程志芳
(安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801)
摘 要：配電房作為電力系統的重要組成部分，與電力用戶聯系密切，通過對智能配電房的總體建設方案和具體建設思路的分析，提出以SCADA(數據采集與監視控制系統)系統為核心，有效整合安防系統、門禁系統、環境監測系統以及一次設備狀態監測管理系統的智能配電房建設方案，打破數據壁壘，應用物聯網、人工智能、大數據分析等先進技術，實現配電網運維的數字化轉型和智能化提升。
關鍵字：SCADA、智能配電房、電網運維
1.引言
近20年我國的配電自動化技術取得了長足進步，由就地控制(重合器、重合分段器、重合閘+自動配電開關)的FA(饋線自動化)，發展為通信及主站集中監控和故障處理(配電SCADA+FA)的DA(配電自動化)、基于GIS離線配電管理的DMS(配電管理系統)、實時DA與基于GIS配電管理相集成的DA/DMS等多種基本功能模式。配電自動化系統的完善和發展，在促進電力企業安全生產、優質供電、管理進步、客戶服務等方面，取得了較好的效果。
與此同時，配電自動化系統也存在很多問題，主要表現在以下方面：
1)系統集成中存在孤島，各廠家監控系統不兼容，信息不能共享，沒有統一的界面，使用和維護復雜，使配電自動化系統難以發揮作用；
2)設備選擇盲目求新，無法取得整體優化的效果；
3)系統結構設計缺乏統籌兼顧，從而影響應用效果；
4)設計缺乏長遠策略，造成系統開放性差，功能擴展難。
配網自動化經過十多年的發展，已經初步形成以 FTU、DTU、智能臺區為代表的智能配電網絡。配電房自動化套用功能單一的“三遙”監控和饋線自動化功能的建設模式，已難以滿足智能配電網自動化的發展要求。配電房作為配電網的重要環節，存在運維人員數量不足且綜合素質參差不齊、故障發現與處理不及時等問題，同時現有的站所內環境、消防、門禁及設備運行狀態等參數實時性不高，無法做到事前預警、事中控制、事后分析的管理需求。因此，一種智能配電房管理系統應時而生，以有效整合安防系統、門禁系統、環境監測系統及一次設備狀態監測管理系統，為更安全、更智能的電力供應提供保障。
2.智能配電房總體建設方案
基于上述配電自動化系統的存在問題現狀，規劃建設具有智能化配電自動化水平的主干線路配電房，應充分考慮如下因素：
1)主干線路開關支持遠方遙控操作，有效縮短主干線路故障處理時間；
2)配電房自動化技術要避免系統功能設計單一，自動化系統、安防系統等孤島建設而使信息不能共享的問題；
3)配電房自動化設備要具有較高的性價比、較實用的功能，并具有開放的系統集成功能；
4)要充分考慮運行維護方便，減小設備體積，進行模塊化設計，便于具有通信和自動化基礎的人員維護管理，從而達到減員增效的目的。
Acrel-2000E配電室綜合監控系統以智能控制為核心，通過物聯網技術的集成應用，實現配電室內配電設備運行環境的全天狀態監視和智能控制。系統由485通信和以太網通信混合組網，完成站端電力數據、視頻數據、環境數據以及安全防范等數據的采集和監控，適配于當下多種應用場景。
智能配電房綜合管理系統的功能主要包括：
智能門禁：所有門均配備磁力鎖或電控鎖，入室探測器，刷卡器，正對門的視頻監控。
智能視頻監控：根據配電房的大小合理配置視頻監控。
智能環境監測聯動控制：在配電房安裝各種環境傳感器，監測配電站所環境，通過環境信息控制其相應的設備進行工作。
智能測溫：通過安裝在高低壓柜、變壓器接頭等位置的溫度傳感器對電纜及接頭溫度進行監測。
智能局放：在配電房內安裝全向局放監測儀，監測局放情況，對發生異常的設備進行“重癥監護”管理。
智能電能及設備狀態監測：實時監測及時發現故障，實現低壓開關的電流、電壓、功率因數、電纜溫度等數據的采集。
