配電房智能運行系統(tǒng)在物業(yè)居住區(qū)中的設計與應用

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

關鍵詞：智能運行系統(tǒng)；小區(qū)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(qū)配電房(以下簡稱小區(qū)變)，全部采用無人值守、定期巡視的運行模式，基本上沒有統(tǒng)的遠程監(jiān)控管理。隨著高層住宅的大量出現(xiàn)和居民生活水平的提高．對配電系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)小區(qū)變運行中出現(xiàn)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(xiàn)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(qū)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(fā)生時立即將告警信息發(fā)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(jīng)濟損失。同時，小區(qū)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(jié)是不樣的。對大量小區(qū)變的經(jīng)濟運行問題．靠人工去監(jiān)測和操作控制是不可能實現(xiàn)的任務。要運行好小區(qū)變．就需有符合現(xiàn)代管理體系要求的小區(qū)變智能監(jiān)控系統(tǒng)。參考當110 kV以上無人值班變電站的各類監(jiān)控和輔助系統(tǒng)標準規(guī)范…，研發(fā)簡單、可靠、智能化的居住區(qū)配電系統(tǒng)集成監(jiān)控系統(tǒng)應該是可行的方法。

1系統(tǒng)研發(fā)的目標和難點

  先研發(fā)符合IEC 61850協(xié)議的小區(qū)變內(nèi)設備監(jiān)控、消防、安防、視頻監(jiān)控、環(huán)境控制等系統(tǒng)的技術標準和信息傳輸協(xié)議：其次研發(fā)出集成有以上各類系統(tǒng)功能和具備信息分層分類管理功能的智能化小區(qū)變子站：開發(fā)出能與配電自動化系統(tǒng)集成的小區(qū)變體化智能信息監(jiān)控平臺．對采集的信息數(shù)據(jù)進行篩選、分析。對出現(xiàn)的各類問題自動告警，實現(xiàn)居住區(qū)配電系統(tǒng)安全經(jīng)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(qū)變內(nèi)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(jiān)控中心．減少各類信息上傳量．保證千數(shù)量級的小區(qū)變在同時上傳信息時滿足實時監(jiān)控的要求。

(2)小區(qū)變內(nèi)的智能信息監(jiān)控終端功能在滿足系統(tǒng)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(xiàn)長時間免維護運行。

(3)提出基于IEC 61850協(xié)議的規(guī)范統(tǒng)．滿足系統(tǒng)功能要求并可擴展的小區(qū)變設備模型。

(4)開發(fā)智能、實用、界面友好、主站和子站的功能能靈活配置的小區(qū)變運行監(jiān)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(fā)，構架為C／S方式．實現(xiàn)對視頻、門禁、SCADA、安防等設備的數(shù)據(jù)采集，并滿足數(shù)據(jù)的智能分析要求。針對小區(qū)變目能夠采集的數(shù)據(jù)進行梳理[2]，根據(jù)各類數(shù)據(jù)的作用進行分類．有運行負荷監(jiān)控、故障原因分析、環(huán)境監(jiān)視監(jiān)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?shù)乇Ａ艄┎榈男畔⒌龋和瑫r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(fā)信息也進行分類：按重要性基本確定9類數(shù)據(jù)先級．保證各類重要緊急數(shù)據(jù)的響應時間。系統(tǒng)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(zhí)行且擁有更多的執(zhí)行時間．先級低的任務滯后執(zhí)行且獲得的執(zhí)行時間較少。如表1所示。

表 先級定義9級

2．2智能信息監(jiān)控終端

  依據(jù)基本、必要的原則，確定智能信息監(jiān)控終端功能的實現(xiàn)功能．盡量減少終端的元器件數(shù)量．加強集成度。實現(xiàn)智能測控功能；規(guī)約轉換、信息轉發(fā)功能；智能信息處理功能。智能終端負責小區(qū)變所有設備和智能終端的接人．站控層通信采用以太網(wǎng)通信方式．站控層通信協(xié)議采用MMS規(guī)約．以滿足智能電網(wǎng)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(xié)議采用IEC 870—5—104協(xié)議．且滿足多主站鏈接。

