浅谈智能配电房监控系统的技术研究应

胡冠楠
安科瑞电气股份有限公司   上海嘉定   

摘  要：配电房是配网中最重要的供电节点，配电房数量众多，且在地域分布上分散、广泛。为了减少日常运维工作量，需提高运维水平和供电可靠性，推进智能配电房建设，实现配网可观、可测、可控等发展目标。因此，详细阐述了智能配电房的功能和要求，分析了当前配电房的发展现状和建立智能配电房监控系统的组成部分。
关键词：智能配电房；监控系统；功能；效益
1 广州地区配电房管理现状分析
广州地区天气湿热、炎热、潮湿、梅雨等J端环境现象频繁，而配电房遍布市区，设备管理人员往往不能及时全面对设备所处环境进行人为干预调控。由于人为干预的失败，导致设备可能运行在高温、潮湿、扬尘等恶劣环境下，严重威胁设备的安全运行，这是配电网稳定运行的不安定因素。据统计，广州供电局配电网 2016年共发生 568 起跳闸事故，主要原因有电缆被施工外力破坏、施工工艺、天气引起意外等。其中，由于配电房环境因素引起的跳闸事故有 33 起，占比 5.8%。
配电房环境引起的跳闸事故主要有局放、温湿度、漏水浸水、灰尘、小动物等。其中，局放在配电房环境因素引起的事故中占比最大，而高压开关柜发生局放的元器件主要为电缆终端头。可见，配电设备在不符合设备工作条件的环境下运行，成为配电网的一个安全隐患。此外，由于配电房数量众多，且在地域上分布非常分散和广泛，导致对配电房的巡检工作量急剧增加。在目前运维人力物力有限的情况下，将加长巡检周期，存在巡检安全隐患。
因此，研究和开发智能配电房监控系统显得十分必要和迫切。该系统能让运维人员足不出户全景掌握配电房的状态，减少巡检次数，降低日常维护的人员、车辆以及物资等维护成本，挖掘配电房状态数据中的价值，提高配电房运维管理水平。
2 智能配电房监控系统的总体要求
智能配电房监控系统应具备对环境、安防、电气设备状态等信息的监测和控制功能。系统分析各种监测及报警数据，实时反映现场运行情况，通过联动控制保证配电房安全运行，防止因环境改变、非授权活动、设备状态变化等引起的事故，满足对配电房远程运维的可靠调度。
智能配电房监控系统整体上应遵循标准性、可靠性、可用性、安全性、扩展性、先进性原则，具备与终端设备和运维平台的数据交换能力；采用开放式体系结构，提供开放式环境，支持多种硬件平台，硬件、软件产品应通过行业认证机构检测，满足系统长期稳定运行的要
求；应灵活配置功能模块，模块的增加和修改不应影响其它模块正常运行，人机界面友好，操作与维护模块应工具化、图形化；电力监控系统安全防护规定，具有完善的权限管理机制和安防响应机制，重要数据实现本地和运维平台两级备份；容量可扩充，功能可升级，提供
二次开发接口；选用符合行业应用方向的主流硬件、软件产品，设计和架构具有前瞻性，可以支持配电网智能运维、智慧城市和大数据分析的要求。系统构架图见图 1。