智能防凝露：實時監測，自動除濕，有效解決開關凝露問題。
智能蓄電池監測：實現遠程自動維護，節約大量人力物力，延長電池使用壽命，大大減少每年電池報廢數量。
在未來隨著軌道巡檢機器人的廣泛應用可以加入軌道機器人巡檢，代替人工，在開關室、GIS室和繼保室進行可見光、紅外、局部放電、聲音等監測。
3.配電室智能監控系統軟件設計
3.1SCADA系統
SCADA是指監控和數據采集，在電力配電房內需實現配電網“遙測、遙信、遙控”功能；實現配電網短路、接地故障監測，可通過主站實現故障定位；監測10 kV線路的負荷電流；監測配電變壓器的負荷；監測10kV開關狀態；支持遙控功能，實現非故障段恢復供電，大幅縮短故障停電時間；實現遙控操作，減少運行人員操作次數，降低運行人員工作強度。還可通過安裝電能質量在線監測裝置、高精度電流互感器及前端采集設備，對配電房內運行設備的電流、電壓、有功功率、無功功率、電量、諧波等數據進行采集，并上傳到系統數據中心進行綜合分析。系統通過實時數據分析結果與歷史數據進行大數據分析，預測和判斷目前電能質量和設備運行狀態，從而實現故障快速定位、保障供電電能質量。
3.2視頻監控系統
視頻監控是指將智能監控系統前端的監控攝像頭所記錄和采集到的音視頻材料通過信號線傳遞到硬盤錄像機上，然后由硬盤錄像機經過初步判斷和處理后就傳遞到監控平臺。通過智能攝像頭與系統的人工智能分析，實現智能視頻監控功能，從而完成移動偵測、圖像自動上傳、實施遠程監控和智能分析等應用場景。當有人員或小動物在監控畫面內移動時，攝像頭自動捕捉移動物體，自動啟動錄像功能，并保存在硬盤錄像機內；當配電房內其他系統存在門禁、凝露等告警信息時，系統會自動進行智能聯動，對監測點進行錄像取證；運維人員可以遠程調閱視頻信息，也可以實時查看配電房內的環境情況和設備工作狀態。
3.3環境監控系統
環境監控子系統通過在配電房安裝部署溫、濕度傳感器、有害氣體監測裝置(SF6傳感器、CH4傳感器、CO 傳感器、03傳感器)、煙霧傳感器、水位傳感器等多種傳感器，實現配電房內環境信息的實時采集、儲存、整理、上傳等操作，并通過系統內部信息共享和判斷策略，進行聯動控制，完成對配電房環境的動態監測和控制。運維人員通過系統對溫濕度、氣體監測、煙霧和水位等信息進行閾值設定，當發生越限的時候，系統將自動彈出相應的報警事件，同時產生報警事件進行記錄、存儲，并智能聯動空調、排風系統、水泵等設備，對配電房環境進行動態調節，保障配電房內設備運行環境安全。
3.4無線測溫系統
無線測溫系統由收發器和傳感器兩部分組成，配電房內的高壓柜的母線連接處、隔離刀閘或觸頭處、變壓器低壓出線處及低壓柜大電流匯流排除均是發熱的敏感部位、這些部位也是巡視人員巡檢時監測的重點。通過安裝在高低壓柜、變壓器接頭等位置溫度傳感器對電纜及接頭溫度進行實時監測，并把測量結果通過網絡上傳到監控中心數據庫服務器，通過軟件分析能夠對溫度過高發出告警信息，系統還可以根據歷史溫度曲線對比判斷，根據發熱設備運行狀態進行分析，提前進行設備防護，實現溫度故障的早期預測，防患于未然。
無線測溫系統可采用ATE400無線測溫傳感器搭配ATC600接收裝置，實現配電房內的電氣柜的溫度在線監測功能，該傳感器為非電池供電(采用感應取電方式供電)，采用470MHz無線頻率傳輸；傳感器正常工作啟動電流需≥5A；在線測溫范圍-50 ℃～+125 ℃；溫度采樣頻率：15s；數據發射頻率：15s；溫度采樣精度：±1℃；正常工作溫度宜-40 ℃～+85 ℃；工作電流：一次額定電流5000 A；溫升要求：在額定工作條件下，裝置不應達到可能影響開關柜一次設備絕緣及被測點正常工作的溫度，裝置的電流互感器線圈通過1250 A，30 min，環境溫度為20 ℃時，無線溫度傳感器表面溫升不應超過10 K。傳輸距離：空曠距離不大于150米。ATC600接收裝置一臺可接受240只無線測溫傳感器，在不同類型結構的配電房內也可以通過無線中繼模塊實現無線測溫數據傳輸，解決施工布線難題。
