一種低壓臺區(qū)配用電一體化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

和文昌 HE Wen-chang；付強 FU Qiang；和志堅 HE Zhi-jian；彭繼松 PENG Ji-song

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司麗江供電局，麗江 674100）

0 引言

隨著我國電力系統(tǒng)大規(guī)模升級改造和大型工礦企業(yè)配電監(jiān)控設(shè)備的更新?lián)Q代，工礦企業(yè)對智能配用電一體化系統(tǒng)的要求越來越高[1-2]。系統(tǒng)能夠綜合監(jiān)控整個電網(wǎng)的運行狀態(tài)，監(jiān)控一次、二次側(cè)設(shè)備的運行狀況，實現(xiàn)遙測、遙信、遙視、遙控四大功能，同時能夠?qū)v史用電記錄查詢、報表展示、事故分析等。而現(xiàn)有系統(tǒng)主要側(cè)重中壓、高壓配電監(jiān)測，缺少低壓用電方面的監(jiān)測與控制[3-4]。對于部分用電信息采集系統(tǒng)只實現(xiàn)普通居民用戶、專變用戶用電數(shù)據(jù)采集和控制，未能實現(xiàn)配電數(shù)據(jù)的采集與控制，總之，用電與配電數(shù)據(jù)存在分離狀態(tài)，未能實現(xiàn)配電與用電業(yè)務(wù)的融合[5-6]。

配電監(jiān)控設(shè)備是電力系統(tǒng)中重要的基礎(chǔ)設(shè)施，一般用于電壓的降壓，將高電壓降壓后輸送到千家萬戶。配電室的安全運行和正常檢測在電力系統(tǒng)建設(shè)中具有重要的地位[7]。但是，由于配電室部署位置分散，一般為密封狀態(tài)，部分配電室的檢測設(shè)備陳舊，需要人工抄讀，對配電室的監(jiān)控和故障排除造成很大的困難[8]。

本文提出的一種低壓臺區(qū)配用電一體化監(jiān)控系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，實現(xiàn)了配電與用電業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)完整率提升了6.5%，運維時間節(jié)約了3 小時、數(shù)據(jù)安全率提升了80%。表1 詳細(xì)描述了現(xiàn)有系統(tǒng)和本系統(tǒng)的性能指標(biāo)對比，從配電與用電數(shù)據(jù)復(fù)用率、數(shù)據(jù)采集完整率、運維效率、數(shù)據(jù)安全等幾個方面對比，說明本系統(tǒng)比現(xiàn)有系統(tǒng)具有較大性能優(yōu)勢。

表1 系統(tǒng)的性能指標(biāo)對比分析表

1 系統(tǒng)物理架構(gòu)

低壓臺區(qū)配用電一體化監(jiān)控系統(tǒng)采用分層的體系架構(gòu)設(shè)計，建立一個多層次的、松耦合的企業(yè)級監(jiān)控管理平臺。圖1 描述了系統(tǒng)整體架構(gòu)，包括系統(tǒng)層、網(wǎng)絡(luò)層、采集層、監(jiān)控層等。系統(tǒng)層主要由服務(wù)器、打印機等設(shè)備組成，網(wǎng)絡(luò)層主要由交換機、路由器組成，采集層由集中器，監(jiān)控層主要由三相智能電表、三相三線多功能表、三相四線多功能表、攝像機、溫控裝置、水浸傳感器、溫濕度傳感器等組成。集中器和通信管理機為采集設(shè)備，負(fù)責(zé)采集電能表用電數(shù)據(jù)、多功能表、空調(diào)、溫濕度傳感器、攝像機等設(shè)備信號，同時將采集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過光纖、以太網(wǎng)、4G 網(wǎng)絡(luò)上傳到主站前置機。

圖1 低壓臺區(qū)配用電一體化監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

低壓臺區(qū)配用電一體化監(jiān)控系統(tǒng)能夠綜合監(jiān)控整個低壓電網(wǎng)的運行情況，監(jiān)控變電站一次設(shè)備的狀況、低壓用戶負(fù)荷狀況、低壓線路運行狀態(tài)等內(nèi)容。圖2 描述了配用電系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等核心功能，以及歷史記錄、報表、事故分析等。同時采集末端客戶的用電數(shù)據(jù)，包括計量數(shù)據(jù)、事件記錄、負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)末端用電信息采集功能。

