劉丹
 

　　安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定   201801
 

　　摘  要：為了進一步提升配網運維工作質量和效率，支撐配網技術發展向數字化、精益化、智能化轉型。在大量的配電房現狀問題分析以及新監測技術調研的基礎上，文章提出了智能配電房系統構架，以及系統平臺和硬件設施的設計方案，并著重從環境、安防、視頻、設備狀態等功能模塊，分析了智能配電房的關鍵技術路線。建立了智能化、可視化、自動化、互動化的新型現代化配電房。成果應用在大量的智能配電房建設當中，為我國智能配電房的規范建設提供非常重要的指導作用。
 

　　關鍵詞：智能配電房；智能電網；環境監控；安防監控
 

　　0引言
 

　　電房是配網的重要供電節點，而配電房的環境設施條件一直處于較低水平，由于環境因素導致設備處于非正常工作狀態，配電房存在高溫、靜電、粉塵污染、潮濕、凝露、浸水、電纜溝長期積水、易爆氣體超標、盜竊等環境問題，引起絕緣老化及損壞等，極易導致產生絕緣擊穿、局部放電和短路現象，對設備安全運行和人身安全造成嚴重威脅。
 

　　為了解決以上問題， 今年開展了智能配電房的科技項目。首先對配電房現狀問題進行充分的數據分析，如將某地區供電局配電網 2016 年全年跳閘事故作為采樣數據進行統計分析，查找導致跳閘事故的主要原因，用實際運行數據論證配電房環境影響配電網安全運行的重要程度。為確保方案的可行性和技術路線的先進性，分別在珠海、南京、廈門、杭州等城市開展充分的廠家調研， 并在充分的廠家技術調研基礎上，在各地區組織開展了試點建設， 從試點項目研究出具有針對性、可行性、先進性的技術研究方案。
 

　　1 系統構架設計
 

　　1.1系統平臺設計
 

　　智能配電房主站系統如圖1所示。 采用了物聯網、無線傳感、大數據、云計算、移動互聯網、無線通信、智能檢測監測、無損檢測及智能分析軟件等技術，搭建安全性能強大的數據通道，實現終端(如傳感器、 嵌入式設備等)和云端的雙向通信。系統可以方便地將海量物聯網終端連接到管理平臺，實現設備和平臺之間數據采集和命令下發的雙向通信，對設備進行高效、可視化的管理，對數據進行整合分析，并通過與存儲產品、云計算產品打通，快速構建創新的物聯網業務。
 

　　實現配電網設備在線監測、診斷與告警以及智能巡檢，達到“隱患早預警，日常免巡維”。 運維人員通過監控平臺，實現配電房整體運行狀態的遠程監控，針對配電房環境相關突發事件實現自動進行預告警：通過平臺彈窗、軟件智能識別、語音通 知、手機APP提示、電話報警等多種方式通知直接責任人及主管領導等技術手段，在配電房環境重大突發事件即將發展時刻，第一時間將預告警發送，并生成應急預案，為重大突發事件處置贏得必要時間，防止出現更大規模及更加嚴重的事件。
 

　　智能配電房系統應與生產管理系統、地理信息(GIS)系統、配電自動化系統、調度自動化系統、運營監控平臺、特大城市電網平臺等數據對接，實現跨系統的綜合應用，支持手機端 APP，支撐配電網精益管理，集成用戶交互功能。
 

　　1.2硬件設施設計
 

　　在現有配電房設備基礎上，通過裝設智能監測裝置， 如圖2所示。監測配電設備、配電室環境的運行情況及性能參數，站端設備以智能監控終端為核心，能夠接入開關柜、變壓器、電纜和低壓設備的傳感器或智能設備(溫濕度傳感器、SF6傳感器、水浸、噪音、局放等)，并可以通過擴展設備實現預警聯動，實現對配電房環境、視頻、安防、電氣設備狀態等信息的監測和控制功能，從而提升配電網運行環境的安全性和可靠性。
 

