高校建設中無人值守智慧配電監控系統設計

摘要：配用電系統及設備的數字化與智能化發展，使配電系統的自動監測和無人值守具備了技術上的可行性，實現了變電所無盲區無人值守可靠運行。這一技術對于我國高校建設而言，有著重要的實踐意義。由于我國高校規模的擴大和現代化建設的進一步推進，高校電力配電系統正面臨著越來越多的挑戰，無人值守智慧配電監控系統能夠確保高校電力供應的穩定性和安全性。文章對新建和改造配電系統時變電所無人值守管理存在的問題進行了研究并提出一體化解決方案，深入分析了無人值守智慧配電監控系統設計對高校建設的實踐意義，并探討其在高校電力配電中的作用和影響。

關鍵詞：無人值守；智能配用電監控系統；高校建設

中圖分類號：TP277文獻標志碼：A

0 引言

黨的二十大報告提出“推進教育數字化，建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國”［1］——我國高校基礎建設將進一步充分提升規模和建設水平，其中，配電房是校園建設過程中必不可少的主要電氣設備場所。多年來，配電房因系統運行管理工作較為薄弱，經常出現因跳閘、短路、超溫等問題，這些問題既影響了系統的穩定可靠運行，也造成了生產和人身的安全隱患。

為了解決這些問題，無人值守智慧配電監控系統應運而生。無人值守智慧配電監控系統設計是將先進的信息技術與電力配電系統相結合，實現對電力設備實時監控、故障診斷和智能化管理的系統。該系統利用傳感器、數據采集設備和遠程監控技術，實現了對高校電力設備的全方位監測和控制，提高了電力供應的穩定性和安全性。針對目前我國高校日益復雜的變電站機房布局以及配電類型，需要進一步加大資金和人力投入力度才能夠實現維護。無人值守智慧配電監控系統能夠實時監測電力設備的運行狀態，若發現異常則可以第一時間報警，將損失降到最低。無人值守智慧配電監控系統可以大大減少電力設備故障和停電時間，提高電力供應的可靠性和穩定性。

此外，無人值守智慧配電監控系統可以實時采集設備運行數據，通過數據分析和預測，提前發現設備故障的可能性，并進行相應的維護工作，提高維護效率，延長設備的使用壽命。依托工業物聯網、大數據、云平臺、人工智能等先進技術，打造數字化、信息化、智慧化的智慧配電及運維云平臺，配套供配電運維服務管理體系，從而在保障供配電系統運行安全的前提下，精簡現有人力成本，能夠大大提高校園內的供配電系統整體運維管理水平。

1 高校變電所設備及管理存在的問題及解決措施

1.1 存在的問題

通過對校園內的變配電系統現場進行調研勘察，發現目前在開閉所、變電所基礎設施及供配電運維管理方面，普遍存在以下問題：

（1）目前由于難以招聘到專業的運維人員，導致運維管理工作長期存在難度，甚至出現疏漏。由于目前的硬件設施發展速度比人員的專業能力更新速度更快，相關運維人員對薪酬待遇的要求也開始日益增高，但是人員的專業能力和搶救及時性仍有待考究。能滿足專業運維管理需求的人員甚少、招聘成本高。

（2）部分變電所建設年代久遠，部分配電系統的配電柜、電氣設備等老舊且功能單一，運行維護成本高，普遍缺乏高低壓智能斷路器及配套電操機構等設備配置。除少量單位原有的監控系統實現了高低壓配電系統配電回路的全面監控，大部分單位普遍存在原有的配電監控系統監控覆蓋不全面或無配電監控系統的問題，無法對所有的高低壓配電回路進行遠程實時、連續、完整的數據監測，包括所有回路的用電參數監測、電能質量監測、用電安全監測、電能計量等，這就無法實現對配電回路狀態信息進行全面實時動態掌握，變電所供配電系統的監控管理水平受到影響。

