淺談智能配電房監控系統的技術研究應用

孟洋
安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定   201801

摘  要：配電房是配網中重要的供電節點，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，推進智能配電房建設，實現配網可觀、可測、可控等發展目標。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展現狀和建立智能配電房監控系統的組成部分。
關鍵詞：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全面對設備所處環境進行人為干預調控。由于人為干預的失敗，導致設備可能運行在高溫、潮濕、揚塵等惡劣環境下，嚴重威脅設備的安全運行，這是配電網穩定運行的不安定因素。據統計，廣州配電網 2016年共發生 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，由于配電房環境因素引起的跳閘事故有 33 起，占比 5.8%。
配電房環境引起的跳閘事故主要有局放、溫濕度、漏水浸水、灰塵、小動物等。其中，局放在配電房環境因素引起的事故中占比大，而高壓開關柜發生局放的元器件主要為電纜終端頭?？梢?，配電設備在不符合設備工作條件的環境下運行，成為配電網的一個安全隱患。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，將加長巡檢周期，存在巡檢安全隱患。
因此，研究和開發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全景掌握配電房的狀態，減少巡檢次數，降低日常維護的人員、車輛以及物資等維護成本，挖掘配電房狀態數據中的價值，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境、安防、電氣設備狀態等信息的監測和控制功能。系統分析各種監測及報警數據，實時反映現場運行情況，通過聯動控制保證配電房安全運行，防止因環境改變、非授權活動、設備狀態變化等引起的事故，滿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；采用開放式體系結構，提供開放式環境，支持多種硬件平臺，硬件、軟件產品應通過行業認證機構檢測，滿足系統長期穩定運行的要
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
二次開發接口；選用符合行業應用方向的主流硬件、軟件產品，設計和架構具有瞻性，可以支持配電網智能運維、智慧城市和大數據分析的要求。系統構架圖見圖 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、現場環境監控、設備狀態監控、統計、APP 移動應用、遠程控制、告警管理和運維管理等。
平臺層由接口服務器節點、采集服務器節點、移動應用服務器節點、應用服務器節點、流媒體服務器節點和數據庫服務器節點等組成。
通信層采用光纖通信和無線通信方式，負責數據流通信。在配電房與監控室之間敷設光纖，構成光纖主干網絡。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絡，實現配電房與系統主站之間的通信。
終端層主要包括各類傳感器、執行設備及監控終端機，實現站房內環境溫度、濕度、SF6 氣體濃度、臭氧濃度、含氧量、煙霧火災、水浸、噪聲、振動、防小動物等環境信息及變壓器、高壓柜、低壓柜的溫度、局放等設備狀態采集，并與風機、燈光、視頻、門禁等智能執行設備聯動控制，實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 實現對配電設備的監控
通過對變壓器、中壓開關柜、電纜和低壓柜的溫度、局放等設備狀態進行信息采集，并結合擴展設備實現電氣設備預警聯動，對配電房設備進行實時在線監控。
3.1.1 溫度監測
采用紅外熱成像對變壓器進行整體監測，采用溫度傳感器對容易發生溫升故障的高低壓接線樁溫度進行在線監測，并將變壓器溫控器、冷卻風機狀態信息接入系統，實時監測變壓器運行狀態，掌控變壓器本體及關鍵點的溫度變化情況，實現溫度預警和風機聯動。采用無線溫度傳感器對油變外殼進行監測。干變風機監控、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，實現溫度預警和風機聯動。
3.1.2 局放監測
能夠準確在線測量局部放電引起的變壓器中壓電纜頭、開關柜局放電量，并可以使用標準的局部放電脈沖信號發生器在線進行校準。具有局部放電分析功能，可以了解局部放電的類型、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；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；具備單次和連續實時在線檢測、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，且每個通道可單獨由用戶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 門狀態監測
利用配電設備實現原有電子閉鎖裝置功能。
3.1.4 濕度監控
對中壓開關柜機構室、二次室內濕度實時監測，濕度傳感器與濕度信號接收裝置之間數據采用無線傳輸方式。
3.2 實現對運行環境的監控
通過對環境溫度、濕度、SF6 氣體濃度、臭氧濃度、含氧量、煙霧火災、水位、粉塵、噪聲、振動防小動物等環境進行信息采集，并結合擴展設備實現預警聯動，實現對配電房運行環境的實時在線監控。
3.2.1 實現運行設備臺賬的物聯網標簽管理
利用物聯網技術，通過掃描配電房設備的 RFID 電子標識，采集電力設備各方面信息，包括臺賬、實驗、缺陷等，實現對運行設備臺賬的在線信息采集，建立完整的設備管理檔案。基于物聯網技術的設備全生命周期管理，將設備狀態信息與資產管理信息有效整合，實現對資產規劃、建設、運行維護等過程的智能化動態實時跟蹤和集中監控，提高資產全生命周期的自動化和智能化。
3.2.2 實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，發現配電站房設備存在的故障，實時故障研判、準確定位、分析故障影響范圍，主動派發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展和日常巡檢任務的進行，實現故障搶修時間小化，提高故障搶修效率和服務水平。
