淺談基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能配電室綜合監控系統設計與產(chǎn)品選型

摘要：配電室是電力系統的重要基礎設施，可以保障供配電系統的安全穩定運行。但是，配電室數量多、部署分散、管理復雜，人工現場(chǎng)巡檢管理方式費時(shí)費工、錯誤率高，如果發(fā)生故障隱患，往往無(wú)法及時(shí)發(fā)現。針對配電室運維現狀，人們可以搭建基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監控系統，對配電室電力設備及環(huán)境狀態(tài)信息進(jìn)行遠程監測，其可聯(lián)動(dòng)或遠程控制輔助設備啟停，從而提高配電設備管理工作的效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：配電室；物聯(lián)網(wǎng)；監控系統

0、引言

近年來(lái)，隨著(zhù)我國工業(yè)化、城鎮化步伐的不斷加快，城市配電網(wǎng)絡(luò )取得令人矚目的發(fā)展成果。配電室處于電力系統的末端，主要為低壓用戶(hù)或用電設施配送電能，按照電壓等級可以分為高壓配電室和低壓配電室。目前，我國配電室常采用無(wú)人管理的室內站設計方案。

長(cháng)期以來(lái)，配電室運維工作一直是城市配電系統的薄弱環(huán)節之一。在城市電網(wǎng)中，配電室數量多、部署分散、管理復雜，通常由工作人員去配電室現場(chǎng)逐個(gè)巡視，運維工作量大、效率低、實(shí)時(shí)性差，致使城市配電室運檢工作面臨巨大壓力。配電室電氣設備運行狀態(tài)和環(huán)境信息缺乏必要的監測手段，一旦遭遇突發(fā)的情況，將危及電氣設備安全穩定運行，易造成設備損壞和電力供應中斷。目前，部分配電室仍采用手工記錄數據的巡檢方式，數據統計和錄入費時(shí)費力，易出現疏漏等嚴重影響運檢質(zhì)量的情況。

隨著(zhù)城市配電網(wǎng)絡(luò )規模的不斷擴大以及供電質(zhì)量和服務(wù)可靠性要求的提高，城市配網(wǎng)運維工作量日益變大，電力設備安全運行面臨嚴峻挑戰?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監控系統采用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)對配電室進(jìn)行遠程集中監控，不但將運維人員從繁重的工作中解放出來(lái)，而且大大提升了運維效率。

1、整體方案

針對城市配電網(wǎng)絡(luò )運行的復雜性，智能配電室綜合監控系統通過(guò)整合電力設備及環(huán)境狀態(tài)信息，可以實(shí)現配電室運行狀態(tài)的自動(dòng)遠程實(shí)時(shí)監測和智能預警，并可聯(lián)動(dòng)或遠程控制輔助設備啟停。智能配電室綜合監控系統由感知層、網(wǎng)絡(luò )層、平臺層和應用層四個(gè)部分組成，如圖1所示。

圖1整體方案

感知層是整個(gè)系統的基礎，是聯(lián)系物理世界和信息世界的重要紐帶，系統采用先進(jìn)的感知技術(shù)實(shí)現配電室的電力設備信息、運行環(huán)境信息、安防信息等數據的實(shí)時(shí)采集。

網(wǎng)絡(luò )層通過(guò)低功耗物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現配電室相關(guān)監測終端設備的泛在連接，實(shí)現配電室監測終端組網(wǎng)感知功能并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將感知層數據上傳至平臺層。監測終端設備具有數量多、位置部署分散、信息安全級別低等特點(diǎn)。

平臺層是整個(gè)監測系統的中樞，可以實(shí)現海量配電室狀態(tài)監測終端的物聯(lián)管理，實(shí)現各種監測數據的存儲和管理，通過(guò)大數據分析技術(shù)深度挖掘監測數據價(jià)值，提高平臺層的業(yè)務(wù)支撐能力。

應用層主要實(shí)現配電室電力設備狀態(tài)信息展示、參數配置、數據查詢(xún)和輔助設備控制等功能，采用人工智能和大數據分析等技術(shù)實(shí)現電力設備運行狀態(tài)評估、故障預警、智能輔助決策和精益化管理，有效提升了城市配電網(wǎng)絡(luò )中配電室智能化運維水平。

2、配電室在線(xiàn)監測設備

配電網(wǎng)絡(luò )作為城市電能輸送的重要通道，是連接電網(wǎng)與用戶(hù)的關(guān)鍵環(huán)節，規模龐大的供電網(wǎng)絡(luò )對配電室安全運行、事故預防亦提出更高要求。配電室電力設備運行過(guò)程中，電氣設備故障的主要原因有電氣設備本體質(zhì)量缺陷、外力破壞、環(huán)境因素等。因此，配電室要安裝電壓、電流、環(huán)境溫濕度、SF6、氧氣、煙感、水浸和紅外等傳感器，實(shí)現對電力設備及運行環(huán)境的主要狀態(tài)參數的在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測，監測數據統一由就近部署的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)上傳至后臺服務(wù)器。

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)由微處理器模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊、數據回傳模塊、對時(shí)模塊和電源模塊等組成，主要負責各個(gè)監測終端的身份識別和數據收集，并將數據進(jìn)行規約轉換后發(fā)送至主站監控系統，實(shí)現電氣設備運行狀態(tài)信息、環(huán)境信息、安防信息等實(shí)時(shí)監測和自動(dòng)報警，從而完成配電室遠程智能巡檢。

