淺談基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)的研究應(yīng)用
摘 要：配電室是電力系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，可以保障供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。但是，配電室數(shù)量多、部署分散、管理復(fù)雜，人工現(xiàn)場(chǎng)巡檢管理方式費(fèi)時(shí)費(fèi)工、錯(cuò)誤率高，如果發(fā)生故障隱患，往往無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。針對(duì)配電室運(yùn)維現(xiàn)狀，人們可以搭建基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)配電室電力設(shè)備及環(huán)境狀態(tài)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，其可聯(lián)動(dòng)或遠(yuǎn)程控制輔助設(shè)備啟停，從而提高配電設(shè)備管理工作的效率和質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：配電室；物聯(lián)網(wǎng)；監(jiān)控系統(tǒng)
0 引言
近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化步伐的不斷加快，城市配電網(wǎng)絡(luò)取得令人矚目的發(fā)展成果。配電室處于電力系統(tǒng)的末端，主要為低壓用戶或用電設(shè)施配送電能，按照電壓等級(jí)可以分為高壓配電室和低壓配電室。目前，我國(guó)配電室常采用無(wú)人管理的室內(nèi)站設(shè)計(jì)方案。
長(zhǎng)期以來(lái)，配電室運(yùn)維工作一直是城市配電系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)之一。在城市電網(wǎng)中，配電室數(shù)量多、部署分散、管理復(fù)雜，通常由工作人員去配電室現(xiàn)場(chǎng)逐個(gè)巡視，運(yùn)維工作量大、效率低、實(shí)時(shí)性差，致使城市配電室運(yùn)檢工作面臨巨大壓力。配電室電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境信息缺乏必要的監(jiān)測(cè)手段，一旦遭遇突發(fā)情況，將危及電氣設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，易造成設(shè)備損壞和電力供應(yīng)中斷。目前，部分配電室仍采用手工記錄數(shù)據(jù)的巡檢方式，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和錄入費(fèi)時(shí)費(fèi)力，易出現(xiàn)疏漏等嚴(yán)重影響運(yùn)檢質(zhì)量的情況。
隨著城市配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及供電質(zhì)量和服務(wù)可靠性要求的提高，城市配網(wǎng)運(yùn)維工作量日益變大，電力設(shè)備安全運(yùn)行面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)對(duì)配電室進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，不但將運(yùn)維人員從繁重的工作中解放出來(lái)，而且大大提升了運(yùn)維效率。
1 整體方案
針對(duì)城市配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的復(fù)雜性，智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)整合電力設(shè)備及環(huán)境狀態(tài)信息，可以實(shí)現(xiàn)配電室運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能預(yù)警，并可聯(lián)動(dòng)或遠(yuǎn)程控制輔助設(shè)備啟停。智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層四個(gè)部分組成，如圖1所示。
感知層是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是聯(lián)系物理世界和信息世界的重要紐帶，系統(tǒng)采用先進(jìn)的感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)配電室的電力設(shè)備信息、運(yùn)行環(huán)境信息、安防信息等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。
網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)低功耗物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)配電室相關(guān)監(jiān)測(cè)終端設(shè)備的泛在連接，實(shí)現(xiàn)配電室監(jiān)測(cè)終端組網(wǎng)感知功能并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將感知層數(shù)據(jù)上傳至平臺(tái)層。監(jiān)測(cè)終端設(shè)備具有數(shù)量多、位置部署分散、信息安全級(jí)別低等特點(diǎn)。
平臺(tái)層是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的中樞，可以實(shí)現(xiàn)海量配電室狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端的物聯(lián)管理，實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)挖掘監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)價(jià)值，提高平臺(tái)層的業(yè)務(wù)支撐能力。
應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)配電室電力設(shè)備狀態(tài)信息展示、參數(shù)配置、數(shù)據(jù)查詢和輔助設(shè)備控制等功能，采用人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估、故障預(yù)警、智能輔助決策和精益化管理，提升了城市配電網(wǎng)絡(luò)中配電室智能化運(yùn)維水平。
2 配電室在線監(jiān)測(cè)設(shè)備
配電網(wǎng)絡(luò)作為城市電能輸送的重要通道，是連接電網(wǎng)與用戶的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，規(guī)模龐大的供電網(wǎng)絡(luò)對(duì)配電室安全運(yùn)行、事故預(yù)防亦提出更高要求。配電室電力設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，電氣設(shè)備故障的主要原因有電氣設(shè)備本體質(zhì)量缺陷、外力破壞、環(huán)境因素等。因此，配電室要安裝電壓、電流、環(huán)境溫濕度、SF6、氧氣、煙感、水浸和紅外等傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備及運(yùn)行環(huán)境的主要狀態(tài)參數(shù)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一由就近部署的無(wú)線網(wǎng)關(guān)上傳至后臺(tái)服務(wù)器。
無(wú)線網(wǎng)關(guān)由微處理器模塊、無(wú)線通信模塊、數(shù)據(jù)回傳模塊、對(duì)時(shí)模塊和電源模塊等組成，主要負(fù)責(zé)各個(gè)監(jiān)測(cè)終端的身份識(shí)別和數(shù)據(jù)收集，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換后發(fā)送至主站監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、環(huán)境信息、安防信息等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)報(bào)警，從而完成配電室遠(yuǎn)程智能巡檢。
3 配電室聯(lián)動(dòng)和遠(yuǎn)程控制設(shè)備
