智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)研究

宋光華

（廣州市電力工程設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510220）

1 廣州地區(qū)配電房管理現(xiàn)狀分析

廣州地區(qū)天氣濕熱、炎熱、潮濕、梅雨等極端環(huán)境現(xiàn)象頻繁，而配電房遍布市區(qū)，設(shè)備管理人員往往不能及時全面對設(shè)備所處環(huán)境進(jìn)行人為干預(yù)調(diào)控。由于人為干預(yù)的失敗，導(dǎo)致設(shè)備可能運(yùn)行在高溫、潮濕、揚(yáng)塵等惡劣環(huán)境下，嚴(yán)重威脅設(shè)備的安全運(yùn)行，這是配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的不安定因素。據(jù)統(tǒng)計，廣州供電局配電網(wǎng)2016年共發(fā)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(huán)境因素引起的跳閘事故有33起，占比5.8%。

配電房環(huán)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(huán)境因素引起的事故中占比最大，而高壓開關(guān)柜發(fā)生局放的元器件主要為電纜終端頭?？梢?，配電設(shè)備在不符合設(shè)備工作條件的環(huán)境下運(yùn)行，成為配電網(wǎng)的一個安全隱患。此外，由于配電房數(shù)量眾多，且在地域上分布非常分散和廣泛，導(dǎo)致對配電房的巡檢工作量急劇增加。在目前運(yùn)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(fā)智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)顯得十分必要和迫切。該系統(tǒng)能讓運(yùn)維人員足不出戶全景掌握配電房的狀態(tài)，減少巡檢次數(shù)，降低日常維護(hù)的人員、車輛以及物資等維護(hù)成本，挖掘配電房狀態(tài)數(shù)據(jù)中的價值，提高配電房運(yùn)維管理水平[1]。

2 智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)的總體要求

智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備對環(huán)境、安防、電氣設(shè)備狀態(tài)等信息的監(jiān)測和控制功能。系統(tǒng)分析各種監(jiān)測及報警數(shù)據(jù)，實(shí)時反映現(xiàn)場運(yùn)行情況，通過聯(lián)動控制保證配電房安全運(yùn)行，防止因環(huán)境改變、非授權(quán)活動、設(shè)備狀態(tài)變化等引起的事故，滿足對配電房遠(yuǎn)程運(yùn)維的可靠調(diào)度。

智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)整體上應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)性、可靠性、可用性、安全性、擴(kuò)展性、先進(jìn)性原則，具備與終端設(shè)備和運(yùn)維平臺的數(shù)據(jù)交換能力；采用開放式體系結(jié)構(gòu)，提供開放式環(huán)境，支持多種硬件平臺，硬件、軟件產(chǎn)品應(yīng)通過行業(yè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)檢測，滿足系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行的要求；應(yīng)靈活配置功能模塊，模塊的增加和修改不應(yīng)影響其它模塊正常運(yùn)行，人機(jī)界面友好，操作與維護(hù)模塊應(yīng)工具化、圖形化；電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定，具有完善的權(quán)限管理機(jī)制和安防響應(yīng)機(jī)制，重要數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)本地和運(yùn)維平臺兩級備份；容量可擴(kuò)充，功能可升級，提供二次開發(fā)接口；選用符合行業(yè)應(yīng)用方向的主流硬件、軟件產(chǎn)品，設(shè)計和架構(gòu)具有前瞻性，可以支持配電網(wǎng)智能運(yùn)維、智慧城市和大數(shù)據(jù)分析的要求。系統(tǒng)構(gòu)架圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架

智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)采用云部署模式，可減少所需硬件設(shè)備，減少運(yùn)維工作量，提高系統(tǒng)應(yīng)用靈活性。本系統(tǒng)主要分四層組成，包括應(yīng)用層、平臺層、通信層和終端層[2]。

應(yīng)用層包括視頻監(jiān)控、現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、統(tǒng)計、APP移動應(yīng)用、遠(yuǎn)程控制、告警管理和運(yùn)維管理等。

平臺層由接口服務(wù)器節(jié)點(diǎn)、采集服務(wù)器節(jié)點(diǎn)、移動應(yīng)用服務(wù)器節(jié)點(diǎn)、應(yīng)用服務(wù)器節(jié)點(diǎn)、流媒體服務(wù)器節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器節(jié)點(diǎn)等組成。

通信層采用光纖通信和無線通信方式，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流通信。在配電房與監(jiān)控室之間敷設(shè)光纖，構(gòu)成光纖主干網(wǎng)絡(luò)。在配電房配置一臺光纖交換機(jī)，將配電房監(jiān)控終端機(jī)接入光纖網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)配電房與系統(tǒng)主站之間的通信。