圖2 低壓臺區(qū)配用電一體化監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)圖

低壓臺區(qū)配用電一體化監(jiān)控系統(tǒng)所監(jiān)視的設(shè)備主要包括，進(jìn)線開關(guān)柜、出線開關(guān)柜、補償電容器、直流電源系統(tǒng)和消防報警設(shè)備等。低壓臺區(qū)配用電一體化監(jiān)控系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)功能是對上述設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測和遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)對配電監(jiān)控系統(tǒng)的運行工況和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行自動監(jiān)測，監(jiān)測范圍涵蓋高壓配電設(shè)備、低壓配電設(shè)備等設(shè)備的實時運行狀態(tài)，主要包括配網(wǎng)中線路、母線、負(fù)荷和主要設(shè)備的電壓、電流、頻率、溫度、有功、無功，相位、功率因數(shù)、系統(tǒng)故障信號、設(shè)備運行告警信號以及電壓波動、諧波電能質(zhì)量信號等。

結(jié)合移動應(yīng)用技術(shù)，利用4G、5G 通信網(wǎng)絡(luò)及移動作業(yè)終端，系統(tǒng)與移動應(yīng)用APP 對接。通過配電監(jiān)控運維助手，運維人員可以遠(yuǎn)程查看配電設(shè)備及線路負(fù)荷運行情況，實現(xiàn)配電監(jiān)控的移動化、信息化、實時化管理提供基礎(chǔ)支撐工具。通過配電監(jiān)控移動APP 實時查看配電線路的告警信息、小時報表數(shù)據(jù)、日報表數(shù)據(jù)、月報表數(shù)據(jù)、年度報表數(shù)據(jù)，異常事件及時推送，便于臺區(qū)故障及時運維處理。

2.1 遙測功能

低壓臺區(qū)配用電一體化監(jiān)控系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集平臺，可接入各類通信管理機、高壓多功能網(wǎng)絡(luò)儀表、低壓多功能網(wǎng)絡(luò)儀表、環(huán)境監(jiān)測傳感器，主要包括溫濕度傳感器、水浸傳感器、網(wǎng)絡(luò)攝像機等，實現(xiàn)配電監(jiān)控數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入。

配電監(jiān)控中心負(fù)責(zé)整個配電系統(tǒng)的運行狀況監(jiān)控和配電室環(huán)境狀況監(jiān)測，實現(xiàn)對高壓側(cè)電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、諧波、相角、電量等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測。同時對低壓側(cè)全電量參數(shù)、溫濕度、水位信息的實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常問題及時上報至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心及時將告警信息推送至客戶移動作業(yè)終端，告知客戶進(jìn)行異常問題處理。

按照數(shù)據(jù)采集定時任務(wù)，系統(tǒng)自動采集任務(wù)下發(fā)的各類數(shù)據(jù)，對采集失敗的數(shù)據(jù)項具有自動補采功能，并給出相應(yīng)的運行記錄。定時采集的時間、間隔、內(nèi)容和對象由授權(quán)用戶靈活定義，重復(fù)召喚的次數(shù)也可由授權(quán)用戶靈活定義，可靈活制定采集策略。同時對于缺失和遺漏的數(shù)據(jù)，支持手動錄入，對于因終端故障或通信故障無法自動補采的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)應(yīng)以多種方式發(fā)出報警，以便及時處理，由人工手動錄入數(shù)據(jù)。

2.2 統(tǒng)計分析

系統(tǒng)支持統(tǒng)計分析，應(yīng)能根據(jù)運行的需要，對區(qū)域內(nèi)的不同電能運行數(shù)據(jù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析、具備靈活定制計算公式，提供統(tǒng)計結(jié)果，對統(tǒng)計分析的結(jié)果以不同的形式如報表、圖形等進(jìn)行展示，主要的統(tǒng)計分析功能如下。

①數(shù)值統(tǒng)計：包括最大值、最小值、峰峰值、平均值、總加值、三相不平衡率，統(tǒng)計時段包括年、季、月、周、日、時等。②極值統(tǒng)計：包括極大值、極小值，統(tǒng)計時段包括年、季、月、周、日、時等。其中，日電量統(tǒng)計部分?jǐn)?shù)據(jù)展示能夠統(tǒng)計出每天的最大用電量時間點、最小用電量的時間點、每天累計用電量總示值，詳細(xì)見表2 所示。③同期對比：能夠?qū)Σ煌瑫r期所采集的同一類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，以柱狀圖、餅狀圖、曲線圖等形式展示不同時期數(shù)據(jù)的對比分析情況。

表2 監(jiān)測點日電量數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表

2.3 實時監(jiān)控

低壓臺區(qū)配用電一體化監(jiān)控系統(tǒng)的運行工況和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行自動監(jiān)測與控制，監(jiān)測與控制范圍涵蓋高壓配電設(shè)備、低壓配電設(shè)備等設(shè)備的實時運行狀態(tài)，主要包括配網(wǎng)中線路、母線、負(fù)荷和主要設(shè)備的電壓、電流、頻率、溫度、有功、無功，相位、功率因數(shù)、系統(tǒng)故障信號、設(shè)備運行告警信號以及電壓波動、諧波電能質(zhì)量信號等。