遠程控制視頻可與環境監測系統聯動，根據環境監測系統的預警或報警區域，查看特點區域情況，供人工確認。當某區域發生入侵報警時，自動聯動視頻監控系統，并自動將對應位置的圖像畫面切換至監控屏幕上。對電力設備的操作和運行狀態進行拍照和錄像，給運維人員判斷設備運行狀態正常與否提供佐證。
在配電房中安裝遠程語音對講系統，實現與主站的雙向語音對講。
3.2.3 滿足綜合管理和競爭性業務擴展的需求
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、安全運行狀態監測應預留接口，使得智能配電房滿足未來物聯網、智能小區等綜合管理和競爭性業務擴展的需求。
4 效益分析
智能配電房的應用可以改善設備運行環境，防止外界環境原因造成的設備損壞，顯著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損失，延長開關柜使用壽命，提高設備利用率。
4.1 經濟效益分析
4.1.1 延長設備壽命，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方向：一是在故障發生后被動對故障設備進行維修、換；二是定期進行大、小檢修，換使用了一段時間的設備或設備關鍵部件，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”，在降低隱患風險的同時，延長設備實際使用壽命，節約建設成本。
以一個區 5 000 座配電房的城市為例，采用傳統檢修方式時，每座配電房每 5 年檢修一次（平均 10 萬 / 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，可有效延長設備的使用壽命，檢修間隔由原來的5年延長至 8 年，平均每年的檢修費用6250萬元，每年節約 3 750 萬元。
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、財力上產生了很高成本。使用智能配電房系統后，可以通過綜合監控后臺了解各配電室現場信息。只在設備發生或者存在故障隱患時派出維修人員進行定點換、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采集配電房的溫度、濕度、粉塵、有害氣體等參數進行處理，并將配電房內溫度、濕度、粉塵、有害氣體等技術指標控制在合格范圍內，防止設備發生凝露、絕緣老化及外界條件下產生的局部放電問題等，消除配電房環境引起的安全隱患，延長設備使用壽命，實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運維模式的轉變，現場運維模式將多地轉變為后臺運維。
5 安科瑞配電室環境監控系統的介紹與選型
5.1簡介
安科瑞電氣股份有限公司根據配電室實際情況，結合多年的變電站和配電室的運行管理經驗，自主研發了安科瑞配電室綜合監控系統，實現了智能開關柜運行監控、高壓開關柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監控、母線測溫監測、電纜測溫監測、環境監測、有害氣體監測、安防監控、采暖通風、門禁、燈光、風機、除濕機、空調控制等功能。實現動力環境各數據的檢測與設備控制，實現動力環境化，避免運行環境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員，延長設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過高，同時實現配電動力環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配電室范圍內的通信設備進行管理、添加、刪除、控制和數據的實時監測。
5.2.2實時監測
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，實時監測配電室環境參數信息，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實時顯示有關故障、告警等信息。
5.2.3 數據查詢
在人機界面中，可以直接查看配電室個設備的運行數據。
5.2.4曲線查詢
在曲線查詢界面，可以直接查看遙測參量曲線，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線。
5.2.5運行報表
查詢配電室內設備的運行數據報表，包括日報表、月報表、年報表和查詢報表等。
5.2.6實時告警
科瑞智能配電室綜合監控系統具有實時告警功能，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出告警。告警如右圖所示：
5.2.7 歷史事件查詢
安科瑞智能配電室綜合監控系統能夠對產生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和進行歷史追溯、查詢統計、事故分析。
5.2.8 用戶權限管理
為保障系統穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（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網絡拓撲圖
安科瑞智能配電室綜合監控系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構?？稍诰€診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動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配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。
5.3Acrel-2000E/B配電室環境監控系統配置選型

6 結 論
近年來，家大力發展智能電網，隨著智能電網建設工作的進一步深入，配電網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，必須制定科學、合理的智能配電房建設技術標準，以促進智能配電網的大力發展。

參考文獻
[1] 劉 偉 . 智能配電房的關鍵技術研究 [J]. 數字技術與應用，2015,（1）.
[2] 宋光華.智能配電房監控系統的技術研究
[3] 安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監控系統2020.04版