配電室會(huì)發(fā)生用電超負(fù)荷過(guò)熱引發(fā)火災(zāi)、水浸等環(huán)境因素導(dǎo)致設(shè)備損壞、設(shè)施被盜等情況，嚴(yán)重影響系統(tǒng)供電的可靠性。配電室需要安裝空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵、除濕機(jī)和聲光報(bào)警器等輔助設(shè)備，一旦遇到突發(fā)情況，就可以聯(lián)動(dòng)和遠(yuǎn)程控制輔助設(shè)備。無(wú)線網(wǎng)關(guān)需要接收主站監(jiān)控系統(tǒng)的命令，也可以替代運(yùn)維人員快速聯(lián)動(dòng)輔助設(shè)備，當(dāng)發(fā)生告警信息時(shí)，其可以智能聯(lián)動(dòng)相關(guān)輔助設(shè)備，及時(shí)處理突發(fā)事件，防止事故進(jìn)一步升級(jí)惡化。輔助設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制策略如圖2所示。
4 配電室設(shè)備臺(tái)賬管理
配電室設(shè)備臺(tái)賬采用電子信息標(biāo)識(shí)器技術(shù)完成電氣設(shè)備的信息固化，包括設(shè)備名稱(chēng)、生產(chǎn)信息、運(yùn)維記錄和歷史維護(hù)信息等。其通過(guò)建立完整的設(shè)備臺(tái)賬，融合所有關(guān)聯(lián)信息，智能動(dòng)態(tài)跟蹤設(shè)備狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)全生命周期管理。
電子信息標(biāo)識(shí)器是基于射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)開(kāi)發(fā)的，內(nèi)部是一個(gè)無(wú)源電路，外殼采用防腐蝕、防水、耐擠壓材料，通過(guò)扎帶固定在識(shí)別對(duì)象上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息固化和定位。常用的電子信息標(biāo)識(shí)器有高頻和超高頻兩種，高頻電子信息標(biāo)識(shí)器穿透能力強(qiáng)、抗干擾性好，超高頻電子信息標(biāo)識(shí)器傳輸距離遠(yuǎn)、讀寫(xiě)速度快。不同的電子信息標(biāo)識(shí)器適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，很大地滿足了配網(wǎng)復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景。
閱讀器兼容各頻段的電子信息標(biāo)識(shí)器，當(dāng)電子信息標(biāo)識(shí)器進(jìn)入閱讀器發(fā)射的射頻場(chǎng)后，其憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在電子信息標(biāo)識(shí)器內(nèi)部的電網(wǎng)設(shè)備相關(guān)信息。由于RFID技術(shù)具備穿透性，所以閱讀器可實(shí)現(xiàn)對(duì)電子信息標(biāo)識(shí)器的穿透讀取。閱讀器可采用移動(dòng)智能巡檢終端或者帶有NFC（Near Field Communication）近場(chǎng)通信功能的手機(jī)等形式［3］。設(shè)備標(biāo)識(shí)建設(shè)方案如圖3所示。
5 配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)
智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)選用 B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器）模式架構(gòu)開(kāi)發(fā)，用在客戶端通過(guò)瀏覽器向B/S服務(wù)器端發(fā)出訪問(wèn)請(qǐng)求，其通過(guò)用戶權(quán)限控制和管理實(shí)現(xiàn)多用戶的靈活訪問(wèn)；B/S架構(gòu)將開(kāi)發(fā)、維護(hù)和升級(jí)等核心工作都集中在服務(wù)器端，簡(jiǎn)化了客戶端的工作量，提高了系統(tǒng)使用和維護(hù)的便利性。
智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，主要包括GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）信息管理模塊、狀態(tài)評(píng)價(jià)管理模塊、設(shè)備缺陷管理模塊和智能運(yùn)維管理模塊等，系統(tǒng)采用 GIS 地圖方式展示城市配電室的位置信息、報(bào)警信息、電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、環(huán)境參數(shù)信息、輔助設(shè)備信息和安防信息等，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電室電力設(shè)備的統(tǒng)一管理，免去運(yùn)維人員繁重的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維工作，運(yùn)維人員在監(jiān)控室即可遠(yuǎn)程掌握配電室的各種信息，即便運(yùn)維人員外出時(shí)，也可以通過(guò)手機(jī)等移動(dòng)終端實(shí)時(shí)了解配電室運(yùn)行情況，同時(shí)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以對(duì)事故隱患做到提前預(yù)知、提前處理，減少電力設(shè)備故障對(duì)城市電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響，降低事故處理成本，提高配電室智能化運(yùn)維水平。
6 安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型
6.1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(mén)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)境優(yōu)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。
6.2系統(tǒng)功能
6.2.1 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)。
6.2.2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。
6.2.3 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)。
6.2.4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。
6.2.5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。
6.2.6實(shí)時(shí)告警
安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潆娛覝囟取穸取⒂泻怏w、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：
6.2.7 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。
6.2.8 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。
6.2.9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)。可在線診斷設(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。
6.2.10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。
6.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)推薦配置選型
7 結(jié)論
基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托，綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)、傳感技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，建立了完整的配電室信息化管理系統(tǒng)，地降低配電室管理的難度和復(fù)雜性，提高了運(yùn)檢效率，為配電室電力設(shè)備的全生命周期運(yùn)維管理奠定了基礎(chǔ)。
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