淺談智能化配電室在居民小區(qū)的建設(shè)應(yīng)用

摘要：近年來(lái)居民小區(qū)配電室的數(shù)量增長(zhǎng)快且設(shè)備情況較復(fù)雜，以致巡查效果不理想、缺陷和事故處理不及時(shí)，亟需建立套智能化的配電室監(jiān)控系統(tǒng)。按照實(shí)用性、統(tǒng)性、分層和模塊化設(shè)計(jì)等原則，提出了“三層八縱”的建設(shè)方案．即由遠(yuǎn)方層、中間層和本地層組成層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建門禁、電氣量遙測(cè)、電氣量遙信、溫濕度監(jiān)測(cè)、視頻、遙控遙調(diào)、直流和繼電保護(hù)8個(gè)子系統(tǒng)。該方案層次結(jié)構(gòu)清楚、功能模塊化且易于擴(kuò)展，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；智能化配電室；建設(shè)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(yīng)和分配電能的作用。由于我配電系統(tǒng)起步晚，長(zhǎng)時(shí)間得不到重視，加之經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(yùn)行薄弱的環(huán)節(jié)。雖然近年來(lái)推廣實(shí)施的配網(wǎng)自動(dòng)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(wèn)題，尤其是居民小區(qū)配電室的運(yùn)維管理存在諸多困難。

    近年來(lái)小區(qū)配電室數(shù)量激增，與運(yùn)維人員數(shù)量嚴(yán)重不對(duì)稱，導(dǎo)致巡查周期增長(zhǎng)、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(gè)配電室和1—3個(gè)分配電室組成?？?cè)萘堪阍? 000—12 000 kVA之間，停電影響范圍大，增加了運(yùn)維難度；設(shè)備多且情況復(fù)雜，除配電變壓器外，還有中低壓進(jìn)出線、中低壓開(kāi)關(guān)柜、中低壓母線、并聯(lián)電容、直流、繼電保護(hù)等多種設(shè)備；故障處理、雙電源切換不及時(shí)，造成電梯困人、火災(zāi)系統(tǒng)失電等情況時(shí)有發(fā)生，客戶投訴和安全形勢(shì)突出。

    利用傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)供配電系統(tǒng)的遠(yuǎn)方監(jiān)控，已進(jìn)行過(guò)諸多有益的探索。設(shè)計(jì)了配電變壓器監(jiān)控裝置，ITI’U，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器電壓電流信號(hào)的遙測(cè)，設(shè)計(jì)了對(duì)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(shè)計(jì)了10 kV開(kāi)關(guān)設(shè)備的SF。氣體量的監(jiān)測(cè)，文獻(xiàn)[9]開(kāi)發(fā)了針對(duì)低壓設(shè)備檢測(cè)和控制的系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)大都單獨(dú)設(shè)計(jì)、相互獨(dú)立、各自為政。它們的通信方式采取現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)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(shè)計(jì)原則

實(shí)用性原則。根據(jù)配電網(wǎng)基礎(chǔ)薄弱、信息化水平較低、運(yùn)維人員與配電室數(shù)量又嚴(yán)重不對(duì)稱等特點(diǎn)，智能化配電室的設(shè)計(jì)應(yīng)立足當(dāng)實(shí)際，堅(jiān)持實(shí)用為先的原則，從實(shí)際需求出發(fā)，以減少人工、降低維護(hù)費(fèi)用、提高供電可靠性和供電質(zhì)量為目標(biāo)。當(dāng)實(shí)用性有沖突時(shí)。當(dāng)應(yīng)堅(jiān)持實(shí)用的原則。

統(tǒng)性原則。雖然以往對(duì)配電室自動(dòng)化運(yùn)維也進(jìn)行過(guò)諸多探索，如溫濕度遙測(cè)、負(fù)荷監(jiān)控等，但它們都相互獨(dú)立，沒(méi)有統(tǒng)的信息平臺(tái)，使用不方便，且不便于對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)分析。智能化配電室應(yīng)堅(jiān)持統(tǒng)設(shè)計(jì)原則．做到接口多樣化、系統(tǒng)開(kāi)放化、數(shù)據(jù)集成化。

分層和模塊化設(shè)計(jì)原則。具體設(shè)計(jì)方法上，縱向結(jié)構(gòu)應(yīng)按分層原則設(shè)計(jì)，橫向結(jié)構(gòu)應(yīng)實(shí)現(xiàn)模塊化。所謂縱向結(jié)構(gòu)是指配電室從基礎(chǔ)設(shè)備到后臺(tái)系統(tǒng)的層級(jí)結(jié)構(gòu)，橫向結(jié)構(gòu)是指實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、控制和分析功能的不同子系統(tǒng)。

