淺談智能化配電室在居民小區(qū)的建設應用

摘要：近年來居民小區(qū)配電室的數(shù)量增長快且設備情況較復雜，以致巡查效果不理想、缺陷和事故處理不及時，亟需建立套智能化的配電室監(jiān)控系統(tǒng)。按照實用性、統(tǒng)性、分層和模塊化設計等原則，提出了“三層八縱”的建設方案．即由遠方層、中間層和本地層組成層次結構，構建門禁、電氣量遙測、電氣量遙信、溫濕度監(jiān)測、視頻、遙控遙調(diào)、直流和繼電保護8個子系統(tǒng)。該方案層次結構清楚、功能模塊化且易于擴展，具有較強的實用性。

關鍵詞：配電網(wǎng)；智能化配電室；建設方案；功能子系統(tǒng)

引言

    配電系統(tǒng)位于電力系統(tǒng)的末端，起到向用戶供應和分配電能的作用。由于我配電系統(tǒng)起步晚，長時間得不到重視，加之經(jīng)濟社會發(fā)展迅速，用電量急劇增加，配電系統(tǒng)已成為我電力系統(tǒng)可靠運行薄弱的環(huán)節(jié)。雖然近年來推廣實施的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)顯著提高了線路部分的可靠性，但配電室和變壓器的管理仍存在問題，尤其是居民小區(qū)配電室的運維管理存在諸多困難。

    近年來小區(qū)配電室數(shù)量激增，與運維人員數(shù)量嚴重不對稱，導致巡查周期增長、巡查效果不理想；與柱上變壓器、箱式變壓器不同，小區(qū)配電室通常位于地下。且變電容量較大，般由1個配電室和1—3個分配電室組成。總容量般在5 000—12 000 kVA之間，停電影響范圍大，增加了運維難度；設備多且情況復雜，除配電變壓器外，還有中低壓進出線、中低壓開關柜、中低壓母線、并聯(lián)電容、直流、繼電保護等多種設備；故障處理、雙電源切換不及時，造成電梯困人、火災系統(tǒng)失電等情況時有發(fā)生，客戶投訴和安全形勢突出。

    利用傳感技術、通信技術和計算機技術實現(xiàn)對供配電系統(tǒng)的遠方監(jiān)控，已進行過諸多有益的探索。設計了配電變壓器監(jiān)控裝置，ITI’U，實現(xiàn)對變壓器電壓電流信號的遙測，設計了對配電室溫濕度、煙霧、明火、水位等環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，設計了10 kV開關設備的SF。氣體量的監(jiān)測，文獻[9]開發(fā)了針對低壓設備檢測和控制的系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)大都單獨設計、相互獨立、各自為政。它們的通信方式采取現(xiàn)場總線m2’9]、GPRS／GSM E3。5]或VPNC6]中的種。相互間也難以兼容。

    提出套“三層八縱”的小區(qū)配電室自動化系統(tǒng)建設方案，具備完整統(tǒng)的功能，通信方式也可靈活地兼容多種通信方式。

1 基本思路

1.1 設計原則

實用性原則。根據(jù)配電網(wǎng)基礎薄弱、信息化水平較低、運維人員與配電室數(shù)量又嚴重不對稱等特點，智能化配電室的設計應立足當實際，堅持實用為先的原則，從實際需求出發(fā)，以減少人工、降低維護費用、提高供電可靠性和供電質(zhì)量為目標。當實用性有沖突時。當應堅持實用的原則。

統(tǒng)性原則。雖然以往對配電室自動化運維也進行過諸多探索，如溫濕度遙測、負荷監(jiān)控等，但它們都相互獨立，沒有統(tǒng)的信息平臺，使用不方便，且不便于對相關數(shù)據(jù)進行統(tǒng)分析。智能化配電室應堅持統(tǒng)設計原則．做到接口多樣化、系統(tǒng)開放化、數(shù)據(jù)集成化。

分層和模塊化設計原則。具體設計方法上，縱向結構應按分層原則設計，橫向結構應實現(xiàn)模塊化。所謂縱向結構是指配電室從基礎設備到后臺系統(tǒng)的層級結構，橫向結構是指實現(xiàn)監(jiān)視、控制和分析功能的不同子系統(tǒng)。

分期建設原則。根據(jù)現(xiàn)有小區(qū)配電室數(shù)量多且運行中的設備情況復雜、各類智能化子系統(tǒng)實現(xiàn)難易程度差別較大．以及當還處于智能化建設起步階段等特點，對智能化子系統(tǒng)宜堅持統(tǒng)設計、分期建設的原則．對那些實現(xiàn)難度大、投入費用多、運維要求高、實用性稍弱的子系統(tǒng)或功能可在今后逐步實現(xiàn)。分期建設的好處在于：減少投資、積累平臺系統(tǒng)的維護經(jīng)驗、消除顧慮、提高改造覆蓋率以惠及更多用戶。

