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淺談基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與產(chǎn)品選型

更新時間:2023-06-26 點擊次數(shù): 363次

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

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)定運行。但是,配電室數(shù)量多、部署分散、管理復(fù)雜,人工現(xiàn)場巡檢管理方式費時費工、錯誤率高,如果發(fā)生故障隱患,往往無法及時發(fā)現(xiàn)。針對配電室運維現(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,其可聯(lián)動或遠(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,隨著我國工業(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,按照電壓等級可以分為高壓配電室和低壓配電室。目前,我國配電室常采用無人管理的室內(nèi)站設(shè)計方案。

長期以來,配電室運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)場逐個巡視,運維工作量大、效率低、實時性差,致使城市配電室運檢工作面臨巨大壓力。配電室電氣設(shè)備運行狀態(tài)和環(huán)境信息缺乏必要的監(jiān)測手段,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)計和錄入費時費力,易出現(xiàn)疏漏等嚴(yán)重影響運檢質(zhì)量的情況。

隨著城市配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大以及供電質(zhì)量和服務(wù)可靠性要求的提高,城市配網(wǎng)運維工作量日益變大,電力設(shè)備安全運行面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?;谖锫?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)對配電室進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控,不但將運維人員從繁重的工作中解放出來,而且大大提升了運維效率。

1、整體方案

針對城市配電網(wǎng)絡(luò)運行的復(fù)雜性,智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過整合電力設(shè)備及環(huán)境狀態(tài)信息,可以實現(xiàn)配電室運行狀態(tài)的自動遠(yuǎn)程實時監(jiān)測和智能預(yù)警,并可聯(lián)動或遠(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、平臺層和應(yīng)用層四個部分組成,如圖1所示。

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圖1整體方案

感知層是整個系統(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)實現(xiàn)配電室的電力設(shè)備信息、運行環(huán)境信息、安防信息等數(shù)據(jù)的實時采集。

網(wǎng)絡(luò)層通過低功耗物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)配電室相關(guān)監(jiān)測終端設(shè)備的泛在連接,實現(xiàn)配電室監(jiān)測終端組網(wǎng)感知功能并通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將感知層數(shù)據(jù)上傳至平臺層。監(jiān)測終端設(shè)備具有數(shù)量多、位置部署分散、信息安全級別低等特點。

平臺層是整個監(jiān)測系統(tǒng)的中樞,可以實現(xiàn)海量配電室狀態(tài)監(jiān)測終端的物聯(lián)管理,實現(xiàn)各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲和管理,通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)深度挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)價值,提高平臺層的業(yè)務(wù)支撐能力。

應(yīng)用層主要實現(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)實現(xiàn)電力設(shè)備運行狀態(tài)評估、故障預(yù)警、智能輔助決策和精益化管理,有效提升了城市配電網(wǎng)絡(luò)中配電室智能化運維水平。

2、配電室在線監(jiān)測設(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)對配電室安全運行、事故預(yù)防亦提出更高要求。配電室電力設(shè)備運行過程中,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,實現(xiàn)對電力設(shè)備及運行環(huán)境的主要狀態(tài)參數(shù)的在線實時監(jiān)測,監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一由就近部署的無線網(wǎng)關(guān)上傳至后臺服務(wù)器。

無線網(wǎng)關(guān)由微處理器模塊、無線通信模塊、數(shù)據(jù)回傳模塊、對時模塊和電源模塊等組成,主要負(fù)責(zé)各個監(jiān)測終端的身份識別和數(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),實現(xiàn)電氣設(shè)備運行狀態(tài)信息、環(huán)境信息、安防信息等實時監(jiān)測和自動報警,從而完成配電室遠(yuǎn)程智能巡檢。

3、配電室聯(lián)動和遠(yuǎn)程控制設(shè)備

配電室會發(fā)生用電超負(fù)荷過熱引發(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、水泵、除濕機和聲光報警器等輔助設(shè)備,一旦遇到突發(fā)情況,就可以聯(lián)動和遠(yuǎn)程控制輔助設(shè)備。無線網(wǎng)關(guān)需要接收主站監(jiān)控系統(tǒng)的命令,也可以替代運維人員快速聯(lián)動輔助設(shè)備,當(dāng)發(fā)生告警信息時,其可以智能聯(lián)動相關(guān)輔助設(shè)備,及時處理突發(fā)事件,有效防止事故進(jìn)一步升級惡化。輔助設(shè)備聯(lián)動控制策略如圖2所示。

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圖2輔助設(shè)備聯(lián)動控制策略

4、配電室設(shè)備臺賬管理

配電室設(shè)備臺賬采用電子信息標(biāo)識器技術(shù)完成電氣設(shè)備的信息固化,包括設(shè)備名稱、生產(chǎn)信息、運維記錄和歷

史維護信息等。其通過建立完整的設(shè)備臺賬,融合所有關(guān)聯(lián)信息,智能動態(tài)跟蹤設(shè)備狀態(tài),實現(xiàn)全生命周期管理。

電子信息標(biāo)識器是基于射頻識別(RFID)技術(shù)開發(fā)的,內(nèi)部是一個無源電路,外殼采用防腐蝕、防水、耐擠壓材料,通過扎帶固定在識別對象上實現(xiàn)現(xiàn)場信息固化和定位。常用的電子信息標(biāo)識器有高頻和很高頻兩種,高頻電子信息標(biāo)識器穿透能力強、抗干擾性好,很高頻電子信息標(biāo)識器傳輸距離遠(yuǎn)、讀寫速度快。不同的電子信息標(biāo)識器適用于不同的應(yīng)用場景,很大地滿足了配網(wǎng)復(fù)雜的應(yīng)用場景。