終端層主要包括各類傳感器、執(zhí)行設(shè)備及監(jiān)控終端機(jī)，實(shí)現(xiàn)站房內(nèi)環(huán)境溫度、濕度、SF6氣體濃度、臭氧濃度、含氧量、煙霧火災(zāi)、水浸、噪聲、振動、防小動物等環(huán)境信息及變壓器、高壓柜、低壓柜的溫度、局放等設(shè)備狀態(tài)采集，并與風(fēng)機(jī)、燈光、視頻、門禁等智能執(zhí)行設(shè)備聯(lián)動控制，實(shí)現(xiàn)配電房遠(yuǎn)程智能化運(yùn)維管理。

3 智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)功能

3.1 實(shí)現(xiàn)對配電設(shè)備的監(jiān)控

通過對變壓器、中壓開關(guān)柜、電纜和低壓柜的溫度、局放等設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行信息采集，并結(jié)合擴(kuò)展設(shè)備實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備預(yù)警聯(lián)動，對配電房設(shè)備進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)控。

3.1.1 溫度監(jiān)測

采用紅外熱成像對變壓器進(jìn)行整體監(jiān)測，采用溫度傳感器對容易發(fā)生溫升故障的高低壓接線樁溫度進(jìn)行在線監(jiān)測，并將變壓器溫控器、冷卻風(fēng)機(jī)狀態(tài)信息接入系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測變壓器運(yùn)行狀態(tài)，掌控變壓器本體及關(guān)鍵點(diǎn)的溫度變化情況，實(shí)現(xiàn)溫度預(yù)警和風(fēng)機(jī)聯(lián)動。采用無線溫度傳感器對油變外殼進(jìn)行監(jiān)測。干變風(fēng)機(jī)監(jiān)控、干變繞組溫度監(jiān)測、干變鐵芯溫度監(jiān)測利用變壓器原有溫控器功能，實(shí)現(xiàn)溫度預(yù)警和風(fēng)機(jī)聯(lián)動。

3.1.2 局放監(jiān)測

能夠準(zhǔn)確在線測量局部放電引起的變壓器中壓電纜頭、開關(guān)柜局放電量，并可以使用標(biāo)準(zhǔn)的局部放電脈沖信號發(fā)生器在線進(jìn)行校準(zhǔn)。具有局部放電分析功能，可以了解局部放電的類型、相位、強(qiáng)度，能夠準(zhǔn)確反映變壓器中壓電纜頭局部放電的嚴(yán)重程度和運(yùn)行狀態(tài)；適用于變壓器中壓電纜頭局部放電的帶電測試，具有很強(qiáng)的抗干擾能力；具備單次和連續(xù)實(shí)時在線檢測、監(jiān)測模式，并能對放電嚴(yán)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(dú)由用戶自行設(shè)置報警警戒值，具有報警值設(shè)置、局放采集相位角設(shè)置等功能；具有檢測數(shù)據(jù)的保存和導(dǎo)出功能；具備自檢功能，自檢通過后有明確的提示標(biāo)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(shè)備應(yīng)有提示。

3.1.3 門狀態(tài)監(jiān)測

利用配電設(shè)備實(shí)現(xiàn)原有電子閉鎖裝置功能。

3.1.4 濕度監(jiān)控

對中壓開關(guān)柜機(jī)構(gòu)室、二次室內(nèi)濕度實(shí)時監(jiān)測，濕度傳感器與濕度信號接收裝置之間數(shù)據(jù)采用無線傳輸方式、

3.2 實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行環(huán)境的監(jiān)控

通過對環(huán)境溫度、濕度、SF6氣體濃度、臭氧濃度、含氧量、煙霧火災(zāi)、水位、粉塵、噪聲、振動防小動物等環(huán)境進(jìn)行信息采集，并結(jié)合擴(kuò)展設(shè)備實(shí)現(xiàn)預(yù)警聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)對配電房運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時在線監(jiān)控。

3.2.1 實(shí)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備臺賬的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽管理

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過掃描配電房設(shè)備的RFID電子標(biāo)識，采集電力設(shè)備各方面信息，包括臺賬、實(shí)驗(yàn)、缺陷等，實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行設(shè)備臺賬的在線信息采集，建立完整的設(shè)備管理檔案?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備全生命周期管理，將設(shè)備狀態(tài)信息與資產(chǎn)管理信息有效整合，實(shí)現(xiàn)對資產(chǎn)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)等過程的智能化動態(tài)實(shí)時跟蹤和集中監(jiān)控，提高資產(chǎn)全生命周期的自動化和智能化。