（3）供配電系統智能化程度較低。供配電系統主要依賴于工作人員的日常巡視，變電所未采取無人值守化的智能化監管措施，高低壓回路運行的安全系數較低。供配電系統未實現全面的遠程自動化監控，包括各個變電所的高壓用電設備、高壓綜保遠程監控、變壓器遠程監控、低壓配電回路（含電操機構的）遠程分合閘控制；供配電系統運行狀態、故障和保護信息不能及時被電氣運行管理人員掌握，無法實現故障快速定位、故障快速隔離、自愈聯鎖控制、異常報警管理等功能；部分變電所未實現遠程視頻監控，更無法實現與配電系統的視頻聯動監控。

（4）供配電系統缺少完善的電力運行數據統計分析、能耗報表及審計、智能分析及診斷、能源流向及負荷預測、設備運維管理、報警管理、移動終端等軟件功能，無法通過大數據分析預測，合理調度電力系統，優化運行策略。

1.2 解決措施

針對高校變電所設備及管理存在的問題，筆者認為應采取以下措施：

（1）借助技術設備和系統，建立校園供配電系統運維保障服務體系，通過協調機器與人工的搭配來實現配電房的基本運維管理。

（2）通過整合互聯網、云計算、大數據，在專業電力監控系統加持下采用先進、可靠、集成和環保的智能電氣參量采集設備，全方位監視配電系統的運行狀態。

（3）以全站信息數字化，通過實時監控等高級功能，能夠在第一時間完成相關的信息采集工作，并且在線上形成及時的決策，這樣能夠快速定位、隔離故障，為后期維修工作的開展奠定基礎。

（4）系統配合專業團隊的運維人員，能夠讓運維工作實現“集中監控、事故預防、快速搶修、經濟運行”的目標，在提升供配電系統信息化、自動化水平的同時，也避免因人工運維導致盲區的出現，進一步降低隱患，同時也增強了信息傳遞的精準性，減少人員的成本支出。

2 無人值守智能配用電系統設計

2.1 無人值守智能配電室監控系統拓撲

配電智能化系統網絡結構如圖1所示。

無人值守智能監控系統有著一定的專業性和復雜性，為了進一步實現該系統在高校建設中的運用，本文主要從終端數據采集層、數據傳輸層展開實踐內容分析。

2.1.1 終端數據采集層

高低壓柜和母聯上安裝多功能電力監控終端，完成開關柜電壓、電流、功率、功率因素、頻率、諧波等相關數據的采集工作，工作人員在系統采集了精準的信息之后，只需要對這些信息展開分析，就能夠為系統的操作提供依據。把連續、高密度采集的電能輸入相關平臺之后，監控平臺就可以代替人工對后續的控制工作進行專業化管理。此外，相關環境參數，例如煙感、溫感、水浸、異常入侵、環境濕度等信息，也可以配置相關傳感器進行數據采集和傳輸。

2.1.2 數據傳輸層

分析數據傳輸層需要兩種不同的通信方式。第一種是常見的以無線4G/5G網絡傳輸為主，通過網絡傳輸相關數據，云服務器將采集到的相關信息傳輸到監控中心。第二種通信方式是有線傳輸模式。本地敷設專用光纖，跨區域單位通過DDN專線，通過網絡控制器使整個系統和監控中心產生連接。

第一種方案的優勢在于避免出現過多的線路布局，通過無線網傳輸不僅便捷，同時也能夠便于用戶查看實時信息，但是由于通信流量費用較高，還需設置一根寬帶才能夠實現手機物聯卡、云服務器空間內、監控室三者的連接［2］。第二種方案的優勢在于一次性的線路布局，便能夠滿足終身需求。但是由于網線布局、敷設量較大，會增加更多的施工成本和后期維護成本，同時想要掌握相關信息，只能通過監控中心來完成傳輸，獲取信息渠道不夠直接。

