居住區配電系統一體化智能信息監控平臺研究

熊政+尹飛+劉忠

摘要本文研究的居住區配電系統一體化智能信息監控平臺，采集與監控小區變的實時運行數據，實現主輔設備、視頻、消防、安防、門禁、環境等信息監控功能于一體，對采集的信息量、采集的頻率進行篩選、分析，對出現的各類問題自動報警，提高無人值守小區變規范管理與設備經濟安全運行水平，提高居住區的供電可靠性。系統具有一體化、實時化、智能化、規范化的特點，克服了傳統小區變運行狀態無法監控，配電設備故障停電時定位困難，故障排除時間較長，客戶服務質量不高的缺點。

關鍵詞居住區；配電系統；一體化；信息監控

中圖分類號：TM734 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0024-03

目前居住區配電系統建設標準已經統一，典型設計已經推廣應用，居住區配電房（簡稱小區變）全部是按無人值班設計[1]。但對小區變的監控系統和輔助系統沒有統一的規范。因此在小區變的建設過程中對輔助系統是否建設和建哪些的問題，意見不統一。為今后小區變的運行管理埋下了隱患。同時也無法適應今后智能電網的發展需要，會造成重復浪費。

目前供電公司配電部門運行的小區變數量較之35千伏以上變電站數量更多，而配電運行人員無論是人員數量還是技術水平都無法與變電運行人員相比；小區變的運行管理水平較低，直接影響著居民區的可靠供電、用戶的安全等問題。

由于居住區配電設備的運行狀態無法監控，當配電設備故障停電的時候，只有用戶報故障后才能安排配電檢修人員到現場查找故障點并排除故障，這個處理過程時間長，客戶服務質量不高，是小區變運行維護部門面臨的問題；如果能在設備故障停電發生時立即將告警信息發送到運維中心就可以大大加快故障處理的過程，降低故障造成的經濟損失。

對小區變設備運行的狀況沒有統一監測，只有定期巡檢來確定設備狀況。運行環境情況沒有監測，出現故障或隱患時不能及時發現并排除，將可能造成更大的損失。小區變全部無人值守，外人侵入造成故障或事故的情況也時有發生。

要管理好小區變運行，迫切需要研究并建設一套符合現代化管理的小區變智能監控系統。移植優化無人值班變電站的各類監控和輔助系統標準規范，建設簡單、可靠、智能化的居住區配電系統集成監控裝置，是一種行之有效地解決辦法[2,3]。

1居住區配電系統一體化智能信息監控平臺

居住區配電系統一體化智能信息監控平臺，采集與監控小區變的實時運行數據，實現主輔設備、視頻、消防、安防、門禁、環境等信息監控功能于一體。該系統總體結構如圖1。

系統由三部分組成：小區變監控設備層、通訊信道層、監控平臺層。

1）小區變監控設備層是數據的源頭，負責采集現場設備的各類信息并上送至監控平臺，同時接收并執行平臺的各項控制指令。小區變監控設備包括一體化智能監控終端、門禁控制器、視頻服務器，通過這三臺設備接入小區變內主輔設備、視頻、消防、安防、門禁、環境等所有監控信號。

2）通訊信道層采用光纖網絡連接電力信息網管理信息大區，光纖鏈路由就近變電站引出先到居住區的主小區變，再分配至小區內其他小區變。居民小區內單獨組網，小區變內設備的IP不直接暴露在電力光纖網中，主小區變配置防火墻進行訪問控制，增強小區變站端網絡安全。

3）監控平臺層主要實現數據采集、通訊控制、智能分析、數據存儲、人機交互等功能，監控平臺分為后臺采集通訊與數據分析部分和前臺業務應用部分。后臺采集通訊部分主要實現視頻、門禁、SCADA、安防等設備的數據采集、指令下發與數據分析，為系統提供數據與通訊支撐，軟件采用JAVA語言開發，構架為C/S方式；前臺業務應用部分提供人機交互界面，采用Web+Flax技術開發。監控平臺采用地市集中的部署方式，可實現全地市小區變運行設備的信息數據采集與監控。

