智能配電房建設(shè)方案分析

（安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801）

摘  要：配電房作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，與電力用戶聯(lián)系密切，通過(guò)對(duì)智能配電房的總體建設(shè)方案和具體建設(shè)思路的分析，提出以SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))系統(tǒng)為核心，有效整合安防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的智能配電房建設(shè)方案，打破數(shù)據(jù)壁壘，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)維的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化提升。

關(guān)鍵字：SCADA、智能配電房、電網(wǎng)運(yùn)維

1.引言

近20年我國(guó)的配電自動(dòng)化技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，由就地控制(重合器、重合分段器、重合閘+自動(dòng)配電開關(guān))的FA(饋線自動(dòng)化)，發(fā)展為通信及主站集中監(jiān)控和故障處理(配電SCADA+FA)的DA(配電自動(dòng)化)、基于GIS離線配電管理的DMS(配電管理系統(tǒng))、實(shí)時(shí)DA與基于GIS配電管理相集成的DA／DMS等多種基本功能模式。配電自動(dòng)化系統(tǒng)的完善和發(fā)展，在促進(jìn)電力企業(yè)安全生產(chǎn)、供電、管理進(jìn)步、客戶服務(wù)等方面，取得了較好的效果。

與此同時(shí)，配電自動(dòng)化系統(tǒng)也存在很多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下方面：

1)系統(tǒng)集成中存在孤島，各廠家監(jiān)控系統(tǒng)不兼容，信息不能共享，沒(méi)有統(tǒng)一的界面，使用和維護(hù)復(fù)雜，使配電自動(dòng)化系統(tǒng)難以發(fā)揮作用；

2)設(shè)備選擇盲目求新，無(wú)法取得整體優(yōu)化的效果；

3)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏統(tǒng)籌兼顧，從而影響應(yīng)用效果；

4)設(shè)計(jì)缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)策略，造成系統(tǒng)開放性差，功能擴(kuò)展難。

配網(wǎng)自動(dòng)化經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，已經(jīng)初步形成以 FTU、DTU、智能臺(tái)區(qū)為代表的智能配電網(wǎng)絡(luò)。配電房自動(dòng)化套用功能單一的“三遙"監(jiān)控和饋線自動(dòng)化功能的建設(shè)模式，已難以滿足智能配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展要求。配電房作為配電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，存在運(yùn)維人員數(shù)量不足且綜合素質(zhì)參差不齊、故障發(fā)現(xiàn)與處理不及時(shí)等問(wèn)題，同時(shí)現(xiàn)有的站所內(nèi)環(huán)境、消防、門禁及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)實(shí)時(shí)性不高，無(wú)法做到事前預(yù)警、事中控制、事后分析的管理需求。因此，一種智能配電房管理系統(tǒng)應(yīng)時(shí)而生，以有效整合安防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，為更安全、更智能的電力供應(yīng)提供保障。

2.智能配電房總體建設(shè)方案

基于上述配電自動(dòng)化系統(tǒng)的存在問(wèn)題現(xiàn)狀，規(guī)劃建設(shè)具有智能化配電自動(dòng)化水平的主干線路配電房，應(yīng)充分考慮如下因素：

1)主干線路開關(guān)支持遠(yuǎn)方遙控操作，有效縮短主干線路故障處理時(shí)間；

2)配電房自動(dòng)化技術(shù)要避免系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)單一，自動(dòng)化系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等孤島建設(shè)而使信息不能共享的問(wèn)題；

3)配電房自動(dòng)化設(shè)備要具有較高的性價(jià)比、較實(shí)用的功能，并具有開放的系統(tǒng)集成功能；

4)要充分考慮運(yùn)行維護(hù)方便，減小設(shè)備體積，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，便于具有通信和自動(dòng)化基礎(chǔ)的人員維護(hù)管理，從而達(dá)到減員增效的目的。

Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)以智能控制為核心，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)配電室內(nèi)配電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的全天狀態(tài)監(jiān)視和智能控制。系統(tǒng)由485通信和以太網(wǎng)通信混合組網(wǎng)，完成站端電力數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)以及安全防范等數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，適配于當(dāng)下多種應(yīng)用場(chǎng)景。