2.2 系統設計思路

2.2.1 變電所高壓側回路智能監控

（1）通過配置智能網關，將各變電所高壓、中壓回路上的微機綜合繼保裝置納入系統平臺，實現綜保遠程監控。

（2）可借助高壓配電回路上綜合繼保裝置對現有的線路進行控制。

（3）通過配置多功能電力監控終端并配置互感器，實現各變電所高壓側配電回路的電力運行參數監測。

2.2.2 變壓器智能監控

（1）通過配置智能網關以及具備遠傳通信功能的變壓器溫度控制器（現場無遠傳功能的溫控儀需更換），實現各變電所變壓器遠程安全監控。

（2）通過配置拾音器（通過視頻監控系統接入平臺），實現各變電所變壓器噪聲遠程監測。

2.2.3 母排溫度智能監控

通過配置無線測溫傳感器、無線溫度采集器，實現高低壓母排溫度實時在線安全監測。

2.2.4 低壓側回路智能監控

（1）通過不同的變電所低壓總進線、母聯回路、低壓出線回路，配置多功能電力監控終端，實現對應回路的電力參數監測、電能質量監測、線纜溫度、漏電流實時監測。

（2）多功能電力監控終端可結合已有的低壓電操機構等電氣裝置，實現各低壓總進線、母聯回路和帶電操機構低壓出線回路的遙測、遙信、遙控功能。

2.2.5 電容柜聯動智能監測

通過配置智能網關，實現對電容柜無功補償控制器運行狀態的遠程監控。

2.2.6 變電所環境安防以及視頻聯動監控

通過在各變電所高壓配電室、低壓配電室等處安裝軌道式智能巡檢裝置、網絡攝像機、硬盤錄像機、溫感、煙感、紅外、水浸、溫濕度等探測器，實現所有變電所的視頻移動巡檢和配電系統聯動監控、環境及安防智能監控。

2.2.7 變電所空調及風機智能監控

通過在各變電所配置智能插座，實現已有空調、風機的遠程監控。

2.2.8 門禁管理及聯動

通過在各變電所配置門禁系統，實現刷卡入戶，出入記錄可查，提高安全性；通過配置照明控制終端對房間內照明進行遠程監控，可與門禁、視頻聯動，當監測到有人且照度不夠時自動開燈，人走后自動關燈。

2.2.9 直流屏智能監控

通過各個變電所已有的直流屏或配置UPS電源，實現系統現場監控設備的可靠供電；配置智能網關，實現對直流屏/UPS的遠程智能監控。

2.2.10 智能移動運維

通過智能移動運維手機App軟件，實現線上智慧配電及運維云平臺7×24 h遠程集中監控，并幫助線下專業運維團隊定期巡檢與故障定位，實現聯合閉環智能運維管理。

3 系統功能和主要特點

3.1 系統功能

系統功能包含供配電系統運行監控、智能巡檢、智能運維、報警管理、手機App應用等方面的內容，實現對各變配電室24 h實時在線無人值守，有效保障電力供應的安全可靠，同時平臺連通線上及線下電力運維業務工作，提高運維的效率和質量，減少人力開支，提升經濟效益（見表1）。

3.2 系統特點

3.2.1 遠程監控、統一管理

無人值守智能配電系統將能夠實現遠程監控統一管理的特征，這樣就避免了人員在值班巡視過程之中可能會產生的疏漏以及安全隱患。由于當今高校現代化基礎建設要求專業性以及高效性，單純的人工值班模式即使做到24 h不間斷監測，也難以避免因人工監測出現的疏漏問題。采取該系統則能夠實現智能運營維護，所獲取的信息也更加精準，為專業人員的判斷和決策提供更加具有參考價值的數據。同時，遠程的監控模式可以統一進行配電室管理，集中性更強，減少人工成本。

3.2.2 異常報警，快速搶修

無人值守智能配電系統對數據不間斷實時監測，比如出現了溫度異常、超負荷運行等常見的問題，可以第一時間通過系統報警，為專業人員及時到達現場搶修爭取時間。該系統擁有三維地圖查詢功能，能夠以最快的速度了解到距離最近檢修人員的實時位置信息并智能派單，不僅能夠實現快速搶修，也使后期的長期運維實現高速智能化。