  按設備就地安裝原則出發(fā)．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(tǒng)、火災告警系統(tǒng)等小系統(tǒng)的電氣量接人。智能測控單元可通過靈活的圖形化組態(tài)功能實現(xiàn)用戶所需要的四遙功能，用戶可根據(jù)需求．自定義智能測控單元的配置，較之傳統(tǒng)的測控裝置更具智能化和靈活性。智能終端裝置內(nèi)程序以RTDB(Real．time Database)實時數(shù)據(jù)庫為核心．按規(guī)約生成任務．各任務間數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫RTDB進行相關交互操作．通過共享內(nèi)存?zhèn)鬏斔倪b信息和其他信號．相關數(shù)據(jù)的操作通過DataView實現(xiàn)。RTDB控制所有進程啟停．RTDB運行時．讀取配置文件數(shù)據(jù)．生成相應的規(guī)約任務．并記下相應的程序旬柄，當系統(tǒng)關閉時，RTDB發(fā)出信號．使各進程結束。規(guī)約般分為3種形式：(1)上行類．與主站通信的規(guī)約，如IEC 104，IEC 10l；(2)下行類，與二次設備通信的規(guī)約，如MMS客戶端、IEC 103客戶端：(3)上行／下行類(轉發(fā)類)，負責數(shù)據(jù)轉發(fā)的規(guī)約．如虛終端等。智能終端裝置內(nèi)數(shù)據(jù)流程如圖1所示。

圖1智能終端裝置內(nèi)數(shù)據(jù)流程

2．3系統(tǒng)的技術標準和信息傳輸協(xié)議

  按照IEC 61850協(xié)議的規(guī)范，定義小區(qū)內(nèi)各類設備符合ⅢC 61850協(xié)議規(guī)范的信息，保證小區(qū)內(nèi)各類設備的即插即用和信息共享。先收集配電生產(chǎn)運行、維護和管理等各類人員對小區(qū)變內(nèi)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(jiān)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(jīng)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(qū)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(xiàn)功能(F)為小區(qū)變測控。數(shù)據(jù)信息具體如圖3所示。

圖3 DTU測控數(shù)據(jù)信息

1個DTU可以采集多條線路或其他設備數(shù)據(jù)量。以上數(shù)據(jù)信息的邏輯節(jié)點(LN)配置參考DL／T 860—7_3、7．4執(zhí)行。

(2)對于小區(qū)變內(nèi)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(qū)變內(nèi)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(shù)據(jù)集：保護動作(dsTrip)，告警(dsAlam)。開關量(dsRelayDin)，定值(dsSetting)。具體引用數(shù)據(jù)按DL／T 8607定義。

②測量類LD．邏輯節(jié)點引用數(shù)據(jù)按DL／T860—7定義。

③控制類LD．該LD下設置遙控節(jié)點．按DL／T860—5規(guī)定采用CSWI命名。

2．4智能實用的運行監(jiān)控平臺

  大量的小區(qū)變需要同時監(jiān)控，個智能實用的運行監(jiān)控系統(tǒng)平臺才能解決這些問題。設計的監(jiān)控平臺分主站端和當?shù)囟藘蓪?。通過當?shù)囟讼到y(tǒng)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(xiàn)模式，減少主站端出現(xiàn)問題時對大量小區(qū)變運行可靠性的影響。通過合理分配系統(tǒng)平臺的處理能力．實現(xiàn)智能化的小區(qū)變運行控制系統(tǒng)和運行輔助系統(tǒng)功能。

(1)智能運行控制系統(tǒng)的當?shù)囟酥饕ㄟ^SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)電氣設備的監(jiān)視，監(jiān)視高、低壓設備的電壓電流和變壓器的負荷狀況．監(jiān)視變壓器的油溫等參數(shù)。正常數(shù)據(jù)保存在小區(qū)變內(nèi)當?shù)囟说挠脖P中．異設備模型在主站端系統(tǒng)中建立、修改，再同步到當?shù)囟耍到y(tǒng)智能控制策略和規(guī)則由主站端系統(tǒng)自動生成．定期同步到當?shù)囟讼到y(tǒng)中。智能運行控制系統(tǒng)的當?shù)囟讼到y(tǒng)能實現(xiàn)小區(qū)變內(nèi)智能控制電容器投切、智能控制主變投退、合理調(diào)節(jié)潮流、自動控制電壓，達到節(jié)能降耗的目的．并具有自動故障隔離和恢復的功能。當?shù)囟讼到y(tǒng)只在各項操作完成后才將操作過程和結果上傳主站端監(jiān)控平臺．通知監(jiān)控人員。