系統監控平臺對外接口包括：

①與配電自動化系統接口：通過信息交互總線進行數據共享。

②與生產管理系統（power production management system， PMS）系統接口：從PMS系統同步配電網模型以及接線圖等信息。

③與用電信息采集系統接口：利用系統監控平臺深入居住區的光纖網絡為用電信息采集系統提供透明的網絡通道用于居民用電信息采集通訊。

2小區變站端設計

2.1 站端監控設備組成

為了全面監控小區變內各類信息，需要在小區變內安裝保護測控裝置、DTU、溫濕度傳感器、紅外三鑒、遠程燈控、煙霧感應器、聲光報警器、SF6探測器、變壓器測溫、空調遠控、門禁、視頻等監控設備，實現小區變主輔設備、安防、門禁、環境一體化信息監控。小區變站端結構如圖2。

圖2小區變站端結構

2.2 站端監控信號分層分類上傳

1）監控信號分類。

表1監控信號分類

電網設備 變壓器 變壓器油溫，低壓側電電壓，高低壓側電壓

電容器 無功電流， 無功功率

開關 三相電流，有功、無功功率，

功率因數，開關狀態

采集設備 智能監控終端 通訊狀態，運行狀態

保護測控裝置 遙控記錄

視頻監控 視頻攝像機 視頻監視，攝像頭控制

視頻服務器 圖像數據傳輸，歷史圖像

門禁設備 門禁控制器 開門記錄，門禁卡權限，

控制器狀態，布撤防信號

安防設備 溫濕度傳感器 環境溫度值，環境濕度值

紅外三鑒 紅外報警信號

煙感報警器 煙感報警信號

燈光控制器 LED燈信號，遠程遙控

空調控制器 空調開關控制，模式控制，溫度調節

圖3站端監控信號分層處理與上傳機制

2）監控信號分層處理與上傳。

小區變的各類監控信號數據量較大，為了減少上傳數據量，提高數據處理的有效性，系統數據采用分層處理分層上傳的設計思路，研發了小區變一體化智能監控終端，采用IEC61850標準，實現除門禁、視頻以外所有信號的采集、預處理、分層上傳、數據暫存、指令執行等功能。信號分層處理與上傳機制主要有：遙測信號超過變化率或越限進行上傳、遙信信號變位上傳、門禁有開關動作上傳、視頻圖像存儲在本地相應用戶調閱。信號分層處理與上傳機制見圖3。

3監控平臺設計

監控平臺分為三部分：采集控制子系統、智能分子系統、Web業務應用子系統，如圖4。

圖4監控平臺軟件結構圖

3.1 采集控制子系統

采集控制子系統的功能是采集各類數據和下發控制指令，包括SCADA、視頻、門禁三大類數據與指令。SCADA為主要軟件模塊，采集數據的種類多、數量大，不僅包括傳統的電網主設備電氣信號，還包括輔助設備、環境、消防、安防等各類信號。因此在設計時采用采集集群結構，可積木式擴展采集通訊能力，同時站端智能終端進行數據分層預處理，有效減少數據傳輸量，使整個系統可適應一個地市萬座規模小區變的采集監控接入。

3.2 智能分析子系統

智能分析子系統的功能是對采集的各類數據進行分析、判斷，并根據分析結果進行告警推送與控制相關設備聯動。智能分析就像整個系統的大腦，感知到小區變的運行情況、設備的運行狀態，實現在設備可能故障前發出預警（比如變壓器或線路負荷過高、變壓器油溫過高、小區變室內環境異常等），在設備故障后及時分析定位故障，通過實時和歷史數據的分析，減少故障處理時間。智能分析子系統還可以根據告警信息和分析結果自動聯動控制現場視頻錄像、燈光、空調、報警等設備按需工作。

endprint

3.3 Web業務應用子系統

Web業務應用子系統的功能是提供人機交互功能，用戶所有業務應用功能均通過Web頁面方式提供，并且通過Flex技術增強用戶體驗，使頁面功能強大且使用便捷。下面介紹兩個較有特點的功能。

1）Web-SCADA。Web-SCADA功能包括一次接線圖繪制工具和電網運行信息實時監控頁面。一次接線圖繪制工具可以通過拖拽方式便捷的繪制圖形，并在圖形上定義動態測點；展示頁面實現電網設備測點數據在一次接線圖上的實時展示，并且可以在圖形上點擊相關元件進行控制操作。見圖5。

