基于物聯網技術的配電室智能監控系統研發

李愛鋒

摘 要：基于2020年年初“新冠疫情”的爆發，為了同時滿足配電室安全運行和執行“新冠疫情”防控方案，該公司在對目前配電室視頻監控系統分析的基礎上，研發了一種配電室智能監控系統的研究方向。該智能監控系統由智能監控終端 / 客戶端2個部分組成，智能監控終端安裝在各配電室室內，由紅外線監控器和智能三合一常閉式并聯集成電路組成。客戶端則分別安裝在后期保證辦公室和應急處理辦公室內，由報警器、客戶端服務器和應急配用電路啟動開關組成。該公司研發的智能監控系統既能準確把握配電室應急突發情況，又能減少看管配電室的選配人員，以此來減少人工成本，無人監控又能防控突發事件，保證正常工作進行的同時又符合目前防控“新冠疫情”的要求。

關鍵詞：配電室;智能監控;常閉式并聯集成電路

中圖分類號：TM76? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 研發意義分析

1.1 配電室的重要性

1.1.1 電力中轉

配電室是連接配電端和供電端的樞紐，是上級配電和下級供電的終端。廠區、辦公綜合樓、學校、醫院等公共場所，都必須先將電力輸送到配電室后，再通過配電室將電力送到需要用電的場所。

1.1.2 電力控制

發電廠給廠區、辦公綜合樓、學校、醫院等公共場所輸送過來的電力電壓普遍是幾十萬伏。配電室通過變壓器將上級的高壓調變成穩定的正常工作電壓（220 V）或者其他工作電壓。

1.1.3 電力保護

配電室的電力保護主要分為上級供電的電力安全保護功能和下級配電的電力安全保護功能。

上級供電的電力保護就是要保護外部供電電路的安全穩定，部分特殊場合，要求24 h不間斷供電，比如醫院等。所以這個時候為了保護供電安全，還需要選配備用電源以及發電機等設備[1]。外部供電和備用電源分別連接在電路的雙電源開關上，當外部電源突然停電或者出現其他故障時，備用電源就能及時供電。

下級配電的安全保護主要是靠電氣元件完成的。首先是電源隔離，這個時候需要用隔離開關，然后是熔斷器組，之后一般情況下就可以配塑殼斷路器等部件，然后根據要求，直接配電給外部用電設備。

1.2 現狀及發展趨勢

近年來隨著經濟的迅猛發展，我國的用電需求越來越大。相關數據顯示2019年全社會用電量總規模達到了66 873億KWh。在用電規模急速擴充的狀況下，用供電線路老化、變電設備配電布局不合理、專業電力維護人員短缺等諸多不利因素也逐漸浮出水面。由于配電室引發的觸電、火災等安全問題也不計其數。傳統的解決方案就是分別安裝環網柜、開關柜、變壓器等監測設置，以及報警、視頻以及環境監控等系統等[2]，但是這些系統有3個問題。1）諸多設備不發達地區配電室沒有網絡系統，只能進行本地監測和控制。2）配電室警報各系統之間獨立運行，形成監控“孤島”現象，無法有效進行管理，達不到安全管理的效果。3）多系統并存不但增加了投資成本，而且后期的維護成本也大大增加，并且多個廠家的設備同時運行，也會產生扯皮現象，浪費業主的時間和精力。在降低效率的同時產生不必要的資源浪費。

該公司研發的智能監控系統可廣泛應用在市級、縣級供電公司所管轄的，具備信息通信條件的配電室的運行管理上，為配電室的運維管理提供一個統一的、集中的智能環境與安全綜合監控平臺。無疑是“互聯網+電力”推進電力工作安全運行的敲門磚，同樣在這種社會背景下，市場迫切需要專業、高效、經濟的運維模式替代當前的粗放管理模式。

2 智能監控系統設計原理

圖1 所示為該公司研發的智能配電室監控裝置示意圖，由防盜防碰撞預警系統、防煙霧有害氣體報警裝置、防火災溫控報警裝置和紅外線監控組成監控終端。由計算機帶動報警處理器和應急配電室組成客戶端。

