基于智能巡檢的配網狀態管理系統設計與應用研究

劉姣紅　王志勇

摘 要：為提供配電站室的巡檢效率，提高站室環境、設備狀態信息的掌控能力，文章提出了依托配電自動化系統搭建配網運維管理平臺，在站控層基于智能傳感技術、嵌入式處理技術，實現配網設備的自動監控、在線監測、自我診斷、狀態預警等智能化功能，達到降低配網運維和改造成本，提前發現故障發生風險，大幅提高供電安全及可靠性。文章主要介紹了系統架構和功能實現方式，對配電站室的移動運維管理提出了一些建議。

關鍵詞：配電自動化；智能巡檢；狀態管理；運維

中圖分類號：TM76 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）36-0001-04

前言

目前，電力公司缺乏配電設備在線監測分析系統，傳統配電設備的健康狀態及運行環境主要以定期巡視和計劃檢修預試等離線測試方式進行，無法實時獲取設備和環境的狀態信息。隨著配電自動化系統建設的深入，對于配電自動化系統的定位也由傳統的調控應用拓展為配網調控和配電設備管控雙方面，對于配電設備管控方面，主要滿足新技術推廣應用的現狀及智能配電網安全運行的要求，提升配電設備狀態管控能力，提高配電運維效率。基于智能巡檢的配網狀態管理系統的研究與實踐，主要通過配網運維管控平臺實現對開閉站的綜合狀態管理，實現運行設備在線監測與智能分析的功能。

1 系統架構

基于智能巡檢的配網狀態管理包括對配電網綜合環境和配電網設備狀態的實時監測、危險預警、異常告警以及智能互動，系統的整體架構由系統層、主控層和感知層三層架構組成。其中，配網運維管控平臺為系統層，實時調取和展示由信息數據處理系統收集并處理的配網監測數據，實現配電網整體運行狀態的遠程監控、危險預警和異常告警。主控層由智能主控終端構成，負責對配電網環境及設備狀態信息處理、分析，并且實現傳感設備、控制器之間的智能互聯。感知層由配電網設備及環境狀態監測傳感器組成，負責配電網狀態信息采集并且通過標準協議傳輸給智能主控終端。系統的結構如圖1所示。

2 系統的通信網絡

智能化配電網實時監測系統的通信網絡貫穿于系統感知層、主控層和系統層，主控層至系統層采用EPON或工業以太網光纖網絡進行傳輸，主控層與感知層之間的通信充分采用短距離無線、電力載波、TCP/IP協議、RS485/MODBUS等通信方式，減少二次復雜接線，提高通信組網效率。

2.1 感知層通訊方式

感知層的傳感器設備依據監測的功能分為五類，分別為站室環境監控類傳感器、電纜及通道監控類傳感器、10kV設備監控類傳感器、直流電壓屏監控類傳感器、0.4kV設備監控類傳感器，各類型的傳感器采用適合站室改造和安裝施工要求的通信方式，實現與智能主控終端的通訊。

（1）站室環境監控類通訊方式

站室環境監控類信息接入智能主控終端的站室環境組件，其中站室溫度、站室濕度、SF6/O2煙感、門禁、門禁控制等可采用RS485總線方式；水浸、煙感、火災告警控制等可直接接入開關量；視頻可采用TCP/IP網絡協議接入。通信方式如圖2所示。

（2）電纜及通道監控類通訊方式

電纜及通道監控類信息可由各類傳感器采集，通過電力載波的方式上送至電纜及通道信息采集器，采集器進行信息解碼后，通過RS485總線方式上送至智能主控終端電纜及通道組件。通信方式如圖3所示。

（3）10kV設備監控類通訊方式

電纜頭、母線溫度由無源溫度傳感器采集，通過433MHz無線通信實現傳感器與無線集中器的通信，無線集中器通過RS485總線方式實現與智能主控終端中的10kV設備組件信息通訊；開關特性和開關局放的裝置均采用RS485總線方式實現與智能主控終端中的10kV設備組件信息通訊。通信方式如圖4所示。

（4）0.4kV設備監控類通訊方式

低壓電纜頭、分支箱電壓、電流、母線溫度由無源溫度傳感器采集，通過433MHz無線通信實現傳感器與無線集中器的通信；低壓開關柜電壓、電流、開關位置由三相多功能儀表采集，無線集中器、三相多功能儀表、干變智能溫控器、風機控制器等設備均通過采用RS485總線方式實現與智能主控終端中的10kV設備組件信息通訊，通信方式如圖5所示。