智能配電房綜合管理系統(tǒng)的功能主要包括：

智能門禁：所有門均配備磁力鎖或電控鎖，入室探測(cè)器，刷卡器，正對(duì)門的視頻監(jiān)控。

智能視頻監(jiān)控：根據(jù)配電房的大小合理配置視頻監(jiān)控，保證整個(gè)配電房正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

智能環(huán)境監(jiān)測(cè)聯(lián)動(dòng)控制：在配電房安裝各種環(huán)境傳感器，監(jiān)測(cè)配電站所環(huán)境，通過(guò)環(huán)境信息控制其相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行工作。

智能測(cè)溫：通過(guò)安裝在高低壓柜、變壓器接頭等位置的溫度傳感器對(duì)電纜及接頭溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

智能局放：在配電房?jī)?nèi)安裝全向局放監(jiān)測(cè)儀，監(jiān)測(cè)局放情況，對(duì)發(fā)生異常的設(shè)備進(jìn)行“重癥監(jiān)護(hù)"管理。

智能電能及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，實(shí)現(xiàn)低壓開關(guān)的電流、電壓、功率因數(shù)、電纜溫度等數(shù)據(jù)的采集。

智能防凝露：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)除濕，有效解決開關(guān)凝露問(wèn)題。

智能蓄電池監(jiān)測(cè)：實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)維護(hù)，節(jié)約大量人力物力，延長(zhǎng)電池使用壽命，大大減少每年電池報(bào)廢數(shù)量。

在未來(lái)隨著軌道巡檢機(jī)器人的廣泛應(yīng)用可以加入軌道機(jī)器人巡檢，代替人工，在開關(guān)室、GIS室和繼保室進(jìn)行可見光、紅外、局部放電、聲音等監(jiān)測(cè)。

3.配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1SCADA系統(tǒng)

SCADA是指監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，在電力配電房?jī)?nèi)需實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)“遙測(cè)、遙信、遙控"功能；實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)短路、接地故障監(jiān)測(cè)，可通過(guò)主站實(shí)現(xiàn)故障定位；監(jiān)測(cè)10 kV線路的負(fù)荷電流；監(jiān)測(cè)配電變壓器的負(fù)荷；監(jiān)測(cè)10kV開關(guān)狀態(tài)；支持遙控功能，實(shí)現(xiàn)非故障段恢復(fù)供電，大幅縮短故障停電時(shí)間；實(shí)現(xiàn)遙控操作，減少運(yùn)行人員操作次數(shù)，降低運(yùn)行人員工作強(qiáng)度。還可通過(guò)安裝電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、高精度電流互感器及前端采集設(shè)備，對(duì)配電房?jī)?nèi)運(yùn)行設(shè)備的電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、電量、諧波等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并上傳到系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行綜合分析。系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，預(yù)測(cè)和判斷目前電能質(zhì)量和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)故障快速定位、保障供電電能質(zhì)量。

3.2視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控是指將智能監(jiān)控系統(tǒng)前端的監(jiān)控?cái)z像頭所記錄和采集到的音視頻材料通過(guò)信號(hào)線傳遞到硬盤錄像機(jī)上，然后由硬盤錄像機(jī)經(jīng)過(guò)初步判斷和處理后就傳遞到監(jiān)控平臺(tái)。通過(guò)智能攝像頭與系統(tǒng)的人工智能分析，實(shí)現(xiàn)智能視頻監(jiān)控功能，從而完成移動(dòng)偵測(cè)、圖像自動(dòng)上傳、實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能分析等應(yīng)用場(chǎng)景。當(dāng)有人員或小動(dòng)物在監(jiān)控畫面內(nèi)移動(dòng)時(shí)，攝像頭自動(dòng)捕捉移動(dòng)物體，自動(dòng)啟動(dòng)錄像功能，并保存在硬盤錄像機(jī)內(nèi)；當(dāng)配電房?jī)?nèi)其他系統(tǒng)存在門禁、凝露等告警信息時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行智能聯(lián)動(dòng)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行錄像取證；運(yùn)維人員可以遠(yuǎn)程調(diào)閱視頻信息，也可以實(shí)時(shí)查看配電房?jī)?nèi)的環(huán)境情況和設(shè)備工作狀態(tài)。