配電室正常工作時，由紅外線監控系統執行24 h監控并存儲功能。如果配電室出現猛烈撞擊（判定為偷盜）、煙霧和火光等異常情況中的一種或多種，都會使常閉式并聯開關閉合，閉合后電路信息通過客戶端傳遞信息到報警器，從而發出警報，此時應急人員可以通過電腦監控查看配電室的情況，從而判斷出危險預警等級，決定是否啟用應急配電室等設備。

智能配電室監控系統中，常閉式并聯開關的開啟與閉合是控制整個系統的關鍵，常閉式并聯開關示意圖如圖2所示。

當配電室防盜門發生猛烈撞擊后，壓力作用到感應面板，產生瞬時壓強Pa，當瞬時壓強Pa超過額定數值時，S1開關閉合，形成完整通路，報警器發出防盜警報。

當配電室中有煙霧和有害氣體（SF6、CO、H2S、O3等）時，煙霧顆粒進入煙感裝置內，使發射管發出的紅外光發生散射，散射的紅外光的強度與煙霧濃度有一定線性關系，達到預定濃度后，S2開關閉合，形成完整通路，報警器發出煙霧警報。

配電室火災報警系統是由分析設備、火災報警設備、聯動輸出設備以及具有其他輔助功能的設備組成的，經大量數據分析，在配電室火災誘發原因中，外界物理因素導致火災概率38%，內部負荷過量，功率超標導致內部電路短路因素，最終導致火災的概率為62%。所以該公司研發的防火報警也分為外界因素引發方案和內部因素引發方案2種。當外部因素產生的火光折射到控制器后，控制器將首先感知室內溫度上升速率，然后通過分析燃燒產生的煙霧、熱量、火焰等物理量后，S3開關閉合，形成完整通路，報警器發出火災警報。該公司研發的智能控制系統可以實現配電室高壓開關柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監控、母線測溫檢測、電纜測溫監控。如果因為電流電壓臨近額定數據時，火災分析裝置同樣會閉合S3開關，形成完整通路，報警器發出火災報警。

3 智能監控系統優勢分析

3.1 視頻與現場實時結合

智能配電監控系統的主要功能在于全方位實時信息監控。此時視頻監控系統和其搭載的音頻監控系統，是對配電室實時信息監控的一種完善和補充。其主要是通過安裝紅外監控器、監聽器以及對講系統等來實現監控。只有智能監控終端和客戶端實時與相關工作人員進行通信，提供更加直觀的環境信息，以便進行及時有效控制。同時，對于配電室出現的異常情況，也能夠及時判斷異常情況的誘導因素，及時處理，從而實現無人值守配電系統的遠程監控功能。

3.2 對緊急情況進行精準分析

該公司研發的智能監控系統打破了配電室監控系統中的信息孤島問題，通過應用物聯網技術，實現各采集數據的互相傳輸。首先提高了數據利用率，提升了系統診斷配電室運行狀態的精確性。其次提升了系統的智能化水平，設備間相互通信，可以自主調節工作模式和參數。最后由于使用統一規范化的平臺，因此易于兼容擴展更多其他設備，提高了實用性和使用率。

3.3 智能系統帶來的人性化特征表現突出

3.3.1 開放性

智能監控系統能夠接入不同廠家/品牌的站端設備、傳感器、控制器、攝像頭等。

3.3.2 統一性

智能監控系統需要包括通信規約（RS-485/RS-422/RS-232

/IEC61850/開關量等）的轉換，帶有自動對時功能，可以實現不同站端設備的集中和管理，包括環境監測、音視頻、照明、安防等的完整集中統一管理。

3.3.3 易用性

智能監控系統采用B/S架構設計，從應用角度出發，系統平臺的功能應符合實際需要，有良好的可操作性，操作人員通過簡單的培訓就能掌握系統的操作要領，能夠在實際工作中運用系統。

4 結語

該公司研發的智能配電室監控系統避免了防盜、防碰撞、煙霧、火災以及各種有害氣體吸入可能會危害監控人員安全的問題出現。實現監控環境最優化，避免由于運行環境失控，導致配電設備出現運行故障。不僅保證了維護人員的安全，而且可以延長設備的使用壽命，降低成本，同樣實現了配電動力環境的分布式遠程管理，是配合當下“疫情防控”預案的最佳方案。

參考文獻

[1]段雨梅.人工智能背景下視頻監控系統的應用[J].科技風，2019（29）：2.

[2]王瑞軍.智能配電監控系統在配電工程中的應用[J].民營科技，2017（10）：255，264.