3.2.2 實(shí)現(xiàn)配電站房的遠(yuǎn)程智能運(yùn)維

利用視頻信息、設(shè)備運(yùn)行信息、設(shè)備臺賬信息、告警信息等，發(fā)現(xiàn)配電站房設(shè)備存在的故障，實(shí)時故障研判、準(zhǔn)確定位、分析故障影響范圍，主動派發(fā)搶修工單和日常巡檢工單，合理調(diào)度搶修資源，高效指揮搶修工作開展和日常巡檢任務(wù)的進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)故障搶修時間最小化，提高故障搶修效率和服務(wù)水平。

遠(yuǎn)程控制視頻可與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)動，根據(jù)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的預(yù)警或報警區(qū)域，查看特點(diǎn)區(qū)域情況，供人工確認(rèn)。當(dāng)某區(qū)域發(fā)生入侵報警時，自動聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并自動將對應(yīng)位置的圖像畫面切換至監(jiān)控屏幕上。對電力設(shè)備的操作和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行拍照和錄像，給運(yùn)維人員判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)正常與否提供佐證[3]。

在配電房中安裝遠(yuǎn)程語音對講系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與主站的雙向語音對講。

3.2.3 滿足綜合管理和競爭性業(yè)務(wù)擴(kuò)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(yīng)該具備數(shù)據(jù)中心、傳輸中心的功能，對智能小區(qū)、分布式電源、充電樁等數(shù)據(jù)輸入、安全運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)預(yù)留接口，使得智能配電房滿足未來物聯(lián)網(wǎng)、智能小區(qū)等綜合管理和競爭性業(yè)務(wù)擴(kuò)展的需求。

4 效益分析

智能配電房的應(yīng)用可以改善設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，防止外界環(huán)境原因造成的設(shè)備損壞，顯著提高電力系統(tǒng)的安全性，降低電力運(yùn)行事故的可能性和人員財產(chǎn)損失，延長開關(guān)柜使用壽命，提高設(shè)備利用率。

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1.1 延長設(shè)備壽命，節(jié)約建設(shè)成本

傳統(tǒng)的配電房巡檢方式在設(shè)備維護(hù)方面有兩個方向：一是在故障發(fā)生后被動對故障設(shè)備進(jìn)行維修、更換；二是定期進(jìn)行大、小檢修，更換使用了一段時間的設(shè)備或設(shè)備關(guān)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(tǒng)可以做到“不壞不修”，在降低隱患風(fēng)險的同時，延長設(shè)備實(shí)際使用壽命，節(jié)約建設(shè)成本。

以一個區(qū)5 000座配電房的城市為例，采用傳統(tǒng)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(fèi)用約5億元，平均每年1億元；配備智能配電房系統(tǒng)后，可有效延長設(shè)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(fèi)用為6 250萬元，每年節(jié)約3 750萬元。

4.1.2 替代人工巡檢，降低維護(hù)成本

目前，傳統(tǒng)配電室常用的人工巡檢方式上，在人力、財力上產(chǎn)生了很高成本。使用智能配電房系統(tǒng)后，可以通過綜合監(jiān)控后臺了解各配電室現(xiàn)場信息。只在設(shè)備發(fā)生或者存在故障隱患時派出維修人員進(jìn)行定點(diǎn)更換、維護(hù)即可，大大提高了工作效率，降低了維護(hù)成本。

4.2 管理效益分析

智能配電房系統(tǒng)通過采集配電房的溫度、濕度、粉塵、有害氣體等參數(shù)進(jìn)行處理，并將配電房內(nèi)溫度、濕度、粉塵、有害氣體等技術(shù)指標(biāo)控制在合格范圍內(nèi)，防止設(shè)備發(fā)生凝露、絕緣老化及外界條件下產(chǎn)生的局部放電問題等，消除配電房環(huán)境引起的安全隱患，延長設(shè)備使用壽命，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全壽命使用周期，提高供電可靠性。此外，智能配電房系統(tǒng)將帶來運(yùn)維模式的轉(zhuǎn)變，現(xiàn)場運(yùn)維模式將更多地轉(zhuǎn)變?yōu)楹笈_運(yùn)維。

5 結(jié) 論

近年來，國家大力發(fā)展智能電網(wǎng)，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)工作的進(jìn)一步深入，配電網(wǎng)智能化信息化已成為下一步的主要工作。為構(gòu)建完善的智能配電網(wǎng)，必須制定科學(xué)、合理的智能配電房建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)智能配電網(wǎng)的大力發(fā)展。

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