部件，這種方式多是為了消除安全隱患。采用智能配電房系統可以做到“不壞不修”，在降低隱患風(fēng)險的同時(shí)，延長(cháng)設備實(shí)際使用壽命，節約建設成本。
以一個(gè)區 5 000 座配電房的城市為例，采用傳統檢修方式時(shí)，每座配電房每 5 年檢修一次（平均 10 萬(wàn) / 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后，可有效延長(cháng)設備的使用壽命，檢修間隔由原來(lái)的5年延長(cháng)至 8 年，平均每年的檢修費用6250萬(wàn)元，每年節約 3 750 萬(wàn)元。
4.1.2 替代人工巡檢，降低維護成本
目，傳統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后，可以通過(guò)綜合監控后臺了解各配電室現場(chǎng)信息。只在設備發(fā)生或者存在故障隱患時(shí)派出維修人員進(jìn)行定點(diǎn)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
智能配電房系統通過(guò)采集配電房的溫度、濕度、粉塵、有害氣體等參數進(jìn)行處理，并將配電房?jì)葴囟?、濕度、粉塵、有害氣體等技術(shù)指標控制在合格范圍內，防止設備發(fā)生凝露、絕緣老化及外界條件下產(chǎn)生的局部放電問(wèn)題等，消除配電房環(huán)境引起的安全隱患，延長(cháng)設備使用壽命，實(shí)現設備全壽命使用周期，提高供電可靠性。此外，智能配電房系統將帶來(lái)運維模式的轉變，現場(chǎng)運維模式將多地轉變?yōu)楹笈_運維。
5 安科瑞配電室環(huán)境監控系統的介紹與選型
5.1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。
5.2系統功能
5.2.1 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。
5.2.2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。
5.2.3 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。
5.2.4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)。
5.2.5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。
5.2.6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：
5.2.7 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。
5.2.8 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。
5.2.9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。
5.2.10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。
5.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監控系統配置選型

6 結 論
近年來(lái)，國家大力發(fā)展智能電網(wǎng)，隨著(zhù)智能電網(wǎng)建設工作的進(jìn)一步深入，配電網(wǎng)智能化信息化已成為下一步的主要工作。為構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技術(shù)標準，以促進(jìn)智能配電網(wǎng)的大力發(fā)展。

參考文獻
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[3] 安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監控系統2020.04版