智能配電房建設方案分析

摘  要：配電房作為電力系統的重要組成部分，與電力用戶(hù)聯(lián)系密切，通過(guò)對智能配電房的總體建設方案和具體建設思路的分析，提出以SCADA(數據采集與監視控制系統)系統為核心，有效整合安防系統、門(mén)禁系統、環(huán)境監測系統以及一次設備狀態(tài)監測管理系統的智能配電房建設方案，打破數據壁壘，應用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數據分析等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現配電網(wǎng)運維的數字化轉型和智能化提升。

關(guān)鍵字：SCADA、智能配電房、電網(wǎng)運維

 

 

1.引言

 

       近20年我國的配電自動(dòng)化技術(shù)取得了長(cháng)足進(jìn)步，由就地控制(重合器、重合分段器、重合閘+自動(dòng)配電開(kāi)關(guān))的FA(饋線(xiàn)自動(dòng)化)，發(fā)展為通信及主站集中監控和故障處理(配電SCADA+FA)的DA(配電自動(dòng)化)、基于GIS離線(xiàn)配電管理的DMS(配電管理系統)、實(shí)時(shí)DA與基于GIS配電管理相集成的DA／DMS等多種基本功能模式。配電自動(dòng)化系統的完善和發(fā)展，在促進(jìn)電力企業(yè)安全生產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)供電、管理進(jìn)步、客戶(hù)服務(wù)等方面，取得了較好的效果。

       與此同時(shí)，配電自動(dòng)化系統也存在很多問(wèn)題，主要表現在以下方面：

       1)系統集成中存在孤島，各廠(chǎng)家監控系統不兼容，信息不能共享，沒(méi)有統一的界面，使用和維護復雜，使配電自動(dòng)化系統難以發(fā)揮作用；

       2)設備選擇盲目求新，無(wú)法取得整體優(yōu)化的效果；

       3)系統結構設計缺乏統籌兼顧，從而影響應用效果；

       4)設計缺乏長(cháng)遠策略，造成系統開(kāi)放性差，功能擴展難。

       配網(wǎng)自動(dòng)化經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，已經(jīng)初步形成以 FTU、DTU、智能臺區為代表的智能配電網(wǎng)絡(luò )。配電房自動(dòng)化套用功能單一的“三遙"監控和饋線(xiàn)自動(dòng)化功能的建設模式，已難以滿(mǎn)足智能配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展要求。配電房作為配電網(wǎng)的重要環(huán)節，存在運維人員數量不足且綜合素質(zhì)參差不齊、故障發(fā)現與處理不及時(shí)等問(wèn)題，同時(shí)現有的站所內環(huán)境、消防、門(mén)禁及設備運行狀態(tài)等參數實(shí)時(shí)性不高，無(wú)法做到事前預警、事中控制、事后分析的管理需求。因此，一種智能配電房管理系統應時(shí)而生，以有效整合安防系統、門(mén)禁系統、環(huán)境監測系統及一次設備狀態(tài)監測管理系統，為更安全、更智能的電力供應提供保障。

 

 

2.智能配電房總體建設方案

 

       基于上述配電自動(dòng)化系統的存在問(wèn)題現狀，規劃建設具有智能化配電自動(dòng)化水平的主干線(xiàn)路配電房，應充分考慮如下因素：

       1)主干線(xiàn)路開(kāi)關(guān)支持遠方遙控操作，有效縮短主干線(xiàn)路故障處理時(shí)間；

       2)配電房自動(dòng)化技術(shù)要避免系統功能設計單一，自動(dòng)化系統、安防系統等孤島建設而使信息不能共享的問(wèn)題；

       3)配電房自動(dòng)化設備要具有較高的性?xún)r(jià)比、較實(shí)用的功能，并具有開(kāi)放的系統集成功能；

       4)要充分考慮運行維護方便，減小設備體積，進(jìn)行模塊化設計，便于具有通信和自動(dòng)化基礎的人員維護管理，從而達到減員增效的目的。

        Acrel-2000E配電室綜合監控系統以智能控制為核心，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集成應用，實(shí)現配電室內配電設備運行環(huán)境的全天狀態(tài)監視和智能控制。系統由485通信和以太網(wǎng)通信混合組網(wǎng)，完成站端電力數據、視頻數據、環(huán)境數據以及安全防范等數據的采集和監控，適配于當下多種應用場(chǎng)景。

