淺談智能化配電室在居民小區(qū)的建設(shè)應(yīng)用

摘要：近年來居民小區(qū)配電室的數(shù)量增長快且設(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，亟需建立套智能化的配電室監(jiān)控系統(tǒng)。按照實用性、統(tǒng)性、分層和模塊化設(shè)計等原則，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、電氣量遙信、溫濕度監(jiān)測、視頻、遙控遙調(diào)、直流和繼電保護(hù)8個子系統(tǒng)。該方案層次結(jié)構(gòu)清楚、功能模塊化且易于擴展，具有較強的實用性。

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，長時間得不到重視，加之經(jīng)濟社會發(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)可靠運行薄弱的環(huán)節(jié)。雖然近年來推廣實施的配網(wǎng)自動化系統(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題，尤其是居民小區(qū)配電室的運維管理存在諸多困難。

    近年來小區(qū)配電室數(shù)量激增，與運維人員數(shù)量嚴(yán)重不對稱，導(dǎo)致巡查周期增長、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個配電室和1—3個分配電室組成?？?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，造成電梯困人、火災(zāi)系統(tǒng)失電等情況時有發(fā)生，客戶投訴和安全形勢突出。

    利用傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)實現(xiàn)對供配電系統(tǒng)的遠(yuǎn)方監(jiān)控，已進(jìn)行過諸多有益的探索。設(shè)計了配電變壓器監(jiān)控裝置，ITI’U，實現(xiàn)對變壓器電壓電流信號的遙測，設(shè)計了對配電室溫濕度、煙霧、明火、水位等環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計了10 kV開關(guān)設(shè)備的SF。氣體量的監(jiān)測，文獻(xiàn)[9]開發(fā)了針對低壓設(shè)備檢測和控制的系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)大都單獨設(shè)計、相互獨立、各自為政。它們的通信方式采取現(xiàn)場總線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)計原則

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

統(tǒng)性原則。雖然以往對配電室自動化運維也進(jìn)行過諸多探索，如溫濕度遙測、負(fù)荷監(jiān)控等，但它們都相互獨立，沒有統(tǒng)的信息平臺，使用不方便，且不便于對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)分析。智能化配電室應(yīng)堅持統(tǒng)設(shè)計原則．做到接口多樣化、系統(tǒng)開放化、數(shù)據(jù)集成化。

分層和模塊化設(shè)計原則。具體設(shè)計方法上，縱向結(jié)構(gòu)應(yīng)按分層原則設(shè)計，橫向結(jié)構(gòu)應(yīng)實現(xiàn)模塊化。所謂縱向結(jié)構(gòu)是指配電室從基礎(chǔ)設(shè)備到后臺系統(tǒng)的層級結(jié)構(gòu)，橫向結(jié)構(gòu)是指實現(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)量多且運行中的設(shè)備情況復(fù)雜、各類智能化子系統(tǒng)實現(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，對智能化子系統(tǒng)宜堅持統(tǒng)設(shè)計、分期建設(shè)的原則．對那些實現(xiàn)難度大、投入費用多、運維要求高、實用性稍弱的子系統(tǒng)或功能可在今后逐步實現(xiàn)。分期建設(shè)的好處在于：減少投資、積累平臺系統(tǒng)的維護(hù)經(jīng)驗、消除顧慮、提高改造覆蓋率以惠及更多用戶。

平臺建設(shè)適度超原則。具體功能上分期實現(xiàn)，但實現(xiàn)平臺應(yīng)適度超，以保證向后的兼容性。這些平臺包括：軟硬件平臺、接口平臺、通信平臺和用戶界面等．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項需求目標(biāo)、3個建設(shè)層次、8個模塊化子系統(tǒng)”。

圖1 “三層八縱”建設(shè)方案

2項需求目標(biāo)為巡查管理的需求、預(yù)警報警的需求，均分為本地實現(xiàn)和遠(yuǎn)方實現(xiàn)兩種模式。3個建設(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)的本地計算機和各類感應(yīng)傳感設(shè)備；通信層采用光纖或無線通信技術(shù)；遠(yuǎn)方層為遠(yuǎn)方計算機。

8個子系統(tǒng)為門禁系統(tǒng)、電氣量遙測系統(tǒng)、溫濕度監(jiān)測系統(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個為基本系統(tǒng)，現(xiàn)階段可以全部實現(xiàn)，后3個系統(tǒng)可后續(xù)逐步實現(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)實現(xiàn)的功能如表1所示。

