摘要：配電房作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，與電力用戶聯(lián)系最為密切，通過對智能配電房的總體建設(shè)方案和具體建設(shè)思路的分析，提出以SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))系統(tǒng)為核心，有效整合安防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)以及一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)的智能配電房建設(shè)方案，打破數(shù)據(jù)壁壘，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，實現(xiàn)配電網(wǎng)運維的數(shù)字化轉(zhuǎn)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年我國的配電自動化技術(shù)取得了長足進(jìn)步，由最初就地控制(重合器、重合分段器、重合閘+自動配電開關(guān))的FA(饋線自動化)，發(fā)展為通信及主站集中監(jiān)控和故障處理(配電SCADA+FA)的DA(配電自動化)、基于GIS離線配電管理的DMS(配電管理系統(tǒng))、實時DA與基于GIS配電管理相集成的DA/DMS等多種基本功能模式。配電自動化系統(tǒng)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、客戶服務(wù)等方面，取得了較好的效果。
與此同時，配電自動化系統(tǒng)也存在很多問題，主要表現(xiàn)在以下方面：
1)系統(tǒng)集成中存在孤島，各廠家監(jiān)控系統(tǒng)不兼容，信息不能共享，沒有統(tǒng)一的界面，使用和維護(hù)復(fù)雜，使配電自動化系統(tǒng)難以發(fā)揮作用；
2)設(shè)備選擇盲目求新，無法取得整體優(yōu)化的效果；
3)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計缺乏統(tǒng)籌兼顧，從而影響應(yīng)用效果；
4)設(shè)計缺乏長遠(yuǎn)策略，造成系統(tǒng)開放性差，功能擴(kuò)展難。
配網(wǎng)自動化經(jīng)過十多年的發(fā)展，已經(jīng)初步形成以 FTU、DTU、智能臺區(qū)為代表的智能配電網(wǎng)絡(luò)。配電房自動化套用功能單一的“三遙”監(jiān)控和饋線自動化功能的建設(shè)模式，已難以滿足智能配電網(wǎng)自動化的發(fā)展要求。配電房作為配電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，存在運維人員數(shù)量不足且綜合素質(zhì)參差不齊、故障發(fā)現(xiàn)與處理不及時等問題，同時現(xiàn)有的站所內(nèi)環(huán)境、消防、門禁及設(shè)備運行狀態(tài)等參數(shù)實時性不高，無法做到事前預(yù)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(tǒng)應(yīng)時而生，以有效整合安防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)及一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)，為更安全、更智能的電力供應(yīng)提供保障。
2.智能配電房總體建設(shè)方案
基于上述配電自動化系統(tǒng)的存在問題現(xiàn)狀，規(guī)劃建設(shè)具有智能化配電自動化水平的主干線路配電房，應(yīng)充分考慮如下因素：
1)主干線路開關(guān)支持遠(yuǎn)方遙控操作，有效縮短主干線路故障處理時間；
2)配電房自動化技術(shù)要避免系統(tǒng)功能設(shè)計單一，自動化系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等孤島建設(shè)而使信息不能共享的問題；
3)配電房自動化設(shè)備要具有較高的性價比、較實用的功能，并具有開放的系統(tǒng)集成功能；
4)要充分考慮運行維護(hù)方便，減小設(shè)備體積，進(jìn)行模塊化設(shè)計，便于具有通信和自動化基礎(chǔ)的人員維護(hù)管理，從而達(dá)到減員增效的目的。
Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)以智能控制為核心，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集成應(yīng)用，實現(xiàn)配電室內(nèi)配電設(shè)備運行環(huán)境的全天候狀態(tài)監(jiān)視和智能控制。系統(tǒng)由485通信和以太網(wǎng)通信混合組網(wǎng)，完成站端電力數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)以及安全防范等數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，適配于當(dāng)下多種應(yīng)用場景。
智能配電房綜合管理系統(tǒng)的功能主要包括：
智能門禁：所有門均配備磁力鎖或電控鎖，入室探測器，刷卡器，正對門的視頻監(jiān)控。
智能視頻監(jiān)控：根據(jù)配電房的大小合理配置視頻監(jiān)控，保證整個配電房無si角。
智能環(huán)境監(jiān)測聯(lián)動控制：在配電房安裝各種環(huán)境傳感器，監(jiān)測配電站所環(huán)境，通過環(huán)境信息控制其相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行工作。
智能測溫：通過安裝在高低壓柜、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(jiān)測。
智能局放：在配電房內(nèi)安裝全向局放監(jiān)測儀，監(jiān)測局放情況，對發(fā)生異常的設(shè)備進(jìn)行“重癥監(jiān)護(hù)”管理。
智能電能及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測：實時監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)故障，實現(xiàn)低壓開關(guān)的電流、電壓、功率因數(shù)、電纜溫度等數(shù)據(jù)的采集。
智能防凝露：實時監(jiān)測，自動除濕，有效解決開關(guān)凝露問題。
