智慧配電間巡檢系統的研究及應用

國網湖南省電力有限公司長沙市湘江新區供電分公司 劉 翀

配電間是配電網重要組成部分，是實現電力系統末端配電網中傳輸、分配電能的重要電力設備場所，直接擔負為企業、商業、住宅小區等用戶供電的任務。配電間數量多，且離散分布在城市和農村各處，運行維護難度較大。目前，大多數配電間為無人值守，一旦發生設備運行故障或事故，容易因設備缺陷發現不及時，或運維人員專業能力不足而導致缺陷處理不當或失誤，給電網或用戶帶來較大的經濟損失和不利影響。因此，在配電間推廣智能巡檢系統，實現配電間內環境和運行設備的全面感知與智能分析，滿足配電網的智能監測和安全穩定運行要求，構建基于物聯網和云平臺技術的新型配電系統，具有重要的現實意義。

1 智慧配電間巡檢系統總體技術研究

1.1 智慧配電間巡檢系統概述

智慧配電間巡檢系統是為適應配電間環境，對配電間進行巡檢、監控和消防的一體化智能巡檢系統。系統依托電力物聯網平臺，以“智能控制”為核心，采用物聯網、邊緣計算、云計算、大數據分析及人工智能等現代信息技術，配置巡檢機器人、環境監測裝置、無線測溫裝置、智能配變終端、無線數據終端等智能設備，通過應用新一代物聯網、人工智能、精確傳感等先進技術，對室內環境、安防和設備狀態進行實時監測與管理，實現配電間內環境狀況和設備狀態的全面感知和智能控制。

系統平臺可以實現配電間內環境監測、安防監控、設備檢測及機器人巡檢等各子系統之間的聯動，還可通過軟硬件結合的方式與站內綜自系統進行聯動，實現自定義的聯動功能。

系統平臺的核心交互設備是通訊管理機，集配電間的用電參數采集、設備狀態監測、即時智能分析與決策、主站信息交互及協同計算等功能于一體，采用云計算、通信信道、邊緣計算、智能終端相結合的系統架構，基于數據中臺實現各種數據應用服務。通過采用全面感知、數據融合、信息共享和個性化定制服務等技術，對配電間進行監測與管理，實現全采集、全感知和智能運維[1-2]。智慧配電間巡檢系統組成如圖1所示。

圖1 智慧配電間巡檢系統組成

1.2 智慧配電間巡檢系統架構

智慧配電間巡檢系統通過對配電間的環境狀況和設備狀態的實時監測、異常告警、故障預警以及智能聯動等，提升了配電間的運行穩定性和智能化水平。智慧配電間巡檢系統主要包括感知層、傳輸層、應用層和終端層。感知層包括電流電壓傳感器、溫濕度傳感器、剩余電量檢測裝置、煙霧傳感器、水浸傳感器、門禁控制器等涉及配電間安全和運行狀態的重要感知設備。傳輸層包括智能網關設備、無線連接設備、電力專網等。應用層包括配電間供配電設備測控平臺，負責采集、分析及應用感知層獲取的配電間運行的實時狀態數據。終端層包括手機終端、監控大屏、計算機等，可以實時收到配電間的實時運行數據，以及告警和預警信息。

智慧配電間巡檢系統拓撲結構如圖2所示。系統信息采集分為三部分，第一部分為10kV 側的電氣量信息，該信息通過RS485/網線，接入通信管理機，顯示在后臺監控子站系統，并可上傳至調控中心。通信管理機具備4G/5G 電力專網傳輸的功能，且將相關數據加密傳輸。第二部分為變壓器低壓電氣量、傳感器感知非電氣量信息，該信息通過控制電纜、RS485或無線方式接入智能融合終端內，融合終端通過無線專網或光纜等方式接入物聯網平臺主站。第三部分為智能機器人采集信息，該部分信息通過載波通信接入機器人站控系統，可實現配電間數據就地分析及控制。機器人站控系統信息實現一發雙收，一份通過光纜接入機器人遠程控制中心；一份通過正反向隔離裝置接入物聯網平臺主站。

圖2 智慧配電間巡檢系統拓撲圖

融合終端采集的信息上傳至物聯網平臺主站，數據融合進調控中心，后臺監控子站系統自調控中心獲取數據，就地顯示在子站系統內，實現就地數據分析及顯示。后臺監測子站系統可顯示全配電間的拓撲圖、電氣量參數、環境參數等，并可實現就地計算機監控系統控制。

1.3 智慧配電間巡檢系統通信組網

在通信組網中主要的通信模式包括通信專網和無線公網。無線公網通信方式雖然簡單，但該通信方式穩定性不強。采用無線公網進行特殊要求的電力訪問時，不能夠滿足其數據的安全性，容易導致數據的丟失和篡改，且容易受到天氣的影響。通信專網通信方式雖然信號穩定，安全可靠，但鋪設時間長，成本高。終端接入通信網中一般采用多種類型的通信方式，如光纖通信、電力載波、電力無線寬帶專網等；配電網公網的通信，則采用4G/5G 等通信技術與主站進行直接通信。