平臺建設適度超原則。具體功能上分期實現(xiàn)，但實現(xiàn)平臺應適度超，以保證向后的兼容性。這些平臺包括：軟硬件平臺、接口平臺、通信平臺和用戶界面等．使分期建設的各子系統(tǒng)能夠集成和統(tǒng)。

1．2總體框架

“三層八縱”的建設方案如圖1所示，即“2項需求目標、3個建設層次、8個模塊化子系統(tǒng)”。

圖1 “三層八縱”建設方案

2項需求目標為巡查管理的需求、預警報警的需求，均分為本地實現(xiàn)和遠方實現(xiàn)兩種模式。3個建設層次為本地層、通信層、遠方層。本地層包括安裝在配電室內(nèi)的本地計算機和各類感應傳感設備；通信層采用光纖或無線通信技術；遠方層為遠方計算機。

8個子系統(tǒng)為門禁系統(tǒng)、電氣量遙測系統(tǒng)、溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)、電氣信息遙信系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、遙控遙調(diào)系統(tǒng)、直流監(jiān)視系統(tǒng)、繼電保護監(jiān)視系統(tǒng)。其中5個為基本系統(tǒng)，現(xiàn)階段可以全部實現(xiàn)，后3個系統(tǒng)可后續(xù)逐步實現(xiàn)，但這些系統(tǒng)內(nèi)的些子功能也可考慮在現(xiàn)階段實現(xiàn)。

2 建設層次

   根據(jù)設備處于的地理位置和功能，劃分了遠方層、中間層和就地層，它們各自包括的主要設備和應實現(xiàn)的功能如表1所示。

表1 3個建設層次及其功能

中間層聯(lián)系著遠方層和就地層，實現(xiàn)雙向通信。通信模式有召喚和觸發(fā)兩種模式：召喚模式主要滿足巡查管理的需求．數(shù)據(jù)路徑是“遠方層中間層就地層中間層遠方層”，其特點是數(shù)據(jù)量大、實時性不高、對數(shù)據(jù)丟失不敏感；觸發(fā)模式主要滿足報警預警的需求，其特點是數(shù)據(jù)量小、實時性高、對數(shù)據(jù)丟失敏感，因此實行數(shù)據(jù)重發(fā)確認機制．即遠方層收到信息后應告知就地層“已收到”，否則就地層將重發(fā)信息，其數(shù)據(jù)路徑是“就地層中間層遠方層中間層就地層”。

遠方層與就地層均有計算機，但它們是有顯著區(qū)別的，主要表現(xiàn)在：就地計算機需要在高溫、潮濕的環(huán)境中保持長時間正常運行，因此需要達到工業(yè)級計算機的要求：就地計算機需要記錄大量原始數(shù)據(jù)，但對數(shù)據(jù)分析的功能要求不高。遠方計算機則應具備強大的數(shù)據(jù)集成運算、自動分析、智能判斷的功能；遠方計算機的輸入輸出設備要求高于就地計算機。

就地層計算機向下聯(lián)系著各子系統(tǒng)．將定期記錄并保存各類監(jiān)控數(shù)據(jù)，包含多種類型的接口，數(shù)量多、有預留并易擴展。它向上聯(lián)系著中間層，接口應統(tǒng)、帶寬高、易于升級。由于有就地層計算機定期保存監(jiān)控數(shù)據(jù)，為減少數(shù)據(jù)流量、保持通信暢通、保證重要的報警預警信息能及時送達，與以往各類實踐不同.本系統(tǒng)對般的運維數(shù)據(jù)只實行召喚模式，不進行自動發(fā)送。

3 各功能子系統(tǒng)

在上述3個建設層次的總體框架下，按功能劃分了8個子系統(tǒng)，其包含的設備和功能如表2所示。

表2 8個子系統(tǒng)及其功能

各子系統(tǒng)的硬件雖然都屬于就地層，但其相關的通信、軟件系統(tǒng)卻貫穿了中間層和遠方層，因此本方案可以總結為“三層八縱”，即從橫向上看是3個建設層次，縱向上看是8個子系統(tǒng)。

各子系統(tǒng)間是相互關聯(lián)、并非相互獨立的。例如超溫、跳閘等情況也應啟動門禁系統(tǒng)的燈光報警裝置。此外，各系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)也應實現(xiàn)集成運算和綜合判斷。