智能配电房监控系统采用云部署模式，可减少所需硬件设备，减少运维工作量，提高系统应用灵活性。本系统主要分四层组成，包括应用层、平台层、通信层和终端层。
应用层包括视频监控、现场环境监控、设备状态监控、统计、APP 移动应用、远程控制、告警管理和运维管理等。
平台层由接口服务器节点、采集服务器节点、移动应用服务器节点、应用服务器节点、流媒体服务器节点和数据库服务器节点等组成。
通信层采用光纤通信和无线通信方式，负责数据流通信。在配电房与监控室之间敷设光纤，构成光纤主干网络。在配电房配置一台光纤交换机，将配电房监控终端机接入光纤网络，实现配电房与系统主站之间的通信。
终端层主要包括各类传感器、执行设备及监控终端机，实现站房内环境温度、湿度、SF6 气体浓度、臭氧浓度、含氧量、烟雾火灾、水浸、噪声、振动、防小动物等环境信息及变压器、高压柜、低压柜的温度、局放等设备状态采集，并与风机、灯光、视频、门禁等智能执行设备联动控制，实现配电房远程智能化运维管理。
3 智能配电房监控系统功能
3.1 实现对配电设备的监控
通过对变压器、中压开关柜、电缆和低压柜的温度、局放等设备状态进行信息采集，并结合扩展设备实现电气设备预警联动，对配电房设备进行实时在线监控。
3.1.1 温度监测
采用红外热成像对变压器进行整体监测，采用温度传感器对容易发生温升故障的高低压接线桩温度进行在线监测，并将变压器温控器、冷却风机状态信息接入系统，实时监测变压器运行状态，掌控变压器本体及关键点的温度变化情况，实现温度预警和风机联动。采用无线温度传感器对油变外壳进行监测。干变风机监控、干变绕组温度监测、干变铁芯温度监测利用变压器原有温控器功能，实现温度预警和风机联动。
3.1.2 局放监测
能够准确在线测量局部放电引起的变压器中压电缆头、开关柜局放电量，并可以使用标准的局部放电脉冲信号发生器在线进行校准。具有局部放电分析功能，可以了解局部放电的类型、相位、强度，能够准确反映变压器中压电缆头局部放电的严重程度和运行状态；适用于变压器中压电缆头局部放电的带电测试，具有很强的抗干扰能力；具备单次和连续实时在线检测、监测模式，并能对放电严重程度予以报警指示；具备多通道测试功能，且每个通道可单独由用户自行设置报警警戒值，具有报警值设置、局放采集相位角设置等功能；具有检测数据的保存和导出功能；具备自检功能，自检通过后有明确的提示标识；具有传感器防短路功能，传感器、连接测试电缆短路、断路设备应有提示。
3.1.3 门状态监测
利用配电设备实现原有电子闭锁装置功能。
3.1.4 湿度监控
对中压开关柜机构室、二次室内湿度实时监测，湿度传感器与湿度信号接收装置之间数据采用无线传输方式。
3.2 实现对运行环境的监控
通过对环境温度、湿度、SF6 气体浓度、臭氧浓度、含氧量、烟雾火灾、水位、粉尘、噪声、振动防小动物等环境进行信息采集，并结合扩展设备实现预警联动，实现对配电房运行环境的实时在线监控。
3.2.1 实现运行设备台账的物联网标签管理
利用物联网技术，通过扫描配电房设备的 RFID 电子标识，采集电力设备各方面信息，包括台账、实验、缺陷等，实现对运行设备台账的在线信息采集，建立完整的设备管理档案。基于物联网技术的设备全生命周期管理，将设备状态信息与资产管理信息有效整合，实现对资产规划、建设、运行维护等过程的智能化动态实时跟踪和集中监控，提高资产全生命周期的自动化和智能化。
3.2.2 实现配电站房的远程智能运维
利用视频信息、设备运行信息、设备台账信息、告警信息等，发现配电站房设备存在的故障，实时故障研判、准确定位、分析故障影响范围，主动派发抢修工单和日常巡检工单，合理调度抢修资源，高效指挥抢修工作开展和日常巡检任务的进行，实现故障抢修时间最小化，提高故障抢修效率和服务水平。
远程控制视频可与环境监测系统联动，根据环境监测系统的预警或报警区域，查看特点区域情况，供人工确认。当某区域发生入侵报警时，自动联动视频监控系统，并自动将对应位置的图像画面切换至监控屏幕上。对电力设备的操作和运行状态进行拍照和录像，给运维人员判断设备运行状态正常与否提供佐证。
在配电房中安装远程语音对讲系统，实现与主站的双向语音对讲。
3.2.3 满足综合管理和竞争性业务扩展的需求
智能配电房作为能源中心不能仅仅局限于供电，还应该具备数据中心、传输中心的功能，对智能小区、分布式电源、充电桩等数据输入、安全运行状态监测应预留接口，使得智能配电房满足未来物联网、智能小区等综合管理和竞争性业务扩展的需求。
4 效益分析
智能配电房的应用可以改善设备运行环境，防止外界环境原因造成的设备损坏，显著提高电力系统的安全性，降低电力运行事故的可能性和人员财产损失，延长开关柜使用寿命，提高设备利用率。
4.1 经济效益分析