 

 

       智能配電房綜合管理系統的功能主要包括：

       智能門(mén)禁：所有門(mén)均配備磁力鎖或電控鎖，入室探測器，刷卡器，正對門(mén)的視頻監控。

       智能視頻監控：根據配電房的大小合理配置視頻監控，整個(gè)配電房。

       智能環(huán)境監測聯(lián)動(dòng)控制：在配電房安裝各種環(huán)境傳感器，監測配電站所環(huán)境，通過(guò)環(huán)境信息控制其相應的設備進(jìn)行工作。

       智能測溫：通過(guò)安裝在高低壓柜、變壓器接頭等位置的溫度傳感器對電纜及接頭溫度進(jìn)行監測。

       智能局放：在配電房?jì)劝惭b全向局放監測儀，監測局放情況，對發(fā)生異常的設備進(jìn)行“重癥監護"管理。 

       智能電能及設備狀態(tài)監測：實(shí)時(shí)監測及時(shí)發(fā)現故障，實(shí)現低壓開(kāi)關(guān)的電流、電壓、功率因數、電纜溫度等數據的采集。

       智能防凝露：實(shí)時(shí)監測，自動(dòng)除濕，有效解決開(kāi)關(guān)凝露問(wèn)題。 

       智能蓄電池監測：實(shí)現遠程自動(dòng)維護，節約大量人力物力，延長(cháng)電池使用壽命，大大減少每年電池報廢數量。

       在未來(lái)隨著(zhù)軌道巡檢機器人的廣泛應用可以加入軌道機器人巡檢，代替人工，在開(kāi)關(guān)室、GIS室和繼保室進(jìn)行可見(jiàn)光、紅外、局部放電、聲音等監測。

 

 

3.配電室智能監控系統軟件設計

 

3.1SCADA系統

 

       SCADA是指監控和數據采集，在電力配電房?jì)刃鑼?shí)現配電網(wǎng)“遙測、遙信、遙控"功能；實(shí)現配電網(wǎng)短路、接地故障監測，可通過(guò)主站實(shí)現故障定位；監測10 kV線(xiàn)路的負荷電流；監測配電變壓器的負荷；監測10kV開(kāi)關(guān)狀態(tài)；支持遙控功能，實(shí)現非故障段恢復供電，大幅縮短故障停電時(shí)間；實(shí)現遙控操作，減少運行人員操作次數，降低運行人員工作強度。還可通過(guò)安裝電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、高精度電流互感器及前端采集設備，對配電房?jì)冗\行設備的電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、電量、諧波等數據進(jìn)行采集，并上傳到系統數據中心進(jìn)行綜合分析。系統通過(guò)實(shí)時(shí)數據分析結果與歷史數據進(jìn)行大數據分析，預測和判斷目前電能質(zhì)量和設備運行狀態(tài)，從而實(shí)現故障快速定位、保障供電電能質(zhì)量。

 

3.2視頻監控系統 

       視頻監控是指將智能監控系統前端的監控攝像頭所記錄和采集到的音視頻材料通過(guò)信號線(xiàn)傳遞到硬盤(pán)錄像機上，然后由硬盤(pán)錄像機經(jīng)過(guò)初步判斷和處理后就傳遞到監控平臺。通過(guò)智能攝像頭與系統的人工智能分析，實(shí)現智能視頻監控功能，從而完成移動(dòng)偵測、圖像自動(dòng)上傳、實(shí)施遠程監控和智能分析等應用場(chǎng)景。當有人員或小動(dòng)物在監控畫(huà)面內移動(dòng)時(shí)，攝像頭自動(dòng)捕捉移動(dòng)物體，自動(dòng)啟動(dòng)錄像功能，并保存在硬盤(pán)錄像機內；當配電房?jì)绕渌到y存在門(mén)禁、凝露等告警信息時(shí)，系統會(huì )自動(dòng)進(jìn)行智能聯(lián)動(dòng)，對監測點(diǎn)進(jìn)行錄像取證；運維人員可以遠程調閱視頻信息，也可以實(shí)時(shí)查看配電房?jì)鹊沫h(huán)境情況和設備工作狀態(tài)。

