配電房智能運行系統在物業居住區中的設計與應用

摘 要：介紹了居住區配電房智能運行系統的研究解決方案和現場實踐。通過研究確定配電房內各類設備基于IEc61850標準的模型和新研制開發的支持IEC 61850協議的配電房智能信息終端，實現配電房信息的智能傳輸、處理．實現各類設備的即插即用、信息共享。通過開發面向全地區的配電房分布式智能運行平臺．包括智能運行控制系統和智能運行輔助系統，解決了大量配電房無人值班的安全和經濟運行問題．且社會經濟效益顯著。

關鍵詞：智能運行系統；小區變；IEc 61850：智能信息終端

0引言

  目各地供電部門對于大量存在的居住區配電房(以下簡稱小區變)，全部采用無人值守、定期巡視的運行模式，基本上沒有統的遠程監控管理。隨著高層住宅的大量出現和居民生活水平的提高．對配電系統安全可靠供電的要求也越來越高．但供電部門往往難以及時發現小區變運行中出現的問題．當配電設備故障停電的時候．只有用戶報故障后才能安排配電檢修人員到現場查找故障點并排除故障．這個處理過程時間長．影響對客戶的供電服務．是小區變運行維護部門比較煩惱的問題。如果能在設備故障停電發生時立即將告警信息發送到運行維護部門就可以大大加快故障處理的過程．降低故障造成的經濟損失。同時，小區變般會有2臺以上的主變，每臺主變的輕重載情況在不同時期和不同季節是不樣的。對大量小區變的經濟運行問題．靠人工去監測和操作控制是不可能實現的任務。要運行好小區變．就需有符合現代管理體系要求的小區變智能監控系統。參考當110 kV以上無人值班變電站的各類監控和輔助系統標準規范…，研發簡單、可靠、智能化的居住區配電系統集成監控系統應該是可行的方法。

1系統研發的目標和難點

  先研發符合IEC 61850協議的小區變內設備監控、消防、安防、視頻監控、環境控制等系統的技術標準和信息傳輸協議：其次研發出集成有以上各類系統功能和具備信息分層分類管理功能的智能化小區變子站：開發出能與配電自動化系統集成的小區變體化智能信息監控平臺．對采集的信息數據進行篩選、分析。對出現的各類問題自動告警，實現居住區配電系統安全經濟運行，保證供電電壓質量。且需要解決的難點有：

(1)解決小區變內各類信息的本地采集、處理和存儲．只將正常運行維護有用的信息上傳至監控中心．減少各類信息上傳量．保證千數量級的小區變在同時上傳信息時滿足實時監控的要求。

(2)小區變內的智能信息監控終端功能在滿足系統功能需求的提下，裝置要簡單可靠．能通過遠程自動控制，實現長時間免維護運行。

(3)提出基于IEC 61850協議的規范統．滿足系統功能要求并可擴展的小區變設備模型。

(4)開發智能、實用、界面友好、主站和子站的功能能靈活配置的小區變運行監控平臺。

2解決方案介紹

2．1信息采集傳輸

  通過減少信息冗余．保證有用關鍵信息的及時上傳，后臺軟件采用JAVA語言開發，構架為C／S方式．實現對視頻、門禁、SCADA、安防等設備的數據采集，并滿足數據的智能分析要求。針對小區變目能夠采集的數據進行梳理[2]，根據各類數據的作用進行分類．有運行負荷監控、故障原因分析、環境監視監測、工作提示、警示信息等；再確定需要主動上傳的信息、被叫上傳的信息、當地保留供查的信息等：同時對主動上傳信息的重要程度進行分類．同樣對被叫上傳的信息和下發信息也進行分類：按重要性基本確定9類數據先級．保證各類重要緊急數據的響應時間。系統設計中．在采集機中對任務按先級管理．每個通訊信道都有組先級隊列．通訊信道總是給予先級高的任務先執行且擁有更多的執行時間．先級低的任務滯后執行且獲得的執行時間較少。如表1所示。

表 先級定義9級

2．2智能信息監控終端

  依據基本、必要的原則，確定智能信息監控終端功能的實現功能．盡量減少終端的元器件數量．加強集成度。實現智能測控功能；規約轉換、信息轉發功能；智能信息處理功能。智能終端負責小區變所有設備和智能終端的接人．站控層通信采用以太網通信方式．站控層通信協議采用MMS規約．以滿足智能電網所要求的符合IEC 61850的各種智能終端的接人：智能終端與主站的通信協議采用IEC 870—5—104協議．且滿足多主站鏈接。

