淺談智能化配電室在居民小區的建設應用

摘要：近年來居民小區配電室的數量增長快且設備情況較復雜，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控系統。按照實用性、統性、分層和模塊化設計等原則，提出了“三層八縱”的建設方案．即由遠方層、中間層和本地層組成層次結構，構建門禁、電氣量遙測、電氣量遙信、溫濕度監測、視頻、遙控遙調、直流和繼電保護8個子系統。該方案層次結構清楚、功能模塊化且易于擴展，具有較強的實用性。

關鍵詞：配電網；智能化配電室；建設方案；功能子系統

引言

    配電系統位于電力系統的末端，起到向用戶供應和分配電能的作用。由于我配電系統起步晚，長時間得不到重視，加之經濟社會發展迅速，用電量急劇增加，配電系統已成為我電力系統可靠運行薄弱的環節。雖然近年來推廣實施的配網自動化系統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，尤其是居民小區配電室的運維管理存在諸多困難。

    近年來小區配電室數量激增，與運維人員數量嚴重不對稱，導致巡查周期增長、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?？側萘堪阍? 000—12 000 kVA之間，停電影響范圍大，增加了運維難度；設備多且情況復雜，除配電變壓器外，還有中低壓進出線、中低壓開關柜、中低壓母線、并聯電容、直流、繼電保護等多種設備；故障處理、雙電源切換不及時，造成電梯困人、火災系統失電等情況時有發生，客戶投訴和安全形勢突出。

    利用傳感技術、通信技術和計算機技術實現對供配電系統的遠方監控，已進行過諸多有益的探索。設計了配電變壓器監控裝置，ITI’U，實現對變壓器電壓電流信號的遙測，設計了對配電室溫濕度、煙霧、明火、水位等環境參數監控系統，設計了10 kV開關設備的SF。氣體量的監測，文獻[9]開發了針對低壓設備檢測和控制的系統，但這些系統大都單獨設計、相互獨立、各自為政。它們的通信方式采取現場總線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”的小區配電室自動化系統建設方案，具備完整統的功能，通信方式也可靈活地兼容多種通信方式。

1 基本思路

1.1 設計原則

實用性原則。根據配電網基礎薄弱、信息化水平較低、運維人員與配電室數量又嚴重不對稱等特點，智能化配電室的設計應立足當實際，堅持實用為先的原則，從實際需求出發，以減少人工、降低維護費用、提高供電可靠性和供電質量為目標。當實用性有沖突時。當應堅持實用的原則。

統性原則。雖然以往對配電室自動化運維也進行過諸多探索，如溫濕度遙測、負荷監控等，但它們都相互獨立，沒有統的信息平臺，使用不方便，且不便于對相關數據進行統分析。智能化配電室應堅持統設計原則．做到接口多樣化、系統開放化、數據集成化。

分層和模塊化設計原則。具體設計方法上，縱向結構應按分層原則設計，橫向結構應實現模塊化。所謂縱向結構是指配電室從基礎設備到后臺系統的層級結構，橫向結構是指實現監視、控制和分析功能的不同子系統。

分期建設原則。根據現有小區配電室數量多且運行中的設備情況復雜、各類智能化子系統實現難易程度差別較大．以及當還處于智能化建設起步階段等特點，對智能化子系統宜堅持統設計、分期建設的原則．對那些實現難度大、投入費用多、運維要求高、實用性稍弱的子系統或功能可在今后逐步實現。分期建設的好處在于：減少投資、積累平臺系統的維護經驗、消除顧慮、提高改造覆蓋率以惠及更多用戶。

平臺建設適度超原則。具體功能上分期實現，但實現平臺應適度超，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．使分期建設的各子系統能夠集成和統。

1．2總體框架

“三層八縱”的建設方案如圖1所示，即“2項需求目標、3個建設層次、8個模塊化子系統”。

圖1 “三層八縱”建設方案

2項需求目標為巡查管理的需求、預警報警的需求，均分為本地實現和遠方實現兩種模式。3個建設層次為本地層、通信層、遠方層。本地層包括安裝在配電室內的本地計算機和各類感應傳感設備；通信層采用光纖或無線通信技術；遠方層為遠方計算機。

8個子系統為門禁系統、電氣量遙測系統、溫濕度監測系統、電氣信息遙信系統、視頻監視系統、遙控遙調系統、直流監視系統、繼電保護監視系統。其中5個為基本系統，現階段可以全部實現，后3個系統可后續逐步實現，但這些系統內的些子功能也可考慮在現階段實現。

2 建設層次

   根據設備處于的地理位置和功能，劃分了遠方層、中間層和就地層，它們各自包括的主要設備和應實現的功能如表1所示。

表1 3個建設層次及其功能

中間層聯系著遠方層和就地層，實現雙向通信。通信模式有召喚和觸發兩種模式：召喚模式主要滿足巡查管理的需求．數據路徑是“遠方層中間層就地層中間層遠方層”，其特點是數據量大、實時性不高、對數據丟失不敏感；觸發模式主要滿足報警預警的需求，其特點是數據量小、實時性高、對數據丟失敏感，因此實行數據重發確認機制．即遠方層收到信息后應告知就地層“已收到”，否則就地層將重發信息，其數據路徑是“就地層中間層遠方層中間層就地層”。