 

 

3.3環(huán)境監控系統 

 

       環(huán)境監控子系統通過(guò)在配電房安裝部署溫、濕度傳感器、有害氣體監測裝置（SF6傳感器、CH4傳感器、CO 傳感器、03傳感器）、煙霧傳感器、水位傳感器等多種傳感器，實(shí)現配電房?jì)拳h(huán)境信息的實(shí)時(shí)采集、儲存、整理、上傳等操作，并通過(guò)系統內部信息共享和判斷策略，進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，完成對配電房環(huán)境的動(dòng)態(tài)監測和控制。運維人員通過(guò)系統對溫濕度、氣體監測、煙霧和水位等信息進(jìn)行閾值設定，當發(fā)生越，系統將自動(dòng)彈出相應的報警事件，同時(shí)產(chǎn)生報警事件進(jìn)行記錄、存儲，并智能聯(lián)動(dòng)空調、排風(fēng)系統、水泵等設備，對配電房環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)調節，保障配電房?jì)仍O備運行環(huán)境安全。

 

 

3.4無(wú)線(xiàn)測溫系統 

無(wú)線(xiàn)測溫系統由收發(fā)器和傳感器兩部分組成，配電房?jì)鹊母邏汗竦哪妇€(xiàn)連接處、隔離刀閘或觸頭處、變壓器低壓出線(xiàn)處及低壓柜大電流匯流排除均是發(fā)熱的敏感部位、這些部位也是巡視人員巡檢時(shí)監測的重點(diǎn)。通過(guò)安裝在高低壓柜、變壓器接頭等位置溫度傳感器對電纜及接頭溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并把測量結果通過(guò)網(wǎng)絡(luò )上傳到監控中心數據庫服務(wù)器，通過(guò)軟件分析能夠對溫度過(guò)高發(fā)出告警信息，系統還可以根據歷史溫度曲線(xiàn)對比判斷，根據發(fā)熱設備運行狀態(tài)進(jìn)行分析，提前進(jìn)行設備防護，實(shí)現溫度故障的早期預測，防患于未然。

 

 

       無(wú)線(xiàn)測溫系統可采用ATE400無(wú)線(xiàn)測溫傳感器搭配ATC600接收裝置，實(shí)現配電房?jì)鹊碾姎夤竦臏囟仍诰€(xiàn)監測功能，該傳感器為非電池供電（采用感應取電方式供電），采用470MHz無(wú)線(xiàn)頻率傳輸；傳感器正常工作啟動(dòng)電流需≥5A；在線(xiàn)測溫范圍-50 ℃～+125 ℃；溫度采樣頻率：15s；數據發(fā)射頻率：15s；溫度采樣精度：±1℃；正常工作溫度宜-40 ℃～+85 ℃；工作電流：一次額定電流5000 A；溫升要求：在額定工作條件下，裝置不應達到可能影響開(kāi)關(guān)柜一次設備絕緣及被測點(diǎn)正常工作的溫度，裝置的電流互感器線(xiàn)圈通過(guò)1250 A，30 min，環(huán)境溫度為20 ℃時(shí)，無(wú)線(xiàn)溫度傳感器表面溫升不應超過(guò)10 K。傳輸距離：空曠距離不大于150米。ATC600接收裝置一臺可接受240只無(wú)線(xiàn)測溫傳感器，在不同類(lèi)型結構的配電房?jì)纫部梢酝ㄟ^(guò)無(wú)線(xiàn)中繼模塊實(shí)現無(wú)線(xiàn)測溫數據傳輸，解決施工布線(xiàn)難題。

 

3.5其他 

       除了上述幾個(gè)系統外，其還有空調監控、門(mén)禁管理等系統模塊?？照{監控是用于監測各類(lèi)機型的空調設備，并且具有檢測和重試等調節空調運行狀態(tài)的功能，從而有效的提高了其可靠性和安全性，降低其由于死機或者是停機造成的損害。將配電房所有門(mén)配備磁力鎖或者電控鎖、入室探測器、刷卡器、正對門(mén)的視頻監控裝置。利用智能配電房綜合管理系統的數據共享和智能聯(lián)動(dòng)機制，實(shí)現門(mén)禁授權、遠程操作、刷卡記錄、抓拍記錄、智能報警、照明控制功能。各個(gè)監控模塊都由監控室進(jìn)行控制與數據集成，相互聯(lián)動(dòng)的系統進(jìn)行協(xié)同合作，從而達到對配電室的監控和管理。