  按設備就地安裝原則出發．智能測控單元作為智能終端的部分，可滿足10 kV線路、主變高低壓側、0．4 kV線路的保護測控功能．同時能夠采集直流系統、火災告警系統等小系統的電氣量接人。智能測控單元可通過靈活的圖形化組態功能實現用戶所需要的四遙功能，用戶可根據需求．自定義智能測控單元的配置，較之傳統的測控裝置更具智能化和靈活性。智能終端裝置內程序以RTDB(Real．time Database)實時數據庫為核心．按規約生成任務．各任務間數據以數據庫RTDB進行相關交互操作．通過共享內存傳輸四遙信息和其他信號．相關數據的操作通過DataView實現。RTDB控制所有進程啟停．RTDB運行時．讀取配置文件數據．生成相應的規約任務．并記下相應的程序旬柄，當系統關閉時，RTDB發出信號．使各進程結束。規約般分為3種形式：(1)上行類．與主站通信的規約，如IEC 104，IEC 10l；(2)下行類，與二次設備通信的規約，如MMS客戶端、IEC 103客戶端：(3)上行／下行類(轉發類)，負責數據轉發的規約．如虛終端等。智能終端裝置內數據流程如圖1所示。

圖1智能終端裝置內數據流程

2．3系統的技術標準和信息傳輸協議

  按照IEC 61850協議的規范，定義小區內各類設備符合ⅢC 61850協議規范的信息，保證小區內各類設備的即插即用和信息共享。先收集配電生產運行、維護和管理等各類人員對小區變內設備的信息需求；確定各設備的自身運行信息、提供運行人員監控信息、提供檢修人員維護信息、提供管理人員分析信息等四類信息：再經過合并，篩選出集進行定義。共制定了18類設備的信息模型．舉例如下。

(1)DTU完成小區變測控功能，測控CID文件模型如圖2所示。

圖2 DTU測控CID文件模型

物理設備(PD)名稱為CS5612D，其中包含3個邏輯設備(LD)，分別為保護、測量、控制，整體實現功能(F)為小區變測控。數據信息具體如圖3所示。

圖3 DTU測控數據信息

1個DTU可以采集多條線路或其他設備數據量。以上數據信息的邏輯節點(LN)配置參考DL／T 860—7_3、7．4執行。

(2)對于小區變內的各類輔助設備．設計定義輔助設備CID文件模型，如圖4所示。

圖4輔助設備CID文件模型

  物理設備(PD)命名按各廠家定義，要求能說明設備用途和在小區變內設備編號．如2號主變溫度采集設備可定義為“BYQ TMP2”．2號直流屏可定義為“ZLP2”。物理設備下邏輯設備(LD)分為三類：

①保護類LD．命名為PROT，該LD下設置4個數據集：保護動作(dsTrip)，告警(dsAlam)。開關量(dsRelayDin)，定值(dsSetting)。具體引用數據按DL／T 8607定義。

②測量類LD．邏輯節點引用數據按DL／T860—7定義。

③控制類LD．該LD下設置遙控節點．按DL／T860—5規定采用CSWI命名。

2．4智能實用的運行監控平臺

  大量的小區變需要同時監控，個智能實用的運行監控系統平臺才能解決這些問題。設計的監控平臺分主站端和當地端兩層。通過當地端系統就具備定的功能．盡可能減少信息的上傳，減少大量冗余信息上傳和處理對主站性能的影響：通過分布式的功能實現模式，減少主站端出現問題時對大量小區變運行可靠性的影響。通過合理分配系統平臺的處理能力．實現智能化的小區變運行控制系統和運行輔助系統功能。

(1)智能運行控制系統的當地端主要通過SCADA系統實現電氣設備的監視，監視高、低壓設備的電壓電流和變壓器的負荷狀況．監視變壓器的油溫等參數。正常數據保存在小區變內當地端的硬盤中．異設備模型在主站端系統中建立、修改，再同步到當地端．系統智能控制策略和規則由主站端系統自動生成．定期同步到當地端系統中。智能運行控制系統的當地端系統能實現小區變內智能控制電容器投切、智能控制主變投退、合理調節潮流、自動控制電壓，達到節能降耗的目的．并具有自動故障隔離和恢復的功能。當地端系統只在各項操作完成后才將操作過程和結果上傳主站端監控平臺．通知監控人員。

(2)智能運行輔助系統的當地端實現消防報警系統和環境溫濕控制系統的功能．只將異常信息上報主站端的監控平臺。而視頻監控系統和門禁系統的功能主要由主站端來完成．通過視頻監控和門禁管理實現小區變的安全保衛功能。

3研發過程中遇到的問題及解決

3．1設計部署中的問題及解決

  電網中小區變數量遠大于變電站數量．若采取技術成熟的集中式監控系統部署．將造成小區變主站系統采集處理的數據量是變電站的數倍甚至數十倍。以揚州供電公司現有的變電站集中式監控系統主站的服務器群及通信支撐設備的部署規模看來．要建成全揚州區域小區變的集中式監控系統且滿足每月10個以上小區的增加量．主站系統建設規模預計是現有規模的3～5倍，投人太高，不具備推廣價值。且如此龐大的主站規模勢必對日后的二次系統運行維護帶來壓力。