　　智能配電房還應利用物聯網技術， 通過掃描配電房設備的 RFID/二維碼等電子標識采集電力設備各方面信息，包括臺帳、試驗、缺陷等，實現對運行設備臺賬的在線信息采集，立完整的設備管理檔案。基于物聯網技術的設備狀態全生命周期管理，將設備狀態信息與資產管理信息進行整合，實現對資產全生命周期“新增、調撥、維修、閑置、報廢”等過程的智能化動態實時跟蹤和集中監控，提高資產全生命周期的自動化及智能化。
 

　　2 技術方案研究
 

　　配電房智能化以一次網架和設備為基礎，以配電房智能化系統為核心，綜合利用多類型傳感與監測設備，實現對配電房關鍵狀態量的采集與監測。配電房關鍵狀態量以業務應用角度按如下規則劃分：環境、安防、視頻、設備狀態、氣運行參量、設備物聯網標簽管理六大類。 各狀態量的信息采集主要在設備、場所關鍵節點部署相應監測傳感器，傳感器對相應狀態信息進行數字化采集處理，實現信息的實時監測。
 

　　2.1 環境監控
 

　　環境監控主機將各項環境數據實時發送給監控中心，如圖3所示。監控中心得到數據之后立刻按 照既定的閾值條件及告警策略產生相應的事項告警，通過語音、短信、 郵件、 微信等 既定渠道發給相關責任用戶，同時按照既定的異常處理措施來控制風機、水泵、電力控制調控機等設備的開啟或關閉。
 

　　(1)凈化通風子系統
 

　　通過啟動凈化通風裝置進行室內外空氣交換，由進風口與凈化通風裝置進行連接，經復膜濾袋對 室外空氣進行過濾，將凈化空氣送入室內，形成室內微正壓的空氣環境。
 

　　(2)溫濕度控制子系統
 

　　應用溫度傳感器采集室內各位置的相關溫度信息，通過智能控制器建立反饋機制，自動控制風機 的出力與啟閉，實時調節氣流量及對流強度，使其與熱源體發熱量變化的動態特性相匹配。當濕度即將超標的情況下，自動將戶內氣流控制方式改為“降濕”模式，可在較短的時間內降低室內空氣的相對濕度，防止室內空氣凝露對電氣設備造成威脅。
 

　　(3)防水浸子系統
 

　　針對配電房或電纜溝的水位監測，常用的浸水探測器為浮球式液位傳感器、投入式水位傳感器、水浸傳感器。
 

　　浮球式液位傳感器的工作原理為液位達到預設高度時，液位開關內的磁簧開關會閉合，輸出報警信號。
 

　　投入式水位傳感器是利用水壓壓力與水的高度成比例的原理，通過測得水的壓力，得到具體液位高度。當電纜溝內水位報警聯動水泵工作時，可實時查看水位數據，確認水泵是否正常工作或是否需要其他應急措施。
 

　　水浸傳感器是基于液體導電原理，用電極探測是否有水存在，再用傳感器轉換成干接點輸出。 通常具有常開和常閉兩種輸出狀態。對于能安裝水泵的場所，建議選用投入式水位傳感器監測水位并聯動水泵工作；對于未安裝水泵的場所，建議選用水浸傳感器監測配電房或電纜溝 浸水狀態。
 

　　(4)排毒增氧子系統
 

　　配電房因 SF6 開關柜有泄露發生，所以需要對SF6、氧氣(O2 )氣體進行監測。開關柜局部放電可 能局部損壞電介質，進而引發事故。在局部放電過程中，會產生臭氧(O3 )，通過監測O3濃度變化，能夠間接檢測開關柜局部放電。
 

　　氣體傳感器主要分為以下幾種類型：電化學氣體傳感器、紅外氣體傳感器、催化燃燒氣體傳感 器。針對配電房內的氣體監測，若采用催化型可燃 氣體傳感器，具有一定的安全隱患， 而且傳感器受 中毒物質的毒害和長期加熱以及表面污染等影響， 傳感器的靈敏度會緩慢下降， 不建議采用； 電化學 氣體傳感器主要優點是氣體的高靈敏度以及良好的選擇性，不足之處是有壽命的限制一般為兩年； 紅外氣體傳感器的原理防中毒，為光電轉換器件，使用壽命長，但結構復雜，成本高，且在配電房中僅適用于SF6的監測，O2及O3的監測暫無紅外探傳感器。基于以上分析，SF6 建議采用紅外氣體傳感器，O2 、O3 建議采用電化學氣體傳感器。
 