圖5Web-SCADA

2）基于Flex的小區變3D全景展示。研發了基于Flash 3D引擎Alternative 3D的可維護小區變3D建模技術[4]，可以自定義繪制二維房屋平面圖，通過算法自動轉換為三維場景，通過拖拽系統提供的豐富設備元件，建立小區變運行環境全景模型。小區變3D全景展示頁面可以直觀實時的監控現場運行信息，增強易用性。

圖6小區變3D全景展示

4本系統的特點

本系統可以對小區變進行全方位的信息實時采集與監控，具有如下特點。

1）一體化。針對小區變較變電站規模小但設備種類繁多的特點，建設統一的一體化監控系統，避免了分立建設多套小監控系統，減少建設成本與運維費用，提高管理效率，為小區變運行管理方式的轉變提供技術支持。

2）實時化。利用電力光纖網絡實時監控小區變運行狀況，及時發現故障隱患，及時修復，提高安全生產保障能力。提高供電可靠性。

3）智能化。小區變各類信息自動分層分類專家分析，分等級多手段自動告警，支持設備自動聯動控制，支持設備從定期巡檢向自動巡檢、狀態檢修過渡，減少人工工作量，提高供電可靠性。

4）規范化。提出了小區變監控管理標準，規范小區變內各類監控設備配置標準、設備通訊規約以及運行監控管理方法。

5結語及展望

本文居住區配電系統一體化智能信息監控平臺，較好地解決了居住區配電設備的運行狀態無法監控的生產難題，具有較強的實用性，并且一體化建設減少了投資與運維費用，提高了小區變配電設備安全運行水平，提高了居住區的供電可靠性。本系統可進一步研究智能分析功能，可以更好的分析設備運行情況，最大限度的把故障隱患控制在萌芽狀態。

參考文獻

[1]何永秀，李艷，李德智，等.中國新建小區配電網建設投資機制[J].中國電力，2008，41（9）：1-5.

[2]沈祥，祝項英，金乃正，等.無人值班變電站遠方監控系統的設計和應用[J].電力系統自動化，2004，28（2）：89-90.

[3]趙家慶．220 kV無人值班變電站遠方監控系統建設[J].電力系統自動化，2003，27（8）：78-80.

[4]翟學鋒，劉忠，丁冬定，等.基于Flex的居住區配電房可維護全景3D建模方法：中國，CN201210235832.2[P].2012-12-5.

endprint

3.3 Web業務應用子系統

Web業務應用子系統的功能是提供人機交互功能，用戶所有業務應用功能均通過Web頁面方式提供，并且通過Flex技術增強用戶體驗，使頁面功能強大且使用便捷。下面介紹兩個較有特點的功能。

1）Web-SCADA。Web-SCADA功能包括一次接線圖繪制工具和電網運行信息實時監控頁面。一次接線圖繪制工具可以通過拖拽方式便捷的繪制圖形，并在圖形上定義動態測點；展示頁面實現電網設備測點數據在一次接線圖上的實時展示，并且可以在圖形上點擊相關元件進行控制操作。見圖5。

圖5Web-SCADA

2）基于Flex的小區變3D全景展示。研發了基于Flash 3D引擎Alternative 3D的可維護小區變3D建模技術[4]，可以自定義繪制二維房屋平面圖，通過算法自動轉換為三維場景，通過拖拽系統提供的豐富設備元件，建立小區變運行環境全景模型。小區變3D全景展示頁面可以直觀實時的監控現場運行信息，增強易用性。

圖6小區變3D全景展示

4本系統的特點

本系統可以對小區變進行全方位的信息實時采集與監控，具有如下特點。

1）一體化。針對小區變較變電站規模小但設備種類繁多的特點，建設統一的一體化監控系統，避免了分立建設多套小監控系統，減少建設成本與運維費用，提高管理效率，為小區變運行管理方式的轉變提供技術支持。

2）實時化。利用電力光纖網絡實時監控小區變運行狀況，及時發現故障隱患，及時修復，提高安全生產保障能力。提高供電可靠性。

3）智能化。小區變各類信息自動分層分類專家分析，分等級多手段自動告警，支持設備自動聯動控制，支持設備從定期巡檢向自動巡檢、狀態檢修過渡，減少人工工作量，提高供電可靠性。