智能蓄電池監(jiān)測：實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動維護(hù)，節(jié)約大量人力物力，延長電池使用壽命，大大減少每年電池報廢數(shù)量。
在未來隨著軌道巡檢機(jī)器人的廣泛應(yīng)用可以加入軌道機(jī)器人巡檢，代替人工，在開關(guān)室、GIS室和繼保室進(jìn)行可見光、紅外、局部放電、聲音等監(jiān)測。
3.配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1SCADA系統(tǒng)
SCADA是指監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，在電力配電房內(nèi)需實現(xiàn)配電網(wǎng)“遙測、遙信、遙控”功能；實現(xiàn)配電網(wǎng)短路、接地故障監(jiān)測，可通過主站實現(xiàn)故障定位；監(jiān)測10 kV線路的負(fù)荷電流；監(jiān)測配電變壓器的負(fù)荷；監(jiān)測10kV開關(guān)狀態(tài)；支持遙控功能，實現(xiàn)非故障段恢復(fù)供電，大幅縮短故障停電時間；實現(xiàn)遙控操作，減少運行人員操作次數(shù)，降低運行人員工作強(qiáng)度。還可通過安裝電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、高精度電流互感器及前端采集設(shè)備，對配電房內(nèi)運行設(shè)備的電流、電壓、有功功率、無功功率、電量、諧波等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并上傳到系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行綜合分析。系統(tǒng)通過實時數(shù)據(jù)分析結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，預(yù)測和判斷目前電能質(zhì)量和設(shè)備運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)故障快速定位、保障供電電能質(zhì)量。
3.2視頻監(jiān)控系統(tǒng)
視頻監(jiān)控是指將智能監(jiān)控系統(tǒng)前端的監(jiān)控攝像頭所記錄和采集到的音視頻材料通過信號線傳遞到硬盤錄像機(jī)上，然后由硬盤錄像機(jī)經(jīng)過初步判斷和處理后就傳遞到監(jiān)控平臺。通過智能攝像頭與系統(tǒng)的人工智能分析，實現(xiàn)智能視頻監(jiān)控功能，從而完成移動偵測、圖像自動上傳、實施遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能分析等應(yīng)用場景。當(dāng)有人員或小動物在監(jiān)控畫面內(nèi)移動時，攝像頭自動捕捉移動物體，自動啟動錄像功能，并保存在硬盤錄像機(jī)內(nèi)；當(dāng)配電房內(nèi)其他系統(tǒng)存在門禁、凝露等告警信息時，系統(tǒng)會自動進(jìn)行智能聯(lián)動，對監(jiān)測點進(jìn)行錄像取證；運維人員可以遠(yuǎn)程調(diào)閱視頻信息，也可以實時查看配電房內(nèi)的環(huán)境情況和設(shè)備工作狀態(tài)。
3.3環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)通過在配電房安裝部署溫、濕度傳感器、有害氣體監(jiān)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，實現(xiàn)配電房內(nèi)環(huán)境信息的實時采集、儲存、整理、上傳等操作，并通過系統(tǒng)內(nèi)部信息共享和判斷策略，進(jìn)行聯(lián)動控制，完成對配電房環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測和控制。運維人員通過系統(tǒng)對溫濕度、氣體監(jiān)測、煙霧和水位等信息進(jìn)行閾值設(shè)定，當(dāng)發(fā)生越xian時，系統(tǒng)將自動彈出相應(yīng)的報警事件，同時產(chǎn)生報警事件進(jìn)行記錄、存儲，并智能聯(lián)動空調(diào)、排風(fēng)系統(tǒng)、水泵等設(shè)備，對配電房環(huán)境進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，保障配電房內(nèi)設(shè)備運行環(huán)境安全。
3.4無線測溫系統(tǒng)
無線測溫系統(tǒng)由收發(fā)器和傳感器兩部分組成，配電房內(nèi)的高壓柜的母線連接處、隔離刀閘或觸頭處、變壓器低壓出線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監(jiān)測的重點。通過安裝在高低壓柜、變壓器接頭等位置溫度傳感器對電纜及接頭溫度進(jìn)行實時監(jiān)測，并把測量結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，通過軟件分析能夠?qū)囟冗^高發(fā)出告警信息，系統(tǒng)還可以根據(jù)歷史溫度曲線對比判斷，根據(jù)發(fā)熱設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行分析，提前進(jìn)行設(shè)備防護(hù)，實現(xiàn)溫度故障的早期預(yù)測，防患于未然。
3.4無線測溫系統(tǒng)
無線測溫系統(tǒng)由收發(fā)器和傳感器兩部分組成，配電房內(nèi)的高壓柜的母線連接處、隔離刀閘或觸頭處、變壓器低壓出線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監(jiān)測的重點。通過安裝在高低壓柜、變壓器接頭等位置溫度傳感器對電纜及接頭溫度進(jìn)行實時監(jiān)測，并把測量結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，通過軟件分析能夠?qū)囟冗^高發(fā)出告警信息，系統(tǒng)還可以根據(jù)歷史溫度曲線對比判斷，根據(jù)發(fā)熱設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行分析，提前進(jìn)行設(shè)備防護(hù)，實現(xiàn)溫度故障的早期預(yù)測，防患于未然。
