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場實踐。通過研究確定配電房內各類設備基于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，實現配電房信息的智能傳輸、處理．實現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濟運行問題．且社會經濟效益顯著。

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)現小區(qū)變運行中出現的問題．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)變的經濟運行問題．靠人工去監(jiān)測和操作控制是不可能實現的任務。要運行好小區(qū)變．就需有符合現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．對采集的信息數據進行篩選、分析。對出現的各類問題自動告警，實現居住區(qū)配電系統(tǒng)安全經濟運行，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．實現對視頻、門禁、SCADA、安防等設備的數據采集，并滿足數據的智能分析要求。針對小區(qū)變目能夠采集的數據進行梳理[2]，根據各類數據的作用進行分類．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、當地保留供查的信息等：同時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類數據先級．保證各類重要緊急數據的響應時間。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

  依據基本、必要的原則，確定智能信息監(jiān)控終端功能的實現功能．盡量減少終端的元器件數量．加強集成度。實現智能測控功能；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)功能實現用戶所需要的四遙功能，用戶可根據需求．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。智能終端裝置內程序以RTDB(Real．time Database)實時數據庫為核心．按規(guī)約生成任務．各任務間數據以數據庫RTDB進行相關交互操作．通過共享內存?zhèn)鬏斔倪b信息和其他信號．相關數據的操作通過DataView實現。RTDB控制所有進程啟停．RTDB運行時．讀取配置文件數據．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)，負責數據轉發(fā)的規(guī)約．如虛終端等。智能終端裝置內數據流程如圖1所示。

圖1智能終端裝置內數據流程

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)內各類設備符合ⅢC 61850協(xié)議規(guī)范的信息，保證小區(qū)內各類設備的即插即用和信息共享。先收集配電生產運行、維護和管理等各類人員對小區(qū)變內設備的信息需求；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，整體實現功能(F)為小區(qū)變測控。數據信息具體如圖3所示。

圖3 DTU測控數據信息

1個DTU可以采集多條線路或其他設備數據量。以上數據信息的邏輯節(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個數據集：保護動作(dsTrip)，告警(dsAlam)。開關量(dsRelayDin)，定值(dsSetting)。具體引用數據按DL／T 8607定義。

②測量類LD．邏輯節(jié)點引用數據按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地端兩層。通過當地端系統(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模式，減少主站端出現問題時對大量小區(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)的當地端主要通過SCADA系統(tǒng)實現電氣設備的監(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。正常數據保存在小區(qū)變內當地端的硬盤中．異設備模型在主站端系統(tǒng)中建立、修改，再同步到當地端．系統(tǒng)智能控制策略和規(guī)則由主站端系統(tǒng)自動生成．定期同步到當地端系統(tǒng)中。智能運行控制系統(tǒng)的當地端系統(tǒng)能實現小區(qū)變內智能控制電容器投切、智能控制主變投退、合理調節(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。當地端系統(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)的當地端實現消防報警系統(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

  電網中小區(qū)變數量遠大于變電站數量．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)采集處理的數據量是變電站的數倍甚至數十倍。以揚州供電公司現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。將主要的數據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)送少量數據，在收到主站訪問及調用命令時．子站再集中上送數據包故障、異常或輔助系統(tǒng)調整運行方式時，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現場應用發(fā)現的問題及解決

  智能監(jiān)控終端要求具有數據篩選、智能分析與計算、數據遠傳功能．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．而在現場施工時．發(fā)現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．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)現的問題及解決

  在實施過程中．發(fā)現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?。虼艘笙嚓P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的數據建模．為今后類似設備的接入提供了支持依據。

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驗，自主研發(fā)了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現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、空調控制等功能。實現動力環(huán)境各數據的檢測與設備控制，實現動力環(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的通信設備進行管理、添加、刪除、控制和數據的實時監(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 數據查詢

  在人機界面中，可以直接查看配電室個設備的運行數據。

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

  查詢配電室內設備的運行數據報表，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授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）?？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)網絡結構。可在線診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網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)的研究和現場應用．解決了配電房內各類設備基于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、經濟運行輔助功能，實現世界配電運行維護管理的新目標。

參考文獻：

[1]王燦，吳菲菲．IEC 61850數字變電站綜合自動化系統(tǒng)[J]．華中電力，2011，24(1)：6～10．

[2]劉忠，謝亮．居住區(qū)配電房智能運行系統(tǒng)的研究與實踐

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