遠方層與就地層均有計算機，但它們是有顯著區別的，主要表現在：就地計算機需要在高溫、潮濕的環境中保持長時間正常運行，因此需要達到工業級計算機的要求：就地計算機需要記錄大量原始數據，但對數據分析的功能要求不高。遠方計算機則應具備強大的數據集成運算、自動分析、智能判斷的功能；遠方計算機的輸入輸出設備要求高于就地計算機。

就地層計算機向下聯系著各子系統．將定期記錄并保存各類監控數據，包含多種類型的接口，數量多、有預留并易擴展。它向上聯系著中間層，接口應統、帶寬高、易于升級。由于有就地層計算機定期保存監控數據，為減少數據流量、保持通信暢通、保證重要的報警預警信息能及時送達，與以往各類實踐不同.本系統對般的運維數據只實行召喚模式，不進行自動發送。

3 各功能子系統

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

表2 8個子系統及其功能

各子系統的硬件雖然都屬于就地層，但其相關的通信、軟件系統卻貫穿了中間層和遠方層，因此本方案可以總結為“三層八縱”，即從橫向上看是3個建設層次，縱向上看是8個子系統。

各子系統間是相互關聯、并非相互獨立的。例如超溫、跳閘等情況也應啟動門禁系統的燈光報警裝置。此外，各系統采集的數據也應實現集成運算和綜合判斷。

4 安科瑞配電室環境監控系統的介紹與選型

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，自主研發了安科瑞配電室綜合監控系統，實現了智能開關柜運行監控、高壓開關柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監控、母線測溫監測、電纜測溫監測、環境監測、有害氣體監測、安防監控、采暖通風、門禁、燈光、風機、除濕機、空調控制等功能。實現動力環境各數據的檢測與設備控制，實現動力環境化，避免運行環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境的分布式遠程管理。

4.2系統功能

4.2.1 通信管理

安科瑞智能配電室綜合監控系統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測。

4.2.2實時監測

安科瑞智能配電室綜合監控系統人機界面友好，能夠顯示配電室設備的運行狀態，實時監測配電室環境參數信息，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控系統具有實時告警功能，系統能夠對配電室溫度、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控系統能夠對產生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和進行歷史追溯、查詢統計、事故分析。

4.2.8 用戶權限管理

為保障系統穩定運行，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控系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構?？稍诰€診斷設備通信狀態，發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控系統可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。

4.3Acrel-2000E/B配電室環境監控系統配置選型     

5 結語 

   堅持平臺建設適度超原則。在本地層設置了本地計算機，集成各個子系統的數據，可就地存儲查看，也可發送到遠程計算機。對本地數據進行集成，統存儲、適時發送，避免各自為政，節約了通道；本地計算機有多種接口，便于子系統及功能擴展；可實現就地調用和查看數據；便于對采集的各種數據進行綜合運算分析，提供計算機輔助決策。缺點是次性硬件投入較大。

根據實現難度進行分級。立足當，放眼將來，以實用性為依據進行分期建設。減少當期投資；積累平臺設備運行管理經驗；與當運維水平相符合，人員不需進行過多培訓即可掌握；堅持了整體布局。缺點是分期建設的投資總和大于次性建設的投資。

概要性地提出了運維管理和預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、人工調用的方式，目的在于節省人力物力：預警報警針對突發的不正?；蚓o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，所有子系統都為這2個核心要求服務：有本地和遠方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常或緊急情況的要求。

對軟件模塊化設計、圖形化顯示的要求適應發展。遠方和本地計算機均要求有圖形化顯示，現階段至少應有次接線圖、關鍵點電壓電流及溫濕度、門禁等信息，可控制風機等設備，界面應達到現有配網自動化系統的信息顯示要求?？梢詮淖酉到y和設備兩個維度查看信息，方便調閱；模塊化設計，方便刪減軟件內容。缺點是對軟件設計要求高。

對所有基礎數據進行了集中，具備了進行數據分析的能力。此模式下本地和遠程計算機集中了所用數據。而數據篩選、分析和決策也是未來主電網的發展的方向。由于進行了數據集中，因而只需在計算機上增加數據處理程序即可；單個配電室的整體數據量不大，集中處理可以滿足處理速度的要求，投資較分布式處理、云處理較小；短期來看，可取代部分運維工作，如定時記錄負荷、溫度等信息，中期來看，自動處理部分不正常或緊急狀況，如對白天超負荷運行的變壓器可在夜間自動調整負荷，長時間來看，計算機智能可取代人工。缺點是易造成數據丟失

參考文獻：

劉沛騫，陳俊杰，王成文，等．基于GPRS的配電變壓器實時監控體化系統[J]．電網技術，2005，29(6)：82—84．

呂 平，向珉江，趙 螈，馬 強，曹貴明.居民小區智能化配電室建設方案探討統設計

安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監控系統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器的研發與應用