4.1.1 延长设备寿命，节约建设成本
传统的配电房巡检方式在设备维护方面有两个方向：一是在故障发生后被动对故障设备进行维修、更换；二是定期进行大、小检修，更换使用了一段时间的设备或设备关键部件，这种方式多是为了消除安全隐患。采用智能配电房系统可以做到“不坏不修"，在降低隐患风险的同时，延长设备实际使用寿命，节约建设成本。
以一个区 5 000 座配电房的城市为例，采用传统检修方式时，每座配电房每 5 年检修一次（平均 10 万 / 次），共需检修费用约 5 亿元，平均每年 1 亿元；配备智能配电房系统后，可有效延长设备的使用寿命，检修间隔由原来的5年延长至 8 年，平均每年的检修费用6250万元，每年节约 3 750 万元。
4.1.2 替代人工巡检，降低维护成本
目前，传统配电室常用的人工巡检方式上，在人力、财力上产生了很高成本。使用智能配电房系统后，可以通过综合监控后台了解各配电室现场信息。只在设备发生或者存在故障隐患时派出维修人员进行定点更换、维护即可，大大提高了工作效率，降低了维护成本。
4.2 管理效益分析
智能配电房系统通过采集配电房的温度、湿度、粉尘、有害气体等参数进行处理，并将配电房内温度、湿度、粉尘、有害气体等技术指标控制在合格范围内，防止设备发生凝露、绝缘老化及外界条件下产生的局部放电问题等，消除配电房环境引起的安全隐患，延长设备使用寿命，实现设备全寿命使用周期，提高供电可靠性。此外，智能配电房系统将带来运维模式的转变，现场运维模式将更多地转变为后台运维。
5 安科瑞配电室环境监控系统的介绍与选型
5.1简介
安科瑞电气股份有限公司根据配电室实际情况，结合多年的变电站和配电室的运行管理经验，自主研发了安科瑞配电室综合监控系统，实现了智能开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、电流电压等负载运行监控、母线测温监测、电缆测温监测、环境监测、有害气体监测、安防监控、采暖通风、门禁、灯光、风机、除湿机、空调控制等功能。实现动力环境各数据的检测与设备控制，实现动力环境优化，避免运行环境的失控导致配电设备运行故障，保证维护人员，延长设备使用寿命，减少配电室粗放式管理导致成本过高，同时实现配电动力环境的分布式远程管理。
5.2系统功能
5.2.1 通信管理
安科瑞智能配电室综合监控系统可以完成对整个配电室范围内的通信设备进行管理、添加、删除、控制和数据的实时监测。
5.2.2实时监测
安科瑞智能配电室综合监控系统人机界面友好，能够显示配电室设备的运行状态，实时监测配电室环境参数信息，如视频、温度、湿度、漏水/水浸、水位、有害气体和电参量等。实时显示有关故障、告警等信息。
5.2.3 数据查询
在人机界面中，可以直接查看配电室个设备的运行数据。
5.2.4曲线查询
在曲线查询界面，可以直接查看遥测参量曲线，包括温度、湿度、水位、有害气体、电压、电流等曲线。
5.2.5运行报表
查询配电室内设备的运行数据报表，包括日报表、月报表、年报表和查询报表等。
5.2.6实时告警
科瑞智能配电室综合监控系统具有实时告警功能，系统能够对配电室温度、湿度、有害气体、设备故障或通信故障等事件发出告警。告警如右图所示：
5.2.7 历史事件查询
安科瑞智能配电室综合监控系统能够对产生的所有事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析。
5.2.8 用户权限管理
为保障系统稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的保障。
5.2.9网络拓扑图
安科瑞智能配电室综合监控系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构。可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。
5.2.10遥控操作
安科瑞智能配电室综合监控系统可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。
5.3Acrel-2000E/B配电室环境监控系统推荐配置选型

6 结 论
近年来，国家大力发展智能电网，随着智能电网建设工作的进一步深入，配电网智能化信息化已成为下一步的主要工作。为构建完善的智能配电网，必须制定科学、合理的智能配电房建设技术标准，以促进智能配电网的大力发展。

参考文献
[1] 刘 伟 . 智能配电房的关键技术研究 [J]. 数字技术与应用，2015,（1）.
[2] 宋光华.智能配电房监控系统的技术研究
[3] 安科瑞Acrel-2000EB配电室综合监控系统2020.04版