(2)智能運行輔助系統(tǒng)的當?shù)囟藢崿F(xiàn)消防報警系統(tǒng)和環(huán)境溫濕控制系統(tǒng)的功能．只將異常信息上報主站端的監(jiān)控平臺。而視頻監(jiān)控系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)的功能主要由主站端來完成．通過視頻監(jiān)控和門禁管理實現(xiàn)小區(qū)變的安全保衛(wèi)功能。

3研發(fā)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(wǎng)中小區(qū)變數(shù)量遠大于變電站數(shù)量．若采取技術成熟的集中式監(jiān)控系統(tǒng)部署．將造成小區(qū)變主站系統(tǒng)采集處理的數(shù)據(jù)量是變電站的數(shù)倍甚至數(shù)十倍。以揚州供電公司現(xiàn)有的變電站集中式監(jiān)控系統(tǒng)主站的服務器群及通信支撐設備的部署規(guī)?？磥恚ǔ扇珦P州區(qū)域小區(qū)變的集中式監(jiān)控系統(tǒng)且滿足每月10個以上小區(qū)的增加量．主站系統(tǒng)建設規(guī)模預計是現(xiàn)有規(guī)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(guī)模勢必對日后的二次系統(tǒng)運行維護帶來壓力。

  為解決上述難點問題．考慮到小區(qū)變各類信息的重要程度是有分別的．選擇對小區(qū)變采取集散式監(jiān)控系統(tǒng)的部署方案。將主要的數(shù)據(jù)分析處理工作交由各小區(qū)變子站端分散處理完成．正常運行時僅向主站發(fā)送少量數(shù)據(jù)，在收到主站訪問及調(diào)用命令時．子站再集中上送數(shù)據(jù)包故障、異常或輔助系統(tǒng)調(diào)整運行方式時，子站系統(tǒng)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(jiān)控人員分析掌控。實踐后表明目小區(qū)變主站監(jiān)控系統(tǒng)單臺服務器配置．就可以滿足對5 000個以上子站系統(tǒng)的管理。

3．2現(xiàn)場應用發(fā)現(xiàn)的問題及解決

  智能監(jiān)控終端要求具有數(shù)據(jù)篩選、智能分析與計算、數(shù)據(jù)遠傳功能．且具有測控功能以滿足消防、安防、環(huán)境溫濕度接人功能。在裝置初期設計節(jié)點．未考慮4～20 mA小信號接入．而在現(xiàn)場施工時．發(fā)現(xiàn)無法滿足了干變溫度和環(huán)境溫濕度的接人．因此重新更改了智能監(jiān)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(jiān)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(chǎn)．此類設備的控制就通過智能監(jiān)控終端配合外接繼電器完成，從而確保設備的統(tǒng)性。

3．3 lEC 61850規(guī)約應用時發(fā)現(xiàn)的問題及解決

  在實施過程中．發(fā)現(xiàn)有的二次設備雖然滿足IEC61850要求．站控層通信采用MMS規(guī)約．但對MMS規(guī)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(jiān)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(tǒng)設備如直流、干變溫度等不能提供針對MMS規(guī)約的支持，因此對這些設備，智能監(jiān)控終端對此進行協(xié)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(shù)據(jù)建模．為今后類似設備的接入提供了支持依據(jù)。

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）?？梢远x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?？稍诰€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結束語 

  系統(tǒng)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(qū)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(jiān)控小區(qū)變和套基于居住區(qū)配電系統(tǒng)典設的體化智能信息監(jiān)控平臺．并成功投入應用．經(jīng)半年多的運行證明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。達到了預期的建設目標。為居住區(qū)配電體化管理模式創(chuàng)新進行了有益的探索。通過居住區(qū)配電房智能運行系統(tǒng)的研究和現(xiàn)場應用．解決了配電房內(nèi)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(xiàn)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(jiān)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(xiàn)裝置自適應、自愈和免維護的運行目標。解決信息分區(qū)運行安全問題，實現(xiàn)小區(qū)營配信息的統(tǒng)、傳輸。在推廣應用過程中將不斷完善系統(tǒng)主站和智能終端的功能配合和化．增加小區(qū)變智能化安全、可靠、經(jīng)濟運行輔助功能，實現(xiàn)世界配電運行維護管理的新目標。

參考文獻：

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