（5）直流電源屏監控通訊方式

直流電源屏的直流母線電壓、蓄電池電壓、充電電流的測量是通過智能主控終端采用RS485總線或MODBUS協議從直流綜測儀中直接讀取。

2.2 主控層終端通訊方式

（1）主控層與過程層通訊交互

過程層傳感類設備分為五類接入智能主控終端對應組件中，智能主控終端每塊組件有多個網絡和串口，并且直接MODBUS、DL/T 645、CDT、IEC-60870-101/104等多種協議。

（2）主控層與系統層通訊交互

智能主控終端通過光纖網絡實現與主站數據的交互，通信規約采用104規約。智能主控終端將傳感器匯集傳感器數據后，進行處理、分析，然后將結果數據通過IEC104規約上傳至配電自動化系統主站前置，再由配電自動化系統的配網運維管控模塊處理。智能主控終端與主站數據交互內容包括時鐘對時、遙測、告警遙信等，以文件形式交互開關特性、局放錄波數據等，支持事件主動上送和主站召喚時上送。

3 智能主控終端架構及功能

3.1 智能主控終端架構

智能主控終端硬件可采用高性能的32位MPU數據處理平臺，具備可靠性高、集成度高、實時性好、穩定性強等特點；結構上采用模塊化設計理念，可擴展，維護方便。

智能主控終端由六大類組件組成，分別為站室環境組件、電纜及通道組件、10kV設備組件、0.4kV設備組件、直流屏組件和核心單元組件。核心單元組件負責數據的處理、分析、儲存、與主站數據傳輸并且實現智能聯動功能；傳感器接入類組件具有豐富的接口，支持多種通信規約，滿足各類傳感器裝置的直接接入。具體的功能軟件架構如圖6所示。endprint

（1）通訊處理功能

通訊處理功能包括主站互動模塊和傳感器信息交互模塊，其中主站互動模塊負責智能主控終端與主站的信息交互，實現信息的遠傳和遙控功能。傳感器信息交互模塊負責智能主控終端與傳感器、主站之間的通信規約實現。通訊規約包含支持多種標準協議，包含DL/T 645、CDT、IEC-60870-101/104等。

（2）數據分析、處理功能

對數據進行處理分析，對接近閥值和超越閥值的檢測量進行預警和告警并且實現與風機控制器、攝像頭、水泵的智能聯動。

（3）數據存儲功能

對相關的測量數據、告警數據、及文件數據進行本地存儲。

3.2 智能主控終端主要功能

（1）通信功能

具備RS485、RS232、RJ45等種類豐富的接口，通訊規約支持多種標準協議，包含DL/T 645、CDT、IEC-60870-101/104。

（2）告警功能

智能主控終端根據信息類別進行分析，并且異常時分類告警，告警信號如表1所示。

表1 告警信號分類表

（3）智能聯動功能

智能主控終端根據傳感器數據分析以及告警信息實現與視頻、風機控制器、水泵控制器之間的智能聯動，智能互動功能分類如表2所示。

表2 智能互動功能分類表

（4）門禁管理

門禁二維碼信息的讀取和識別，實現運維人員進入配電站室的工作許可管理，防止和報警無關人員的非許可進入，加強配電站室的安全管控。

（5）數據本地記錄功能

具備動態數據本地可靠存儲，數據循環存儲，滿足裝置（服務器）停電數據不丟失、數據存儲過程只循環改寫不支持外部改寫及刪除功能。

4 配網運維管理系統組成及功能

4.1 配網運維管理系統組成

配網運維管理平臺分別由三個子系統構成，分別為配網運維管理系統、信息數據分析處理系統和移動作業指揮平臺（移動作業APP）（如圖7）。

配網運維管理系統負責配網設備監測數據與異常告警信號的統計展示，所有監測數據與信號由信息數據分析處理系統進行上傳。配網運維管理系統同時聯動移動作業指揮平臺，可對運維人員進行工作指派及下發。信息數據分析處理系統為后臺數據平臺。該平臺負責對所有配網設備監測數據進行收集，將實時處理數據上傳至配網運維管理系統；該系統可存儲站內主控系統上傳的各類傳感器數據，根據業務要求對數據進行過濾、計算分析，如計算出站室的溫度、濕度已超出規定范圍的數據。移動作業指揮平臺負責接收配網運維管理系統的工作任務管理，對運維人員進行工作計劃和工作內容的派送。