3.2.3 合理規劃、定期巡檢

根據設備所反映的具體情況能夠通過系統判斷出合理的巡檢周期以及巡檢方式。這些數據能夠通過系統及時上傳到云端，供專業人員進行決策。如果巡視過程之中出現了一些不能及時解決的問題，也能夠在第一時間反饋問題，讓服務中心進行處理。

3.3 系統智能聯動功能

無人值守智能配電房監控終端單元與執行設備具備系統聯動功能，可以更加智能、自動化地保障配電設施的穩定可靠運行。

3.3.1 門禁與紅外布防/撤防、照明、風機聯動

（1）電子鑰匙如果在擁有合法權限的情況下，那么開門可以實現自動撤防，避免了因非法開門帶來的安全隱患。

（2）在任意一扇門打開的時候，室內自動照明、自動打開風機。關門則自動關閉，進一步節約能耗。

（3）紅外報警在被觸發之后，會產生入侵報警時間；撤防紅外失效，觸發紅外報警時，不產生入侵報警時間［3］。

3.3.2 溫濕度與空調設備聯動

（1）在超過額定濕度的情況下，空調除濕功能自動啟用。正常情況下則自動關閉空調節約能耗。

（2）在超過額定溫度的情況下，空調制冷功能自動啟用。正常情況下則自動關閉空調節約能耗。

3.3.3 視頻與門禁、紅外、水浸、煙感聯動

（1）實時監控功能的攝像頭在監測過程之中，如果出現了非法入侵等異常行為，則攝像頭會及時記錄相關畫面信息并發送上報，在關門狀態下，攝像頭則處于默認位置。

（2）如在紅外探測器出現異常警報的情況下，攝像頭也會在同一位置進行畫面拍攝。

（3）如出現了室內被水浸泡，攝像頭則會在水浸探測器同一位置進行畫面拍攝。

（4）如出現煙霧，攝像頭會在煙霧探測器同一位置開始攝像。

3.3.4 煙霧與消防設備、視頻、主站報警聯動

在出現煙霧的情況下，除了進行攝像頭的畫面錄制以外，還將自動啟用風機，監控主站將在第一時間報警至數據中心，通知專業人員搶修處理。

4 結語

無人值守智慧配電監控系統在高校中具有重要的實踐意義，它可以幫助高校實現電力設施的有效管理、能源的節約利用、安全的運行和數據驅動的決策支持，提升高校的整體管理水平和可持續發展能力。未來，研究人員還可以進一步研究系統的優化和改進，以更好地滿足高校建設的需求。建設無人值守智能配電系統，可以以信息化促進用戶科學用電、安全用電、節約用電，不僅為高校校園用電提供“可調、可控、在控”的工具價值，還實時掌握用電情況，保障用電安全，以自動化提高用電效率，提高運營管理水平。

參考文獻

［1］陳乃林.國際視野下學習型城市建設的中國特色探析——以中國四個國際獲獎的學習型城市為樣本［J］.廣州城市職業學院學報，2022（4）：1-8.

［2］蔣振銓.配電室智能監控系統的設計與實踐探索［J］.居業，2020（12）：21-22.

［3］周夢淵.海島智能配電房設計方案研究［J］.自動化應用，2018（12）：125-126.

Design of unmanned intelligent power distribution monitoring system in university construction

LiJian

（Jiangsu Open University， Nanjing 210036， China）

Abstract：The digital and intelligent development of power distribution systems and equipment has made automatic monitoring and unmanned operation of distribution systems technically feasible， achieving reliable operation of substations without blind spots and unmanned operation. This technology has important practical significance for the construction of universities in China. Due to the expansion of the scale of universities in China and the further promotion of modernization construction， the power distribution system in universities is facing more and more challenges. The unmanned intelligent power distribution monitoring system can ensure the stability and safety of power supply in universities. The article studies the problems of unmanned management in substations during the construction and renovation of distribution systems， proposes integrated solutions， and deeply analyzes the practical significance of the design of unmanned intelligent distribution monitoring systems for university construction， and explores their role and impact in university power distribution.

Key words： unattended; intelligent power distribution monitoring system; university construction