淺談基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)設計與產品選型

安科瑞 陳聰

摘要：配電室是電力系統(tǒng)的重要基礎設施，可以保障供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。但是，配電室數(shù)量多、部署分散、管理復雜，人工現(xiàn)場巡檢管理方式費時費工、錯誤率高，如果發(fā)生故障隱患，往往無法及時發(fā)現(xiàn)。針對配電室運維現(xiàn)狀，人們可以搭建基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，對配電室電力設備及環(huán)境狀態(tài)信息進行遠程監(jiān)測，其可聯(lián)動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量。

關鍵詞：配電室；物聯(lián)網(wǎng)；監(jiān)控系統(tǒng)

0、引言

近年來，隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化步伐的不斷加快，城市配電網(wǎng)絡取得令人矚目的發(fā)展成果。配電室處于電力系統(tǒng)的末端，主要為低壓用戶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人管理的室內站設計方案。

長期以來，配電室運維工作一直是城市配電系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)之一。在城市電網(wǎng)中，配電室數(shù)量多、部署分散、管理復雜，通常由工作人員去配電室現(xiàn)場逐個巡視，運維工作量大、效率低、實時性差，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(jiān)測手段，一旦遭遇突發(fā)情況，將危及電氣設備安全穩(wěn)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(shù)據(jù)的巡檢方式，數(shù)據(jù)統(tǒng)計和錄入費時費力，易出現(xiàn)疏漏等嚴重影響運檢質量的情況。

隨著城市配電網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大以及供電質量和服務可靠性要求的提高，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(zhàn)。基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用的物聯(lián)網(wǎng)感知技術對配電室進行遠程集中監(jiān)控，不但將運維人員從繁重的工作中解放出來，而且大大提升了運維效率。

1、整體方案

針對城市配電網(wǎng)絡運行的復雜性，智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過整合電力設備及環(huán)境狀態(tài)信息，可以實現(xiàn)配電室運行狀態(tài)的自動遠程實時監(jiān)測和智能預警，并可聯(lián)動或遠程控制輔助設備啟停。智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)由感知層、網(wǎng)絡層、平臺層和應用層四個部分組成，如圖1所示。

圖1整體方案

感知層是整個系統(tǒng)的基礎，是聯(lián)系物理世界和信息世界的重要紐帶，系統(tǒng)采用的感知技術實現(xiàn)配電室的電力設備信息、運行環(huán)境信息、安防信息等數(shù)據(jù)的實時采集。

網(wǎng)絡層通過低功耗物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)配電室相關監(jiān)測終端設備的泛在連接，實現(xiàn)配電室監(jiān)測終端組網(wǎng)感知功能并通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關將感知層數(shù)據(jù)上傳至平臺層。監(jiān)測終端設備具有數(shù)量多、位置部署分散、信息安全級別低等特點。

平臺層是整個監(jiān)測系統(tǒng)的中樞，可以實現(xiàn)海量配電室狀態(tài)監(jiān)測終端的物聯(lián)管理，實現(xiàn)各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲和管理，通過大數(shù)據(jù)分析技術深度挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)價值，提高平臺層的業(yè)務支撐能力。

應用層主要實現(xiàn)配電室電力設備狀態(tài)信息展示、參數(shù)配置、數(shù)據(jù)查詢和輔助設備控制等功能，采用人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術實現(xiàn)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)絡中配電室智能化運維水平。

2、配電室在線監(jiān)測設備

配電網(wǎng)絡作為城市電能輸送的重要通道，是連接電網(wǎng)與用戶的關鍵環(huán)節(jié)，規(guī)模龐大的供電網(wǎng)絡對配電室安全運行、事故預防亦提出更高要求。配電室電力設備運行過程中，電氣設備故障的主要原因有電氣設備本體質量缺陷、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，實現(xiàn)對電力設備及運行環(huán)境的主要狀態(tài)參數(shù)的在線實時監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一由就近部署的無線網(wǎng)關上傳至后臺服務器。