針對當前智慧配電網通信的需求，設計一種多維度的電力專網組網模式。該通信組網包括通信專網和無線公網兩部分組成。在該組網模式中，包括骨干通信網絡和接入通信網絡兩部分。其中，骨干通信網絡主要用于110kV/35kV 變電站和主站之間的通信；接入網絡則主要實現35kV 以下變電站和10kV 配電間至380V 用電的通信。骨干網絡主要是采用數據網或者是傳輸網模式。接入網中的信息全部匯聚到骨干層中，對信息的處理要高，并且數據傳輸的方式多樣[3-4]。電力專網組網方案如圖3所示。

圖3 電力專網組網方案

3 智慧配電間巡檢系統關鍵技術

3.1 環境監測

配電間環境監測主要包括溫濕度、水浸、火災報警、有毒有害及易燃易爆氣體檢測、視頻監控、門禁管理、燈光照明控制等。環境因素變化超過一定限值可實現與相關調節裝置和告警裝置聯動，并可實現本地和遠方的聲光電報警及應急聯動處理。通過采集配電間的環境狀態信息，實現對配電間調溫、通風、除濕、水浸、煙感、有毒有害及易燃易爆氣體泄漏等狀態信息實時監測，并控制配電室環境調節裝置，為設備提供良好的運行環境。

3.2 設備狀態監測

通過對配電間變壓器等重點設備的運行狀態、開關位置、電氣接點溫度等信息采集（如圖4所示），實現配電間電力設備實時運行狀態在線監測，包括設備狀態異常變化及缺陷告警信息提示等。傳感器監測到的數據以有線或無線的方式傳送到通訊管理機。通訊管理機是配電間環境監測的“中樞”，負責對配電間環境狀態與設備運行信息進行采集、傳輸與分析。實現傳感器設備與控制裝置之間的智能聯動，并將任務處理完成后的結果信息上傳至調控平臺，也會及時執行調控平臺下發的各項任務指令[5]。

3.3 安防監控

通過可見光攝像機，紅外監測系統，實現室內環境、設備實時狀態的可視化監視。輔助門禁監視實現防止陌生人侵入監測，也可以對室內電力設備實現遠程智能巡視。在智慧配電間巡檢系統平臺上實現設備自動監測、遠程監控、專家診斷、故障預警等智能化分析功能。

3.4 巡檢機器人

室內軌道智能機器人巡檢系統可輔助或替代人工進行室內設備巡檢。降低人工作業風險，有利于運維人員及時了解設備的實時運行狀態。機器人作為巡檢平臺通過搭載高清可見光攝像機和紅外等智能傳感器，沿吊裝軌道對電力屏柜等設備進行非接觸巡檢，實現室內電力設備全方位（無死角）、全自動智能化巡檢，獲取設備的圖像、狀態等重要信息（如圖5所示）。降低人工勞動強度，提高配電間設備巡檢的智能化水平，減少安全管理成本，提升企業的行業地位和社會形象[6]。

圖5 室內軌道巡檢機器人現場

4 智慧配電間巡檢系統特點和優勢

4.1 系統特點

一是數據可測化：實時監測配電間內電力設備，干路和支路電力線路，及室內環境的狀態。二是狀態可視化：以圖形化方式提供重點突出、條理清晰、趨勢直觀的監測數據展示。三是設備可控化：可智能聯動或遠程控制配電間內空調、攝像機、聲光電報警器等設備。四是功能多樣化：實現視頻、紅外、局放、溫濕度、聲音、有毒氣體采集與監測等多樣化功能。

4.2 系統優勢

通過應用智慧配電間巡檢系統對傳統配電房進行升級改造，增設水浸傳感器、噪聲傳感器、超聲波驅鼠器、無線測溫收發器、可見光攝像機、門禁控制單元、巡檢機器人等檢測手段，可有效實現配電間電氣設備和環境狀態的實時監測與控制。通過智慧配電間系統，運維人員可足不出戶完成對配電間巡查，減少運維人員的勞動強度，降低運維成本。將通過運維人員巡檢獲取配電房內部電氣設備和環境狀態信息的方式，改變為通過在線監測手段，實現對配電房內電氣設備和環境狀態信息的實時監測。

綜上所述，配電間智能巡檢系統實現對配電間重要設備、線路、環境等的運行監測及開關的遠程操作和控制，提高了配電間的運行可靠性和智能化水平。通過構建新型智能配電系統，將電網能源流、業務流、數據流實現更深層次、更高頻度的融合交互，為實現配電間數字化升級奠定了堅實基礎。