3.3環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)通過(guò)在配電房安裝部署溫、濕度傳感器、有害氣體監(jiān)測(cè)裝置（SF6傳感器、CH4傳感器、CO 傳感器、03傳感器）、煙霧傳感器、水位傳感器等多種傳感器，實(shí)現(xiàn)配電房?jī)?nèi)環(huán)境信息的實(shí)時(shí)采集、儲(chǔ)存、整理、上傳等操作，并通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部信息共享和判斷策略，進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，完成對(duì)配電房環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和控制。運(yùn)維人員通過(guò)系統(tǒng)對(duì)溫濕度、氣體監(jiān)測(cè)、煙霧和水位等信息進(jìn)行閾值設(shè)定，當(dāng)發(fā)生越限，系統(tǒng)將自動(dòng)彈出相應(yīng)的報(bào)警事件，同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警事件進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)，并智能聯(lián)動(dòng)空調(diào)、排風(fēng)系統(tǒng)、水泵等設(shè)備，對(duì)配電房環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，保障配電房?jī)?nèi)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境安全。

3.4無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)

無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)由收發(fā)器和傳感器兩部分組成，配電房?jī)?nèi)的高壓柜的母線連接處、隔離刀閘或觸頭處、變壓器低壓出線處及低壓柜大電流匯流排除均是發(fā)熱的敏感部位、這些部位也是巡視人員巡檢時(shí)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。通過(guò)安裝在高低壓柜、變壓器接頭等位置溫度傳感器對(duì)電纜及接頭溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并把測(cè)量結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，通過(guò)軟件分析能夠?qū)囟冗^(guò)高發(fā)出告警信息，系統(tǒng)還可以根據(jù)歷史溫度曲線對(duì)比判斷，根據(jù)發(fā)熱設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，提前進(jìn)行設(shè)備防護(hù)，實(shí)現(xiàn)溫度故障的早期預(yù)測(cè)，防患于未然。

無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)可采用ATE400無(wú)線測(cè)溫傳感器搭配ATC600接收裝置，實(shí)現(xiàn)配電房?jī)?nèi)的電氣柜的溫度在線監(jiān)測(cè)功能，該傳感器為非電池供電（采用感應(yīng)取電方式供電），采用470MHz無(wú)線頻率傳輸；傳感器正常工作啟動(dòng)電流需≥5A；在線測(cè)溫范圍-50 ℃～+125 ℃；溫度采樣頻率：15s；數(shù)據(jù)發(fā)射頻率：15s；溫度采樣精度：±1℃；正常工作溫度宜-40 ℃～+85 ℃；工作電流：一次額定電流5000 A；溫升要求：在額定工作條件下，裝置不應(yīng)達(dá)到可能影響開關(guān)柜一次設(shè)備絕緣及被測(cè)點(diǎn)正常工作的溫度，裝置的電流互感器線圈通過(guò)1250 A，30 min，環(huán)境溫度為20 ℃時(shí)，無(wú)線溫度傳感器表面溫升不應(yīng)超過(guò)10 K。傳輸距離：空曠距離不大于150米。ATC600接收裝置一臺(tái)可接受240只無(wú)線測(cè)溫傳感器，在不同類型結(jié)構(gòu)的配電房?jī)?nèi)也可以通過(guò)無(wú)線中繼模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)傳輸，解決施工布線難題。

3.5其他

除了上述幾個(gè)系統(tǒng)外，其還有空調(diào)監(jiān)控、門禁管理等系統(tǒng)模塊?？照{(diào)監(jiān)控是用于監(jiān)測(cè)各類機(jī)型的空調(diào)設(shè)備，并且具有檢測(cè)和重試等調(diào)節(jié)空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)的功能，從而有效的提高了其可靠性和安全性，降低其由于死機(jī)或者是停機(jī)造成的損害。將配電房所有門配備磁力鎖或者電控鎖、入室探測(cè)器、刷卡器、正對(duì)門的視頻監(jiān)控裝置。利用智能配電房綜合管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和智能聯(lián)動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)門禁授權(quán)、遠(yuǎn)程操作、刷卡記錄、抓拍記錄、智能報(bào)警、照明控制功能。各個(gè)監(jiān)控模塊都由監(jiān)控室進(jìn)行控制與數(shù)據(jù)集成，相互聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同合作，從而達(dá)到對(duì)配電室的監(jiān)控和管理。