無線測溫系統(tǒng)可采用ATE400無線測溫傳感器搭配ATC600接收裝置，實現(xiàn)配電房內(nèi)的電氣柜的溫度在線監(jiān)測功能，該傳感器為非電池供電(采用感應(yīng)取電方式供電)，采用470MHz無線頻率傳輸；傳感器正常工作啟動電流需≥5A；在線測溫范圍-50 ℃～+125 ℃；溫度采樣頻率：15s；數(shù)據(jù)發(fā)射頻率：15s；溫度采樣精度：±1℃；正常工作溫度宜-40 ℃～+85 ℃；最大工作電流：一次額定電流5000 A；溫升要求：在額定工作條件下，裝置不應(yīng)達(dá)到可能影響開關(guān)柜一次設(shè)備絕緣及被測點正常工作的溫度，裝置的電流互感器線圈通過1250 A，30 min，環(huán)境溫度為20 ℃時，無線溫度傳感器表面溫升不應(yīng)超過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最多240只無線測溫傳感器，在不同類型結(jié)構(gòu)的配電房內(nèi)也可以通過無線中繼模塊實現(xiàn)無線測溫數(shù)據(jù)傳輸，解決施工布線難題。
3.5其他
除了上述幾個系統(tǒng)外，其還有空調(diào)監(jiān)控、門禁管理等系統(tǒng)模塊?？照{(diào)監(jiān)控是用于監(jiān)測各類機(jī)型的空調(diào)設(shè)備，并且具有檢測和重試等調(diào)節(jié)空調(diào)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(jī)或者是停機(jī)造成的損害。將配電房所有門配備磁力鎖或者電控鎖、入室探測器、刷卡器、正對門的視頻監(jiān)控裝置。利用智能配電房綜合管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和智能聯(lián)動機(jī)制，實現(xiàn)門禁授權(quán)、遠(yuǎn)程操作、刷卡記錄、抓拍記錄、智能報警、照明控制功能。各個監(jiān)控模塊都由監(jiān)控室進(jìn)行控制與數(shù)據(jù)集成，相互聯(lián)動的系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同合作，從而達(dá)到對配電室的方位監(jiān)控和管理。
4.Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)
Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過監(jiān)控系統(tǒng)平臺和監(jiān)控終端，實現(xiàn)智能開關(guān)柜柜運行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負(fù)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(fēng)、門禁、燈光、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、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(shè)備控制，實現(xiàn)動力環(huán)境優(yōu)化，避免運行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運行故障，保證維護(hù)人員安全，延長設(shè)備使用壽命，減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過高，同樣實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。系統(tǒng)架構(gòu)由站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層構(gòu)成。
系統(tǒng)功能需求：
1)數(shù)據(jù)采集及處理：通過間隔層設(shè)備實時采集現(xiàn)場配電室溫度、濕度、SF6、O2、O3、煙霧、門禁及電表等數(shù)據(jù)；
2)畫面顯示：配電房環(huán)境溫濕度、氣體(SF6、O2、O3等)含量、配電開關(guān)狀態(tài)、漏水/水浸、煙霧、門禁等的實時信息、視頻、各測量值的實時數(shù)據(jù)、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(shù)據(jù)的存儲功能，以供查詢、分析、打印。
4)報警處理：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?？梢蕴峁┧姆N告警方式：監(jiān)控界面彈窗告警；實時語音告警，系統(tǒng)能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警；短信告警，可以向號碼發(fā)送告警信息短信。
5)曲線分析功能：可以曲線形式展示監(jiān)控系統(tǒng)的溫濕度、氣體(SF6、O2、O3等)含量、電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)，以便分析其當(dāng)前運行狀態(tài)及有關(guān)歷史趨勢。
6)報表統(tǒng)計功能：通過報表，可以方便分析供電系統(tǒng)及各回路運行參數(shù)，形成運行日報、月報、電能統(tǒng)計日報、月報、年報。
7)遠(yuǎn)程運維功能：Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可將現(xiàn)場采集信息上傳企業(yè)電力運維云平臺，企業(yè)運維人員可遠(yuǎn)程運維，構(gòu)建智能運維體系，開發(fā)智能運維應(yīng)用，實現(xiàn)配電房智能分析、故障預(yù)測、智能巡查、智能派單、故障知識庫構(gòu)建等功能，使配電室運維更加智能高效。
針對不同類型結(jié)構(gòu)的配電房應(yīng)用場景，Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)有不同的應(yīng)用，常規(guī)新建配電房可通過采用現(xiàn)場并柜的方式用Acrel-2000E/G方案，通過組屏方式在屏柜上集成各個子系統(tǒng)模塊，使整個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(shù)應(yīng)用場景，在有限的箱體內(nèi)保留主要的輔助監(jiān)控需求。
5.總結(jié)
智能配電房有效地集成了電力系統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)及一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)。其建設(shè)為實現(xiàn)更加智能和更高質(zhì)量的電力供應(yīng)提供了可靠的實驗平臺和理論探索。
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