4.2 配網運維管理系統功能

4.2.1 站端狀態實時監視

（1）基于地理背景的站端監視。基于地理背景基礎上的站端監視，實時監視全部站端設備的運行狀態，通過畫面、音響等多種報警手段，提供站端設備運行狀態異常信息的實時告警；為檢修人員進行快速地理位置定位，預判站端設備故障及異常處理方法，提高檢修人員的響應能力及決策能力。（2）設備監測。通過采集配電室高低壓設備信息，實現對配電室設備電壓、電流、電量、開關位置、變壓器負荷、功率因數等信息實時監視。（3）狀態監視。通過對配電室高低壓設備電壓、電流、電量、開關位置、變壓器負荷、功率因數等信息實時監視，對配電室高低壓設備的運行狀態進行實時監視，包括設備狀態信息變化及異常信息告警提示等。

4.2.2 配電站室門禁和視頻管理

（1）門禁監視。采用基于二維碼識別的門禁系統對配電站室人員進出情況進行管理，并輔以視頻監控對人員進出實現二次監測，確保站室的安全運行。配網運維管控平臺及站內主控終端對每一次門禁開閉形成記錄，保證配電站室進出人員情況有據可查。（2）視頻監視。通過攝像頭或與視頻監控系統聯動，實現對站室場地、設備實時視頻監視。輔助門禁監視對人員進出實現二次監測。

4.2.3 智能告警分析

智能告警分析實現告警信息在線綜合處理、顯示與推理，支持匯集和處理各類告警信息，對大量告警信息進行分類管理和綜合/壓縮，采用形象直觀的方式提供全面綜合的告警提示，以及具備入侵告警等防護功能。出現異常，系統支持在列表內進行拓撲著色、閃爍，以提醒工作人員主動檢修。

4.2.4 設備臺賬管理

（1）自定義設備臺帳管理。根據實際需求，自定義設計設備臺帳結構，支持設備臺賬自維護。（2）支持設備臺帳導入。支持與其他已有系統交互導入設備臺賬，例如PMS、GIS、配電自動化系統等。（3）設備臺帳查詢統計。根據設備臺帳字段值組合成查詢條件，最后根據組合條件查詢設備。（4）巡視人員臺賬信息。支持巡視人員信息的臺賬導入與錄入，支撐巡視人員進入門禁系統的安全登記。

4.2.5 信息交互

按照電力行業統一信息標準，與PMS2.0系統、用電信息采集等應用系統之間的信息集成和業務應用必須依據“源端唯一、全局共享”原則，“配網運維管控平臺”功能實現所需基礎、圖形、模型、電子地圖數據，通過“數據中心”進行信息交互實現；圖形宜采用SVG、CIM-G格，實時數據交互應采用CIM-E格式，模型交互應采用IEC61970/61968標準。

4.2.6 移動作業終端應用APP

通過基于無線公網通信的智能巡檢儀（PDA移動終端）應用，實現巡視人員與指揮中心互動應用。通過巡視作業終端應用APP，實現巡視工單處理、處缺的工單處理等移動作業應用，支持檢修人員PDA接收巡視工單，工單查詢，工單填報等功能，實現代維作業電子化、規范化管理。

5 結束語

基于智能巡檢的配網狀態管理系統，旨在充分利用智能感知，移動互聯等先進技術實現配電站室環境和設備狀態信息的在線獲取，風險分析和精準巡檢，降低因配電站室大量投運需要增加的運維人員的勞動強度。本文提出了充分利用智能傳感器技術、結合配電站室實際情況提出了短距離無線、RS485總線等多種通信互聯方式，實現智能感知和運維管理之間的數據通信，通過配電運維管控平臺，實現自動監控、在線監測、自我診斷、狀態預警等智能化功能，及時發現和處理設備運行中出現的異常、缺陷和其他安全隱患，結合移動作業技術實現配電運行管理工作的規范化、標準化、精細化，保證設備和電網的安全、可靠、穩定運行。

參考文獻：

[1]劉衛華.智能巡檢系統的設計與實現[D].西南交通大學，2005.

[2]賴奎，等.輸電線路智能巡檢系統的設計研究[J].廣東電力，2016，29（7）：105-110.

[3]鄭偉彥，宋金根，等.配電自動化遙控視頻聯動及智能巡檢關鍵技術研究[J].浙江電力，2017，36（6）：34-38.

[4]姜建.智能開閉所綜合監控系統的研究[D].華北電力大學（保定）， 2012.

[5]李互剛，周建寧.配網設備狀態檢修管理策略探討[J].科技創新與應用，2015（33）：187.endprint