系統(tǒng)配置配用電數(shù)據(jù)管理中心，配用電管理中心是配用電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分析處理中心，實現(xiàn)企業(yè)用戶的電量分析、負(fù)荷分析、用電構(gòu)成分析、支路用電越限分析、分時電量分析、分路用電對比分析、不同線路故障率統(tǒng)計分析、故障類型統(tǒng)計分析、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控異常分析等分析功能。配用電管理中心的目的是幫助企業(yè)經(jīng)濟(jì)用電、安全用電、提供可靠性配用電管理中心。

另外，系統(tǒng)對配電室環(huán)境監(jiān)測是對配電室的環(huán)境溫度、濕度、水浸等參數(shù)進(jìn)行實時采集，通過系統(tǒng)界面可以實時查詢當(dāng)前配電室的環(huán)境狀況，保證配電室內(nèi)的各種設(shè)備正常運行。異常天氣出現(xiàn)時，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)異常時，能夠以短信的方式通知管理員，運維人員及時處理環(huán)境異常事件，避免出現(xiàn)環(huán)境異常損害設(shè)備的情況發(fā)生。

2.4 配用電監(jiān)控展示

系統(tǒng)數(shù)據(jù)展示中心是低壓臺區(qū)配用電一體化監(jiān)控系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)單元，主要分為低壓用戶用電數(shù)據(jù)展示和臺區(qū)變電站配電數(shù)據(jù)監(jiān)控展示，用電數(shù)據(jù)展示主要包括企業(yè)總體用能數(shù)據(jù)分析以用能曲線、柱狀圖、報表等方式進(jìn)行展示。配電數(shù)據(jù)監(jiān)控展示包括配電接線圖展示、監(jiān)測點運行狀況展示、告警信息展示、監(jiān)控設(shè)備檔案展示、統(tǒng)計報表展示等組成，方便客戶查看整個配電系統(tǒng)的用能情況及設(shè)備運行情況。

系統(tǒng)對采集到的各種電量數(shù)據(jù)、設(shè)備運行狀態(tài)信息、告警信息、設(shè)備檔案等以報表、曲線、柱狀圖、組態(tài)圖進(jìn)行展示，根據(jù)客戶需要，展示界面可配置。可以本地或者遠(yuǎn)程查看整個配電網(wǎng)絡(luò)的運行情況，便于發(fā)現(xiàn)線路或者設(shè)備的故障，并能及時排除故障。

3 實驗驗證

一種低壓臺區(qū)配用電一體化監(jiān)控系統(tǒng)符合新型電力系統(tǒng)建設(shè)需要，該系統(tǒng)能夠有力支撐低壓配用電運行狀態(tài)感知、用電數(shù)據(jù)、配電數(shù)據(jù)監(jiān)測及控制、新能源接入管理、有序用電管理等新業(yè)務(wù)發(fā)展。通過系統(tǒng)部署及試點建設(shè)，該系統(tǒng)適用于配電業(yè)務(wù)和用電業(yè)務(wù)需求，滿足新型電力系統(tǒng)新能源接入監(jiān)測及控制，提升低壓配電網(wǎng)的安全性與穩(wěn)定性。該方案依據(jù)國家、行業(yè)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，通過搭建模擬運行環(huán)境，開展系統(tǒng)功能、性能驗證測試，滿足國家、行業(yè)、企業(yè)系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。通過系統(tǒng)性性壓力測試、性能測試、功能測試，該系統(tǒng)性能指標(biāo)符合預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)束語

本文提出的一種低壓臺區(qū)配用電一體化監(jiān)控系統(tǒng)，包括系統(tǒng)物理架構(gòu)、業(yè)務(wù)架構(gòu)、核心功能等內(nèi)容。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，開展系統(tǒng)試點建設(shè)，驗證系統(tǒng)性能和功能要求，符合新型電力系統(tǒng)建設(shè)方案業(yè)務(wù)需求。結(jié)合我國“碳中和、碳達(dá)峰”目標(biāo)，開展低壓臺區(qū)配用電一體化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用試點建設(shè)，該系統(tǒng)滿足配用電業(yè)務(wù)融合。通過搭建該系統(tǒng)，配電與用電數(shù)據(jù)復(fù)用率達(dá)到100%，電力故障運維時長縮短了約2 小時，有效提升低壓配用電系統(tǒng)的運營效率，為新能源接入提供穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)解決方案。