分期建設(shè)原則。根據(jù)現(xiàn)有小區(qū)配電室數(shù)量多且運(yùn)行中的設(shè)備情況復(fù)雜、各類智能化子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難易程度差別較大．以及當(dāng)還處于智能化建設(shè)起步階段等特點(diǎn)，對(duì)智能化子系統(tǒng)宜堅(jiān)持統(tǒng)設(shè)計(jì)、分期建設(shè)的原則．對(duì)那些實(shí)現(xiàn)難度大、投入費(fèi)用多、運(yùn)維要求高、實(shí)用性稍弱的子系統(tǒng)或功能可在今后逐步實(shí)現(xiàn)。分期建設(shè)的好處在于：減少投資、積累平臺(tái)系統(tǒng)的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)、消除顧慮、提高改造覆蓋率以惠及更多用戶。

平臺(tái)建設(shè)適度超原則。具體功能上分期實(shí)現(xiàn)，但實(shí)現(xiàn)平臺(tái)應(yīng)適度超，以保證向后的兼容性。這些平臺(tái)包括：軟硬件平臺(tái)、接口平臺(tái)、通信平臺(tái)和用戶界面等．使分期建設(shè)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(shè)方案如圖1所示，即“2項(xiàng)需求目標(biāo)、3個(gè)建設(shè)層次、8個(gè)模塊化子系統(tǒng)”。

圖1 “三層八縱”建設(shè)方案

2項(xiàng)需求目標(biāo)為巡查管理的需求、預(yù)警報(bào)警的需求，均分為本地實(shí)現(xiàn)和遠(yuǎn)方實(shí)現(xiàn)兩種模式。3個(gè)建設(shè)層次為本地層、通信層、遠(yuǎn)方層。本地層包括安裝在配電室內(nèi)的本地計(jì)算機(jī)和各類感應(yīng)傳感設(shè)備；通信層采用光纖或無(wú)線通信技術(shù)；遠(yuǎn)方層為遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)。

8個(gè)子系統(tǒng)為門禁系統(tǒng)、電氣量遙測(cè)系統(tǒng)、溫濕度監(jiān)測(cè)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(hù)監(jiān)視系統(tǒng)。其中5個(gè)為基本系統(tǒng)，現(xiàn)階段可以全部實(shí)現(xiàn)，后3個(gè)系統(tǒng)可后續(xù)逐步實(shí)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(shí)現(xiàn)。

2 建設(shè)層次

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

表1 3個(gè)建設(shè)層次及其功能

中間層聯(lián)系著遠(yuǎn)方層和就地層，實(shí)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．?dāng)?shù)據(jù)路徑是“遠(yuǎn)方層中間層就地層中間層遠(yuǎn)方層”，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性不高、對(duì)數(shù)據(jù)丟失不敏感；觸發(fā)模式主要滿足報(bào)警預(yù)警的需求，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量小、實(shí)時(shí)性高、對(duì)數(shù)據(jù)丟失敏感，因此實(shí)行數(shù)據(jù)重發(fā)確認(rèn)機(jī)制．即遠(yuǎn)方層收到信息后應(yīng)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(yuǎn)方層中間層就地層”。

遠(yuǎn)方層與就地層均有計(jì)算機(jī)，但它們是有顯著區(qū)別的，主要表現(xiàn)在：就地計(jì)算機(jī)需要在高溫、潮濕的環(huán)境中保持長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)行，因此需要達(dá)到工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)的要求：就地計(jì)算機(jī)需要記錄大量原始數(shù)據(jù)，但對(duì)數(shù)據(jù)分析的功能要求不高。遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)則應(yīng)具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)集成運(yùn)算、自動(dòng)分析、智能判斷的功能；遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)的輸入輸出設(shè)備要求高于就地計(jì)算機(jī)。

就地層計(jì)算機(jī)向下聯(lián)系著各子系統(tǒng)．將定期記錄并保存各類監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，包含多種類型的接口，數(shù)量多、有預(yù)留并易擴(kuò)展。它向上聯(lián)系著中間層，接口應(yīng)統(tǒng)、帶寬高、易于升級(jí)。由于有就地層計(jì)算機(jī)定期保存監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，為減少數(shù)據(jù)流量、保持通信暢通、保證重要的報(bào)警預(yù)警信息能及時(shí)送達(dá)，與以往各類實(shí)踐不同.本系統(tǒng)對(duì)般的運(yùn)維數(shù)據(jù)只實(shí)行召喚模式，不進(jìn)行自動(dòng)發(fā)送。

3 各功能子系統(tǒng)

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

表2 8個(gè)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(guān)的通信、軟件系統(tǒng)卻貫穿了中間層和遠(yuǎn)方層，因此本方案可以總結(jié)為“三層八縱”，即從橫向上看是3個(gè)建設(shè)層次，縱向上看是8個(gè)子系統(tǒng)。

各子系統(tǒng)間是相互關(guān)聯(lián)、并非相互獨(dú)立的。例如超溫、跳閘等情況也應(yīng)啟動(dòng)門禁系統(tǒng)的燈光報(bào)警裝置。此外，各系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)也應(yīng)實(shí)現(xiàn)集成運(yùn)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(jiǎn)介