  為解決上述難點問題．考慮到小區變各類信息的重要程度是有分別的．選擇對小區變采取集散式監控系統的部署方案。將主要的數據分析處理工作交由各小區變子站端分散處理完成．正常運行時僅向主站發送少量數據，在收到主站訪問及調用命令時．子站再集中上送數據包故障、異常或輔助系統調整運行方式時，子站系統主動上送電流、有功曲線、開關變位等異常信息到主站．便于監控人員分析掌控。實踐后表明目小區變主站監控系統單臺服務器配置．就可以滿足對5 000個以上子站系統的管理。

3．2現場應用發現的問題及解決

  智能監控終端要求具有數據篩選、智能分析與計算、數據遠傳功能．且具有測控功能以滿足消防、安防、環境溫濕度接人功能。在裝置初期設計節點．未考慮4～20 mA小信號接入．而在現場施工時．發現無法滿足了干變溫度和環境溫濕度的接人．因此重新更改了智能監控終端模擬量輸人板設計。在工程施工中，“聲光告警”、“LED燈控制”、“布防信號燈控制”都通過智能監控終端直接開出控制．而這些設備的電源電壓等級不盡相同．給設計上帶來了麻煩．考慮到設備的批量化生產．此類設備的控制就通過智能監控終端配合外接繼電器完成，從而確保設備的統性。

3．3 lEC 61850規約應用時發現的問題及解決

  在實施過程中．發現有的二次設備雖然滿足IEC61850要求．站控層通信采用MMS規約．但對MMS規約的支持不盡完善．遙測報告控制塊在連接斷開的情況下使能標記不能夠復歸．而使智能監控終端再下次使能請求時失敗．因此要求相關的測控設備廠家對程序作修改．從而滿足工程需要。在項目施工中，有些小系統設備如直流、干變溫度等不能提供針對MMS規約的支持，因此對這些設備，智能監控終端對此進行協議擴充．使這些設備滿足接人要求．項目組對這類設備進行了基于匝C 61850的數據建模．為今后類似設備的接入提供了支持依據。

4 安科瑞配電室環境監控系統的介紹與選型

4.1簡介

  安科瑞電氣股份有限公司根據配電室實際情況，結合多年的變電站和配電室的運行管理經驗，自主研發了安科瑞配電室綜合監控系統，實現了智能開關柜運行監控、高壓開關柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監控、母線測溫監測、電纜測溫監測、環境監測、有害氣體監測、安防監控、采暖通風、門禁、燈光、風機、除濕機、空調控制等功能。實現動力環境各數據的檢測與設備控制，實現動力環境化，避免運行環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，同時實現配電動力環境的分布式遠程管理。

4.2系統功能

4.2.1 通信管理

  安科瑞智能配電室綜合監控系統可以完成對整個配電室范圍內的通信設備進行管理、添加、刪除、控制和數據的實時監測。

4.2.2實時監測

  安科瑞智能配電室綜合監控系統人機界面友好，能夠顯示配電室設備的運行狀態，實時監測配電室環境參數信息，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 數據查詢

  在人機界面中，可以直接查看配電室個設備的運行數據。

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

  查詢配電室內設備的運行數據報表，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控系統具有實時告警功能，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控系統能夠對產生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和進行歷史追溯、查詢統計、事故分析。

4.2.8 用戶權限管理

  為保障系統穩定運行，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授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的保障。

4.2.9網絡拓撲圖

  安科瑞智能配電室綜合監控系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構。可在線診斷設備通信狀態，發生網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控系統可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。

4.3Acrel-2000E/B配電室環境監控系統配置選型

5結束語 

  系統的總體架構按照集中和分散模式設計．功能設計覆蓋了居住區配電采集與應用的整個過程。建成了全IEC 61850標準化設備的體化智能信息監控小區變和套基于居住區配電系統典設的體化智能信息監控平臺．并成功投入應用．經半年多的運行證明，系統運行穩定可靠。達到了預期的建設目標。為居住區配電體化管理模式創新進行了有益的探索。通過居住區配電房智能運行系統的研究和現場應用．解決了配電房內各類設備基于IEC 61850標準的模型建立問題．解決了信息的分層分類、智能傳輸和處理問題，實現各類設備的即插即用、信息共享。

  隨著相關技術的進步．可進步提高體化智能監控終端的集成度和可靠性．提升終端信息采集、處理的智能化水平．實現裝置自適應、自愈和免維護的運行目標。解決信息分區運行安全問題，實現小區營配信息的統、傳輸。在推廣應用過程中將不斷完善系統主站和智能終端的功能配合和化．增加小區變智能化安全、可靠、經濟運行輔助功能，實現世界配電運行維護管理的新目標。

參考文獻：

[1]王燦，吳菲菲．IEC 61850數字變電站綜合自動化系統[J]．華中電力，2011，24(1)：6～10．

[2]劉忠，謝亮．居住區配電房智能運行系統的研究與實踐

安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監控系統2020.04版