無線網(wǎng)關由微處理器模塊、無線通信模塊、數(shù)據(jù)回傳模塊、對時模塊和電源模塊等組成，主要負責各個監(jiān)測終端的身份識別和數(shù)據(jù)收集，并將數(shù)據(jù)進行規(guī)約轉換后發(fā)送至主站監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)電氣設備運行狀態(tài)信息、環(huán)境信息、安防信息等實時監(jiān)測和自動報警，從而完成配電室遠程智能巡檢。

3、配電室聯(lián)動和遠程控制設備

配電室會發(fā)生用電超負荷過熱引發(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(tǒng)供電的可靠性。配電室需要安裝空調、風機、水泵、除濕機和聲光報警器等輔助設備，一旦遇到突發(fā)情況，就可以聯(lián)動和遠程控制輔助設備。無線網(wǎng)關需要接收主站監(jiān)控系統(tǒng)的命令，也可以替代運維人員快速聯(lián)動輔助設備，當發(fā)生告警信息時，其可以智能聯(lián)動相關輔助設備，及時處理突發(fā)事件，有效防止事故進一步升級惡化。輔助設備聯(lián)動控制策略如圖2所示。

圖2輔助設備聯(lián)動控制策略

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完成電氣設備的信息固化，包括設備名稱、生產信息、運維記錄和歷

史維護信息等。其通過建立完整的設備臺賬，融合所有關聯(lián)信息，智能動態(tài)跟蹤設備狀態(tài)，實現(xiàn)全生命周期管理。

電子信息標識器是基于射頻識別（RFID）技術開發(fā)的，內部是一個無源電路，外殼采用防腐蝕、防水、耐擠壓材料，通過扎帶固定在識別對象上實現(xiàn)現(xiàn)場信息固化和定位。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、讀寫速度快。不同的電子信息標識器適用于不同的應用場景，很大地滿足了配網(wǎng)復雜的應用場景。

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入閱讀器發(fā)射的射頻場后，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)設備相關信息。由于RFID技術具備穿透性，所以閱讀器可實現(xiàn)對電子信息標識器的穿透讀取。閱讀器可采用移動智能巡檢終端或者帶有NFC（Near Field Communication）近場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(jiān)控系統(tǒng)

智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)選用B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務器）模式架構開發(fā)，用戶在客戶端通過瀏覽器向B/S服務器端發(fā)出訪問請求，其通過用戶權限控制和管理實現(xiàn)多用戶的靈活訪問；B/S架構將開發(fā)、維護和升級等核心工作都集中在服務器端，簡化了客戶端的工作量，提高了系統(tǒng)使用和維護的便利性。

智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化的設計思路，主要包括GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）信息管理模塊、狀態(tài)評價管理模塊、設備缺陷管理模塊和智能運維管理模塊等，系統(tǒng)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(shù)信息、輔助設備信息和安防信息等，實現(xiàn)對配電室電力設備的統(tǒng)一管理，免去運維人員繁重的現(xiàn)場運維工作，運維人員在監(jiān)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，也可以通過手機等移動終端實時了解配電室運行情況，同時通過實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)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(wěn)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(jiān)控系統(tǒng)

6.1概述

配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括智能監(jiān)控系統(tǒng)屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（云臺球機、槍機）、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統(tǒng)（燈光、空調、除濕機、風機、水泵）、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監(jiān)控子系統(tǒng)（雙鑒檢測器）。

6.2應用場所

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

6.3系統(tǒng)結構

6.4系統(tǒng)功能

6.4.1實時監(jiān)測

能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，實時顯示有關故障、告警等信息。

6.4.2數(shù)據(jù)查詢

在人機界面中，可以直接查看配電室中各個設備的運行數(shù)據(jù)。

6.4.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

6.4.4運行報表

查詢配電室內設備的運行數(shù)據(jù)報表。

6.4.5實時告警

具有實時告警功能，系統(tǒng)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

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(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。

6.4.7用戶權限管理

設置了用戶權限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。

6.4.8網(wǎng)絡拓撲圖

支持實時監(jiān)視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構。

6.4.9遙控功能

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的設備進行遠程遙控操作。

6.5系統(tǒng)硬件配置

7、結語

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術為依托，綜合運用大數(shù)據(jù)技術、傳感技術等技術，建立了完整的配電室信息化管理系統(tǒng)，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)自動化建設及運維問題探討［J］.電工技術，2018（23）：78-79.

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

3. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.