4.Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)

Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)和監(jiān)控終端，實(shí)現(xiàn)智能開關(guān)柜柜運(yùn)行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負(fù)載運(yùn)行監(jiān)控、母線測(cè)溫監(jiān)測(cè)、電纜測(cè)溫監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)控、采暖通風(fēng)、門禁、燈光、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制等功能。實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測(cè)與設(shè)備控制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境優(yōu)化，避免運(yùn)行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運(yùn)行故障，保證維護(hù)人員安全，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過(guò)高，同樣實(shí)現(xiàn)配電動(dòng)力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。系統(tǒng)架構(gòu)由站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層構(gòu)成。

系統(tǒng)功能需求：

1）數(shù)據(jù)采集及處理：通過(guò)間隔層設(shè)備實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)配電室溫度、濕度、SF6、O2、O3、煙霧、門禁及電表等數(shù)據(jù)；

2）畫面顯示：配電房環(huán)境溫濕度、氣體（SF6、O2、O3等）含量、配電開關(guān)狀態(tài)、漏水/水浸、煙霧、門禁等的實(shí)時(shí)信息、視頻、各測(cè)量值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、各種告警等信息。

3）記錄功能：具有溫濕度、氣體（SF6、O2、O3等）含量、電壓、電流、功率、電能以及事故、告警事件等各種歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能，以供查詢、分析、打印。

4）報(bào)警處理：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?？梢蕴峁┧姆N告警方式：監(jiān)控界面彈窗告警；實(shí)時(shí)語(yǔ)音告警，系統(tǒng)能夠?qū)λ惺录l(fā)出語(yǔ)音告警；短信告警，可以向工作人員發(fā)送告警信息短信。

5）曲線分析功能：可以曲線形式展示監(jiān)控系統(tǒng)的溫濕度、氣體（SF6、O2、O3等）含量、電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)，以便分析其當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)及有關(guān)歷史趨勢(shì)。

6）報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能：通過(guò)報(bào)表，可以方便分析供電系統(tǒng)及各回路運(yùn)行參數(shù)，形成運(yùn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào)、電能統(tǒng)計(jì)日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)。

7）遠(yuǎn)程運(yùn)維功能：Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可將現(xiàn)場(chǎng)采集信息上傳企業(yè)電力運(yùn)維云平臺(tái)，企業(yè)運(yùn)維人員可遠(yuǎn)程運(yùn)維，構(gòu)建智能運(yùn)維體系，開發(fā)智能運(yùn)維應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)配電房智能分析、故障預(yù)測(cè)、智能巡查、智能派單、故障知識(shí)庫(kù)構(gòu)建等功能，使配電室運(yùn)維更加智能高效。

針對(duì)不同類型結(jié)構(gòu)的配電房應(yīng)用場(chǎng)景，Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)有不同的應(yīng)用，常規(guī)新建配電房可通過(guò)采用現(xiàn)場(chǎng)并柜的方式用Acrel-2000E/G方案，通過(guò)組屏方式在屏柜上集成各個(gè)子系統(tǒng)模塊，使整個(gè)配電房看上去整體化一。針對(duì)改造或前期空間較緊張項(xiàng)目可采用Acrel-2000E/B的壁掛箱方案，壁掛箱方案小巧，適用于多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景，在有限的箱體內(nèi)保留主要的輔助監(jiān)控需求。

5.總結(jié)

智能配電房有效地集成了電力系統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。其建設(shè)為實(shí)現(xiàn)更加智能和更高質(zhì)量的電力供應(yīng)提供了可靠的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和理論探索。

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任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)樽冸娬?、配電房監(jiān)控系統(tǒng)。