 

 

4.Acrel-2000E配電室綜合監控系統

 

       Acrel-2000E配電室綜合監控系統通過(guò)監控系統平臺和監控終端，實(shí)現智能開(kāi)關(guān)柜柜運行監控、高壓開(kāi)關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監控、母線(xiàn)測溫監測、電纜測溫監測、環(huán)境監測、有害氣體監測、安防監控、采暖通風(fēng)、門(mén)禁、燈光、風(fēng)機、除濕機、空調控制等功能。實(shí)現動(dòng)力環(huán)境各數據的檢測與設備控制，實(shí)現動(dòng)力環(huán)境優(yōu)化，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長(cháng)設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過(guò)高，同樣實(shí)現配電動(dòng)力環(huán)境的分布式遠程管理。系統架構由站控管理層、網(wǎng)絡(luò )通訊層和現場(chǎng)設備層構成。

 

 

       系統功能需求：

       1）數據采集及處理：通過(guò)間隔層設備實(shí)時(shí)采集現場(chǎng)配電室溫度、濕度、SF6、O2、O3、煙霧、門(mén)禁及電表等數據；

       2）畫(huà)面顯示：配電房環(huán)境溫濕度、氣體（SF6、O2、O3等）含量、配電開(kāi)關(guān)狀態(tài)、漏水/水浸、煙霧、門(mén)禁等的實(shí)時(shí)信息、視頻、各測量值的實(shí)時(shí)數據、各種告警等信息。

       3）記錄功能：具有溫濕度、氣體（SF6、O2、O3等）含量、電壓、電流、功率、電能以及事故、告警事件等各種歷史數據的存儲功能，以供查詢(xún)、分析、打印。

       4）報警處理：系統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警?？梢蕴峁┧姆N告警方式：監控界面彈窗告警；實(shí)時(shí)語(yǔ)音告警，系統能夠對所有事件發(fā)出語(yǔ)音告警；短信告警，可以向發(fā)送告警信息短信。

       5）曲線(xiàn)分析功能：可以曲線(xiàn)形式展示監控系統的溫濕度、氣體（SF6、O2、O3等）含量、電壓、電流、功率等數據，以便分析其當前運行狀態(tài)及有關(guān)歷史趨勢。

       6）報表統計功能：通過(guò)報表，可以方便分析供電系統及各回路運行參數，形成運行日報、月報、電能統計日報、月報、年報。

       7）遠程運維功能：Acrel-2000E配電室綜合監控系統可將現場(chǎng)采集信息上傳企業(yè)電力運維云平臺，企業(yè)運維人員可遠程運維，構建智能運維體系，開(kāi)發(fā)智能運維應用，實(shí)現配電房智能分析、故障預測、智能巡查、智能派單、故障知識庫構建等功能，使配電室運維更加智能高效。

針對不同類(lèi)型結構的配電房應用場(chǎng)景，Acrel-2000E配電室綜合監控系統有不同的應用，常規新建配電房可通過(guò)采用現場(chǎng)并柜的方式用Acrel-2000E/G方案，通過(guò)組屏方式在屏柜上集成各個(gè)子系統模塊，使整個(gè)配電房看上去整體化一。針對改造或前期空間較緊張項目可采用Acrel-2000E/B的壁掛箱方案，壁掛箱方案小巧，適用于多數應用場(chǎng)景，在有限的箱體內保留主要的輔助監控需求。

 

 

5.總結

 

       智能配電房有效地集成了電力系統的SCADA系統、視頻監控系統、門(mén)禁系統、環(huán)境監測系統及一次設備狀態(tài)監測管理系統。其建設為實(shí)現更加智能和更高質(zhì)量的電力供應提供了可靠的實(shí)驗平臺和理論探索。

 

 

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