3、配電室聯(lián)動(dòng)和遠程控制設備

配電室會(huì )發(fā)生用電超負荷過(guò)熱引發(fā)火災、水浸等環(huán)境因素導致設備損壞、設施被盜等情況，嚴重影響系統供電的可靠性。配電室需要安裝空調、風(fēng)機、水泵、除濕機和聲光報警器等輔助設備，一旦遇到突發(fā)的情況，就可以聯(lián)動(dòng)和遠程控制輔助設備。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)需要接收主站監控系統的命令，也可以替代運維人員快速聯(lián)動(dòng)輔助設備，當發(fā)生告警信息時(shí)，其可以智能聯(lián)動(dòng)相關(guān)輔助設備，及時(shí)處理突發(fā)事件，有效防止事故進(jìn)一步升級惡化。輔助設備聯(lián)動(dòng)控制策略如圖2所示。

圖2輔助設備聯(lián)動(dòng)控制策略

4、配電室設備臺賬管理

配電室設備臺賬采用電子信息標識器技術(shù)完成電氣設備的信息固化，包括設備名稱(chēng)、生產(chǎn)信息、運維記錄和歷

史維護信息等。其通過(guò)建立完整的設備臺賬，融合所有關(guān)聯(lián)信息，智能動(dòng)態(tài)跟蹤設備狀態(tài)，實(shí)現全生命周期管理。

電子信息標識器是基于射頻識別（RFID）技術(shù)開(kāi)發(fā)的，內部是一個(gè)無(wú)源電路，外殼采用防腐蝕、防水、耐擠壓材料，通過(guò)扎帶固定在識別對象上實(shí)現現場(chǎng)信息固化和定位。常用的電子信息標識器有高頻和很高頻兩種，高頻電子信息標識器穿透能力強、抗干擾性好，很高頻電子信息標識器傳輸距離遠、讀寫(xiě)速度快。不同的電子信息標識器適用于不同的應用場(chǎng)景，很大地滿(mǎn)足了配網(wǎng)復雜的應用場(chǎng)景。

閱讀器兼容各頻段的電子信息標識器，當電子信息標識器進(jìn)入閱讀器發(fā)射的射頻場(chǎng)后，其憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在電子信息標識器內部的電網(wǎng)設備相關(guān)信息。由于RFID技術(shù)具備穿透性，所以閱讀器可實(shí)現對電子信息標識器的穿透讀取。閱讀器可采用移動(dòng)智能巡檢終端或者帶有NFC（Near Field Communication）近場(chǎng)通信功能的手機等形式。設備標識建設方案如圖3所示。

圖3設備標識建設方案

5、配電室綜合監控系統

智能配電室綜合監控系統選用B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器）模式架構開(kāi)發(fā)，用戶(hù)在客戶(hù)端通過(guò)瀏覽器向B/S服務(wù)器端發(fā)出訪(fǎng)問(wèn)請求，其通過(guò)用戶(hù)權限控制和管理實(shí)現多用戶(hù)的靈活訪(fǎng)問(wèn)；B/S架構將開(kāi)發(fā)、維護和升級等核心工作都集中在服務(wù)器端，簡(jiǎn)化了客戶(hù)端的工作量，提高了系統使用和維護的便利性。

智能配電室綜合監控系統采用模塊化的設計思路，主要包括GIS（Geographic Information System，地理信息系統）信息管理模塊、狀態(tài)評價(jià)管理模塊、設備缺陷管理模塊和智能運維管理模塊等，系統采用GIS地圖方式展示城市配電室的位置信息、報警信息、電力設備運行狀態(tài)信息、環(huán)境參數信息、輔助設備信息和安防信息等，實(shí)現對配電室電力設備的統一管理，免去運維人員繁重的現場(chǎng)運維工作，運維人員在監控室即可遠程掌握配電室的各種信息，即便運維人員外出時(shí)，也可以通過(guò)手機等移動(dòng)終端實(shí)時(shí)了解配電室運行情況，同時(shí)通過(guò)實(shí)時(shí)監測數據和歷史數據統計分析可以對事故隱患做到提前預知、提前處理，減少電力設備故障對城市電網(wǎng)穩定運行的影響，有效降低事故處理成本，提高配電室智能化運維水平。

6、安科瑞配電室環(huán)境監控系統

6.1概述

配電室綜合監控系統包括智能監控系統屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監控子系統（云臺球機、槍機）、環(huán)境監測子系統（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統（燈光、空調、除濕機、風(fēng)機、水泵）、門(mén)禁監控子系統（讀卡器、開(kāi)門(mén)按鈕、磁力鎖）、安防監控子系統（雙鑒檢測器）。

6.2應用場(chǎng)所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶(hù)端供配電自動(dòng)化系統工程設計、施工和運行維護。

6.3系統結構

6.4系統功能

6.4.1實(shí)時(shí)監測

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，實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警等信息。

6.4.2數據查詢(xún)

在人機界面中，可以直接查看配電室中各個(gè)設備的運行數據。

6.4.3曲線(xiàn)查詢(xún)

可以直接查看各電參量曲線(xiàn)。

6.4.4運行報表

查詢(xún)配電室內設備的運行數據報表。

6.4.5實(shí)時(shí)告警

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。

6.4.6歷史事件查詢(xún)

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。

6.4.7用戶(hù)權限管理

設置了用戶(hù)權限管理功能，可以定義不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限。

6.4.8網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

支持實(shí)時(shí)監視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構。

6.4.9遙控功能

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。

6.5系統硬件配置

7、結語(yǔ)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監控系統以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托，綜合運用大數據技術(shù)、傳感技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，建立了完整的配電室信息化管理系統，有效地降低配電室管理的難度和復雜性，提高了運檢效率，為配電室電力設備的全生命周期運維管理奠定了基礎。

參考文獻：

1. 王小蕾，周佳威，顧佳，等.配網(wǎng)自動(dòng)化建設及運維問(wèn)題探討［J］.電工技術(shù)，2018（23）：78-79.

2. 周金萍.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監控系統研究.

3. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.