4 安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型

4.1簡介

安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)配電室實際情況，結合多年的變電站和配電室的運行管理經(jīng)驗，自主研發(fā)了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能開關柜運行監(jiān)控、高壓開關柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監(jiān)控、母線測溫監(jiān)測、電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控、采暖通風、門禁、燈光、風機、除濕機、空調(diào)控制等功能。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設備控制，實現(xiàn)動力環(huán)境化，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，延長設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過高，同時實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。

4.2系統(tǒng)功能

4.2.1 通信管理

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以完成對整個配電室范圍內(nèi)的通信設備進行管理、添 加、刪除、控制和數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。

4.2.2實時監(jiān)測

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實時顯示有關故障、告警等信息。

4.2.3 數(shù)據(jù)查詢

在人機界面中，可以直接查看配電室個設備的運行數(shù)據(jù)。

4.2.4曲線查詢

在曲線查詢界面，可以直接查看遙測參量曲線，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線。

4.2.5運行報表

查詢配電室內(nèi)設備的運行數(shù)據(jù)報表，包括日報表、月報表、年報表和查詢報表等。

4.2.6實時告警

科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)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。告警如右圖所示：

4.2.7 歷史事件查詢

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)能夠對產(chǎn)生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。

4.2.8 用戶權限管理

為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。

4.2.9網(wǎng)絡拓撲圖

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構。可在線診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

4.2.10遙控操作

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備進行遠程遙控操作。

4.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)配置選型     

5 結語 

   堅持平臺建設適度超原則。在本地層設置了本地計算機，集成各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可就地存儲查看，也可發(fā)送到遠程計算機。對本地數(shù)據(jù)進行集成，統(tǒng)存儲、適時發(fā)送，避免各自為政，節(jié)約了通道；本地計算機有多種接口，便于子系統(tǒng)及功能擴展；可實現(xiàn)就地調(diào)用和查看數(shù)據(jù)；便于對采集的各種數(shù)據(jù)進行綜合運算分析，提供計算機輔助決策。缺點是次性硬件投入較大。

根據(jù)實現(xiàn)難度進行分級。立足當，放眼將來，以實用性為依據(jù)進行分期建設。減少當期投資；積累平臺設備運行管理經(jīng)驗；與當運維水平相符合，人員不需進行過多培訓即可掌握；堅持了整體布局。缺點是分期建設的投資總和大于次性建設的投資。

概要性地提出了運維管理和預警報警兩個核心需求。其中，運維管理針對日常性的巡查檢查，采用計算機自動記錄、人工調(diào)用的方式，目的在于節(jié)省人力物力：預警報警針對突發(fā)的不正常或緊急情況，采用計算機自動判斷、自動報警的方式，提示運維人員及時排除不正常或緊急情況。抓住了核心要求，所有子系統(tǒng)都為這2個核心要求服務：有本地和遠方2種輸出方式。缺點是對不正常或緊急情況仍需人工處理．暫未提出由計算機自動處理部分不正常或緊急情況的要求。

對軟件模塊化設計、圖形化顯示的要求適應發(fā)展。遠方和本地計算機均要求有圖形化顯示，現(xiàn)階段至少應有次接線圖、關鍵點電壓電流及溫濕度、門禁等信息，可控制風機等設備，界面應達到現(xiàn)有配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的信息顯示要求。可以從子系統(tǒng)和設備兩個維度查看信息，方便調(diào)閱；模塊化設計，方便刪減軟件內(nèi)容。缺點是對軟件設計要求高。

對所有基礎數(shù)據(jù)進行了集中，具備了進行數(shù)據(jù)分析的能力。此模式下本地和遠程計算機集中了所用數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)篩選、分析和決策也是未來主電網(wǎng)的發(fā)展的方向。由于進行了數(shù)據(jù)集中，因而只需在計算機上增加數(shù)據(jù)處理程序即可；單個配電室的整體數(shù)據(jù)量不大，集中處理可以滿足處理速度的要求，投資較分布式處理、云處理較小；短期來看，可取代部分運維工作，如定時記錄負荷、溫度等信息，中期來看，自動處理部分不正常或緊急狀況，如對白天超負荷運行的變壓器可在夜間自動調(diào)整負荷，長時間來看，計算機智能可取代人工。缺點是易造成數(shù)據(jù)丟失

參考文獻：

劉沛騫，陳俊杰，王成文，等．基于GPRS的配電變壓器實時監(jiān)控體化系統(tǒng)[J]．電網(wǎng)技術，2005，29(6)：82—84．

呂 平，向珉江，趙 螈，馬 強，曹貴明.居民小區(qū)智能化配電室建設方案探討統(tǒng)設計

安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)2020.04版

作者簡介：繆建梅，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電氣防火限流式保護器的研發(fā)與應用