3.5其他
除了上述幾個系統外，其還有空調監控、門禁管理等系統模塊。空調監控是用于監測各類機型的空調設備，并且具有檢測和重試等調節空調運行狀態的功能，從而有效的提高了其可靠性和安全性，降低其由于死機或者是停機造成的損害。將配電房所有門配備磁力鎖或者電控鎖、入室探測器、刷卡器、正對門的視頻監控裝置。利用智能配電房綜合管理系統的數據共享和智能聯動機制，實現門禁、遠程操作、刷卡記錄、抓拍記錄、智能報警、照明控制功能。各個監控模塊都由監控室進行控制與數據集成，相互聯動的系統進行協同合作，從而達到對配電室的監控和管理。
4.Acrel-2000E配電室綜合監控系統
Acrel-2000E配電室綜合監控系統通過監控系統平臺和監控終端，實現智能開關柜柜運行監控、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，實現動力環境優化，避免運行環境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過高，同樣實現配電動力環境的分布式遠程管理。系統架構由站控管理層、網絡通訊層和現場設備層構成。
系統功能需求：
1)數據采集及處理：通過間隔層設備實時采集現場配電室溫度、濕度、SF6、O2、O3、煙霧、門禁及電表等數據；
2)畫面顯示：配電房環境溫濕度、氣體(SF6、O2、O3等)含量、配電開關狀態、漏水/水浸、煙霧、門禁等的實時信息、視頻、各測量值的實時數據、各種告警等信息。
3)記錄功能：具有溫濕度、氣體(SF6、O2、O3等)含量、電壓、電流、功率、電能以及事故、告警事件等各種歷史數據的存儲功能，以供查詢、分析、打印。
4)報警處理：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。可以提供四種告警方式：監控界面彈窗告警；實時語音告警，系統能夠對所有事件發出語音告警；短信告警，可以發送告警信息短信。
5)曲線分析功能：可以曲線形式展示監控系統的溫濕度、氣體(SF6、O2、O3等)含量、電壓、電流、功率等數據，以便分析其當前運行狀態及有關歷史趨勢。
6)報表統計功能：通過報表，可以方便分析供電系統及各回路運行參數，形成運行日報、月報、電能統計日報、月報、年報。
7)遠程運維功能：Acrel-2000E配電室綜合監控系統可將現場采集信息上傳企業電力運維云平臺，企業運維人員可遠程運維，構建智能運維體系，開發智能運維應用，實現配電房智能分析、故障預測、智能巡查、智能派單、故障知識庫構建等功能，使配電室運維更加智能高效。
針對不同類型結構的配電房應用場景，Acrel-2000E配電室綜合監控系統有不同的應用，常規新建配電房可通過采用現場并柜的方式用Acrel-2000E/G方案，通過組屏方式在屏柜上集成各個子系統模塊，使整個配電房看上去整體化一。針對改造或前期空間較緊張項目可采用Acrel-2000E/B的壁掛箱方案，壁掛箱方案小巧，適用于多數應用場景，在有限的箱體內保留主要的輔助監控需求。
5.總結
智能配電房有效地集成了電力系統的SCADA系統、視頻監控系統、門禁系統、環境監測系統及一次設備狀態監測管理系統。其建設為實現更加智能和更高質量的電力供應提供了可靠的實驗平臺和理論探索。
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