安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)配電室實(shí)際情況，結(jié)合多年的變電站和配電室的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，自主研發(fā)了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行監(jiān)控、高壓開(kāi)關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負(fù)載運(yùn)行監(jiān)控、母線測(cè)溫監(jiān)測(cè)、電纜測(cè)溫監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)控、采暖通風(fēng)、門禁、燈光、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制等功能。實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測(cè)與設(shè)備控制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境化，避免運(yùn)行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運(yùn)行故障，保證維護(hù)人員，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過(guò)高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)配電動(dòng)力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)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(duì)整個(gè)配電室范圍內(nèi)的通信設(shè)備進(jìn)行管理、添 加、刪除、控制和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4.2.2實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠顯示配電室設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警等信息。

4.2.3 數(shù)據(jù)查詢

在人機(jī)界面中，可以直接查看配電室個(gè)設(shè)備的運(yùn)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(cè)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(yùn)行報(bào)表

查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)表，包括日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表和查詢報(bào)表等。

4.2.6實(shí)時(shí)告警

科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟?、濕度、有害氣體、設(shè)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?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

4.2.8 用戶權(quán)限管理

為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫(kù)修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。

4.2.9網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？稍诰€診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)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(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)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(jié)語(yǔ) 

   堅(jiān)持平臺(tái)建設(shè)適度超原則。在本地層設(shè)置了本地計(jì)算機(jī)，集成各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可就地存儲(chǔ)查看，也可發(fā)送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行集成，統(tǒng)存儲(chǔ)、適時(shí)發(fā)送，避免各自為政，節(jié)約了通道；本地計(jì)算機(jī)有多種接口，便于子系統(tǒng)及功能擴(kuò)展；可實(shí)現(xiàn)就地調(diào)用和查看數(shù)據(jù)；便于對(duì)采集的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合運(yùn)算分析，提供計(jì)算機(jī)輔助決策。缺點(diǎn)是次性硬件投入較大。

根據(jù)實(shí)現(xiàn)難度進(jìn)行分級(jí)。立足當(dāng)，放眼將來(lái)，以實(shí)用性為依據(jù)進(jìn)行分期建設(shè)。減少當(dāng)期投資；積累平臺(tái)設(shè)備運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)；與當(dāng)運(yùn)維水平相符合，人員不需進(jìn)行過(guò)多培訓(xùn)即可掌握；堅(jiān)持了整體布局。缺點(diǎn)是分期建設(shè)的投資總和大于次性建設(shè)的投資。

概要性地提出了運(yùn)維管理和預(yù)警報(bào)警兩個(gè)核心需求。其中，運(yùn)維管理針對(duì)日常性的巡查檢查，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄、人工調(diào)用的方式，目的在于節(jié)省人力物力：預(yù)警報(bào)警針對(duì)突發(fā)的不正?；蚓o急情況，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)判斷、自動(dòng)報(bào)警的方式，提示運(yùn)維人員及時(shí)排除不正?；蚓o急情況。抓住了核心要求，所有子系統(tǒng)都為這2個(gè)核心要求服務(wù)：有本地和遠(yuǎn)方2種輸出方式。缺點(diǎn)是對(duì)不正常或緊急情況仍需人工處理．暫未提出由計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理部分不正?；蚓o急情況的要求。

對(duì)軟件模塊化設(shè)計(jì)、圖形化顯示的要求適應(yīng)發(fā)展。遠(yuǎn)方和本地計(jì)算機(jī)均要求有圖形化顯示，現(xiàn)階段至少應(yīng)有次接線圖、關(guān)鍵點(diǎn)電壓電流及溫濕度、門禁等信息，可控制風(fēng)機(jī)等設(shè)備，界面應(yīng)達(dá)到現(xiàn)有配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的信息顯示要求?？梢詮淖酉到y(tǒng)和設(shè)備兩個(gè)維度查看信息，方便調(diào)閱；模塊化設(shè)計(jì)，方便刪減軟件內(nèi)容。缺點(diǎn)是對(duì)軟件設(shè)計(jì)要求高。

對(duì)所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行了集中，具備了進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的能力。此模式下本地和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)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(lái)主電網(wǎng)的發(fā)展的方向。由于進(jìn)行了數(shù)據(jù)集中，因而只需在計(jì)算機(jī)上增加數(shù)據(jù)處理程序即可；單個(gè)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?。欢唐趤?lái)看，可取代部分運(yùn)維工作，如定時(shí)記錄負(fù)荷、溫度等信息，中期來(lái)看，自動(dòng)處理部分不正?；蚓o急狀況，如對(duì)白天超負(fù)荷運(yùn)行的變壓器可在夜間自動(dòng)調(diào)整負(fù)荷，長(zhǎng)時(shí)間來(lái)看，計(jì)算機(jī)智能可取代人工。缺點(diǎn)是易造成數(shù)據(jù)丟失

參考文獻(xiàn)：

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

作者簡(jiǎn)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(hù)器的研發(fā)與應(yīng)用