閱讀器兼容各頻段的電子信息標(biāo)識器,當(dāng)電子信息標(biāo)識器進(jìn)入閱讀器發(fā)射的射頻場后,其憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在電子信息標(biāo)識器內(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,所以閱讀器可實現(xiàn)對電子信息標(biāo)識器的穿透讀取。閱讀器可采用移動智能巡檢終端或者帶有NFC(Near Field Communication)近場通信功能的手機等形式。設(shè)備標(biāo)識建設(shè)方案如圖3所示。

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圖3設(shè)備標(biāo)識建設(shè)方案

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)開發(fā),用戶在客戶端通過瀏覽器向B/S服務(wù)器端發(fā)出訪問請求,其通過用戶權(quán)限控制和管理實現(xiàn)多用戶的靈活訪問;B/S架構(gòu)將開發(fā)、維護和升級等核心工作都集中在服務(wù)器端,簡化了客戶端的工作量,提高了系統(tǒng)使用和維護的便利性。

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)評價管理模塊、設(shè)備缺陷管理模塊和智能運維管理模塊等,系統(tǒng)采用GIS地圖方式展示城市配電室的位置信息、報警信息、電力設(shè)備運行狀態(tài)信息、環(huán)境參數(shù)信息、輔助設(shè)備信息和安防信息等,實現(xiàn)對配電室電力設(shè)備的統(tǒng)一管理,免去運維人員繁重的現(xiàn)場運維工作,運維人員在監(jiān)控室即可遠(yuǎn)程掌握配電室的各種信息,即便運維人員外出時,也可以通過手機等移動終端實時了解配電室運行情況,同時通過實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可以對事故隱患做到提前預(yù)知、提前處理,減少電力設(shè)備故障對城市電網(wǎng)穩(wěn)定運行的影響,有效降低事故處理成本,提高配電室智能化運維水平。

6、安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

6.1概述

配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括智能監(jiān)控系統(tǒng)屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)(云臺球機、槍機)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)(溫度、濕度、水浸、煙感)、控制子系統(tǒng)(燈光、空調(diào)、除濕機、風(fēng)機、水泵)、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)(讀卡器、開門按鈕、磁力鎖)、安防監(jiān)控子系統(tǒng)(雙鑒檢測器)。

6.2應(yīng)用場所

適用于軌道交通,工業(yè),建筑,學(xué)校,商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設(shè)計、施工和運行維護。

6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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6.4系統(tǒng)功能

6.4.1實時監(jiān)測

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,實時顯示有關(guān)故障、告警等信息。

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6.4.2數(shù)據(jù)查詢

在人機界面中,可以直接查看配電室中各個設(shè)備的運行數(shù)據(jù)。

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6.4.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

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6.4.4運行報表

查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運行數(shù)據(jù)報表。

6.4.5實時告警

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。

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6.4.6歷史事件查詢

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。

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6.4.7用戶權(quán)限管理

設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能,可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

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6.4.8網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

支持實時監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài),能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

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6.4.9遙控功能

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。

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6.5系統(tǒng)硬件配置

名稱

型號

圖片

功能

系統(tǒng)

ACREL-2000E

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Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng),可實現(xiàn)開關(guān)柜運行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、母線及電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境溫濕度監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控,可對燈光、風(fēng)機、除濕機、空調(diào)控制等設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動控制。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設(shè)備控制,優(yōu)化動力環(huán)境,避免運行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運行故障,保證維護人員安全,延長設(shè)備使用壽命,實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。

智能通信管理機

Anet-2E4SM

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通用網(wǎng)關(guān),2路網(wǎng)口,4路RS485,可選配1路LORA,帶電告警功能,支持485,4G從模塊擴展。

主機

Acrel-2000E/A

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數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備控制、報警事件記錄查詢,可以根據(jù)采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)或狀態(tài)聯(lián)動啟動風(fēng)機、聲光報警器、空調(diào)、水泵等設(shè)備。

Acrel-2000E/B

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參數(shù)設(shè)置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備控制、視頻監(jiān)控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。

Acrel-2000E/M

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參數(shù)設(shè)置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備控制、視頻監(jiān)控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝。

Acrel-2000E/G

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參數(shù)設(shè)置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備控制、視頻監(jiān)控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝

環(huán)境監(jiān)測硬件

RS-WS-NO1-8

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用于配電房溫度和濕度。工作電源:AC/DC 85~265V工作溫度:-40.0℃~99.9℃工作濕度:0%RH~99%RH

BRJ-307

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光電式煙霧傳感;電源正極(DC 12V):+12V,繼電器輸出:常開觸點

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接觸式水浸傳感器,監(jiān)測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況,工作電源:DC 10-30V工作溫度:-20℃~+60℃工作濕度:0%RH~80%RH響應(yīng)時間:1s繼電器輸出:常開觸點

環(huán)境監(jiān)測硬件

T35-II-5.6

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風(fēng)量4800,帶溫控器,帶消聲段,電機變頻

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常開型;感應(yīng)距離:30-50mm材質(zhì):鋅合金,銀灰色電度干接點輸出

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視頻監(jiān)控

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8路開關(guān)量輸入,8路繼電器輸出

7、結(jié)語

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),有效地降低配電室管理的難度和復(fù)雜性,提高了運檢效率,為配電室電力設(shè)備的全生命周期運維管理奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn):

  1. 王小蕾,周佳威,顧佳,等.配網(wǎng)自動化建設(shè)及運維問題探討[J].電工技術(shù),2018(23):78-79.

  2. 周金萍.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)研究.

  3. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.

作者簡介:

劉細(xì)鳳,女,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事配電室在線監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用。


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