表1 3個建設(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”，其特點是數(shù)據(jù)量大、實時性不高、對數(shù)據(jù)丟失不敏感；觸發(fā)模式主要滿足報警預(yù)警的需求，其特點是數(shù)據(jù)量小、實時性高、對數(shù)據(jù)丟失敏感，因此實行數(shù)據(jù)重發(fā)確認(rèn)機制．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算機，但它們是有顯著區(qū)別的，主要表現(xiàn)在：就地計算機需要在高溫、潮濕的環(huán)境中保持長時間正常運行，因此需要達(dá)到工業(yè)級計算機的要求：就地計算機需要記錄大量原始數(shù)據(jù)，但對數(shù)據(jù)分析的功能要求不高。遠(yuǎn)方計算機則應(yīng)具備強大的數(shù)據(jù)集成運算、自動分析、智能判斷的功能；遠(yuǎn)方計算機的輸入輸出設(shè)備要求高于就地計算機。

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

3 各功能子系統(tǒng)

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

表2 8個子系統(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個建設(shè)層次，縱向上看是8個子系統(tǒng)。

各子系統(tǒng)間是相互關(guān)聯(lián)、并非相互獨立的。例如超溫、跳閘等情況也應(yīng)啟動門禁系統(tǒng)的燈光報警裝置。此外，各系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)也應(yīng)實現(xiàn)集成運算和綜合判斷。

4 安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型

4.1簡介

安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)配電室實際情況，結(jié)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(guān)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、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(shè)備控制，實現(xiàn)動力環(huán)境化，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，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，同時實現(xiàn)配電動力環(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)可以完成對整個配電室范圍內(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(shè)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(guān)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(shè)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(shè)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?qū)ε潆娛覝囟取穸?、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)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。

4.2.8 用戶權(quán)限管理

為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(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)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、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)支持實時監(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)異常時能自動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)可以對整個配電系統(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 

   堅持平臺建設(shè)適度超原則。在本地層設(shè)置了本地計算機，集成各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可就地存儲查看，也可發(fā)送到遠(yuǎn)程計算機。對本地數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，統(tǒng)存儲、適時發(fā)送，避免各自為政，節(jié)約了通道；本地計算機有多種接口，便于子系統(tǒng)及功能擴展；可實現(xiàn)就地調(diào)用和查看數(shù)據(jù)；便于對采集的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合運算分析，提供計算機輔助決策。缺點是次性硬件投入較大。

根據(jù)實現(xiàn)難度進(jìn)行分級。立足當(dāng)，放眼將來，以實用性為依據(jù)進(jìn)行分期建設(shè)。減少當(dāng)期投資；積累平臺設(shè)備運行管理經(jīng)驗；與當(dāng)運維水平相符合，人員不需進(jìn)行過多培訓(xùn)即可掌握；堅持了整體布局。缺點是分期建設(shè)的投資總和大于次性建設(shè)的投資。

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

對軟件模塊化設(shè)計、圖形化顯示的要求適應(yīng)發(fā)展。遠(yuǎn)方和本地計算機均要求有圖形化顯示，現(xiàn)階段至少應(yīng)有次接線圖、關(guān)鍵點電壓電流及溫濕度、門禁等信息，可控制風(fēng)機等設(shè)備，界面應(yīng)達(dá)到現(xiàn)有配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的信息顯示要求。可以從子系統(tǒng)和設(shè)備兩個維度查看信息，方便調(diào)閱；模塊化設(shè)計，方便刪減軟件內(nèi)容。缺點是對軟件設(shè)計要求高。

對所有基礎(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)程計算機集中了所用數(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，因而只需在計算機上增加數(shù)據(jù)處理程序即可；單個配電室的整體數(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?。欢唐趤砜?，可取代部分運維工作，如定時記錄負(fù)荷、溫度等信息，中期來看，自動處理部分不正?；蚓o急狀況，如對白天超負(fù)荷運行的變壓器可在夜間自動調(diào)整負(fù)荷，長時間來看，計算機智能可取代人工。缺點是易造成數(shù)據(jù)丟失

參考文獻(xiàn)：

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呂 平，向珉江，趙 螈，馬 強，曹貴明.居民小區(qū)智能化配電室建設(shè)方案探討統(tǒng)設(shè)計

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

作者簡介：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