4）規范化。提出了小區變監控管理標準，規范小區變內各類監控設備配置標準、設備通訊規約以及運行監控管理方法。

5結語及展望

本文居住區配電系統一體化智能信息監控平臺，較好地解決了居住區配電設備的運行狀態無法監控的生產難題，具有較強的實用性，并且一體化建設減少了投資與運維費用，提高了小區變配電設備安全運行水平，提高了居住區的供電可靠性。本系統可進一步研究智能分析功能，可以更好的分析設備運行情況，最大限度的把故障隱患控制在萌芽狀態。

參考文獻

[1]何永秀，李艷，李德智，等.中國新建小區配電網建設投資機制[J].中國電力，2008，41（9）：1-5.

[2]沈祥，祝項英，金乃正，等.無人值班變電站遠方監控系統的設計和應用[J].電力系統自動化，2004，28（2）：89-90.

[3]趙家慶．220 kV無人值班變電站遠方監控系統建設[J].電力系統自動化，2003，27（8）：78-80.

[4]翟學鋒，劉忠，丁冬定，等.基于Flex的居住區配電房可維護全景3D建模方法：中國，CN201210235832.2[P].2012-12-5.

endprint

3.3 Web業務應用子系統

Web業務應用子系統的功能是提供人機交互功能，用戶所有業務應用功能均通過Web頁面方式提供，并且通過Flex技術增強用戶體驗，使頁面功能強大且使用便捷。下面介紹兩個較有特點的功能。

1）Web-SCADA。Web-SCADA功能包括一次接線圖繪制工具和電網運行信息實時監控頁面。一次接線圖繪制工具可以通過拖拽方式便捷的繪制圖形，并在圖形上定義動態測點；展示頁面實現電網設備測點數據在一次接線圖上的實時展示，并且可以在圖形上點擊相關元件進行控制操作。見圖5。

圖5Web-SCADA

2）基于Flex的小區變3D全景展示。研發了基于Flash 3D引擎Alternative 3D的可維護小區變3D建模技術[4]，可以自定義繪制二維房屋平面圖，通過算法自動轉換為三維場景，通過拖拽系統提供的豐富設備元件，建立小區變運行環境全景模型。小區變3D全景展示頁面可以直觀實時的監控現場運行信息，增強易用性。

圖6小區變3D全景展示

4本系統的特點

本系統可以對小區變進行全方位的信息實時采集與監控，具有如下特點。

1）一體化。針對小區變較變電站規模小但設備種類繁多的特點，建設統一的一體化監控系統，避免了分立建設多套小監控系統，減少建設成本與運維費用，提高管理效率，為小區變運行管理方式的轉變提供技術支持。

2）實時化。利用電力光纖網絡實時監控小區變運行狀況，及時發現故障隱患，及時修復，提高安全生產保障能力。提高供電可靠性。

3）智能化。小區變各類信息自動分層分類專家分析，分等級多手段自動告警，支持設備自動聯動控制，支持設備從定期巡檢向自動巡檢、狀態檢修過渡，減少人工工作量，提高供電可靠性。

4）規范化。提出了小區變監控管理標準，規范小區變內各類監控設備配置標準、設備通訊規約以及運行監控管理方法。

5結語及展望

本文居住區配電系統一體化智能信息監控平臺，較好地解決了居住區配電設備的運行狀態無法監控的生產難題，具有較強的實用性，并且一體化建設減少了投資與運維費用，提高了小區變配電設備安全運行水平，提高了居住區的供電可靠性。本系統可進一步研究智能分析功能，可以更好的分析設備運行情況，最大限度的把故障隱患控制在萌芽狀態。

參考文獻

[1]何永秀，李艷，李德智，等.中國新建小區配電網建設投資機制[J].中國電力，2008，41（9）：1-5.

[2]沈祥，祝項英，金乃正，等.無人值班變電站遠方監控系統的設計和應用[J].電力系統自動化，2004，28（2）：89-90.

[3]趙家慶．220 kV無人值班變電站遠方監控系統建設[J].電力系統自動化，2003，27（8）：78-80.

[4]翟學鋒，劉忠，丁冬定，等.基于Flex的居住區配電房可維護全景3D建模方法：中國，CN201210235832.2[P].2012-12-5.

endprint