　　在 SF6 開關柜低位區域安裝SF6和O2傳感器，實時監測 SF6、O2 及O3含量，并將數據傳輸至主控終端。當SF6濃度超過 1 mL/L 或氧量低于 18% 時，應報警，并自動開啟凈化通風系統，機組連續向室內底部送風作用下，將SF6泄漏氣體有序的從專用排放口溢出戶外，確保安全規程要求排放標準。
 

　　(5)防煙霧、火災系統
 

　　目前技術較為成熟且應用廣泛的煙霧探測器為離子型煙霧探測設備， 當傳感器監測到煙霧，即發出告警信號。煙霧、火災發生時，立即關閉通風管道和所有風機， 驅動防火隔離閥窗迅速關閉，切斷火情蔓延途徑，并使室內缺氧自動熄火，熄火后，啟動凈化通風系統將煙霧排出房外。為加強配電房滅火器管理，也可采用智能滅火器箱，箱門打開、 滅火器重量減輕或滅火器被拿起時，向主控終端發出報警信號，還可對內部滅火器檢驗周期進行管理。
 

　　(6)噪聲、 低頻振動監測
 

　　配電房的噪聲和低頻振動主要來源于變壓器，一般只在變壓器房內安裝噪聲和低頻振動傳感器， 用于監測變壓器噪聲和低頻振動情況。當噪聲傳感器和低頻振動傳感器檢測變壓器噪聲和低頻振動超過既定的限值時，應在變壓器房墻體采用隔音墻和變壓器地基減振裝置， 預防噪聲或低頻振動情況，防止變壓器噪聲和低頻振動擾民。
 

　　(7)防小動物
 

　　對于電氣設備安全運行存在較大威脅的小動物預防，采用在每個房間安放一臺智能驅鼠器， 產生 20 kHz ～55 kHz 超聲波，刺激并能夠導致鼠類感覺到威脅及不安。
 

　　2.2 安防監控
 

　　通過安裝電子鎖等門禁裝置、紅外雙鑒探測器、語音對講系統，并結合視頻監控，對配電房環境進行安防監控。
 

　　(1)門禁應具備門狀態信號上傳至監控終端， 并與風機、照明、視頻等設備進行聯動。
 

　　(2)門禁具備信息記錄功能， 門禁自動記錄運行人員出入設備區域時間及個人信息。
 

　　(3)遠程語音對講系統應實現與主站的雙向語音對講功能。
 

　　(4)紅外入侵探測器監測紅外感應點的狀態，一旦發現布防后有入侵，環境監控主機接收數據后，現場啟動聲光報警器，并立刻上報監控中心并告警。
 

　　(5)安裝在現場的聲光報警器在出現外界入侵時，發出強烈的聲光報警信號， 以達到提醒現場人員注意的目的。
 

　　2.3 視頻監控
 

　　在配電房內安裝紅外網絡球機和槍機攝像機，用于電房內安防監控和設備運行狀態監控。 視頻監 控系統可以進行實時循環錄像，事故時可在主站進行實時抓拍。 因為視頻數據容量非常大， 對于數量眾多的配電房，為節省主站存儲容量和通信傳輸容量， 正常狀態下的視頻數據可設定僅在配電房本地保存，后臺系統不作保存，異常視頻數據本地保存并上傳系統存儲和管理。
 

　　攝像機通過配電房監控終端將視頻數據上傳至監控中心或就近監控分站的硬盤錄像機，進行數據存儲，并可根據需求進行操作，調節球機的攝像角度：
 

　　(1)具備人臉比對、人臉識別、入侵偵測、越界偵測、進入區域偵測、離開區域偵測、人員行為偵測、物品遺留偵測、視頻遮擋偵測等功。
 

　　(2)支持報警信號(環境、安防、設備狀態)及視頻預置位的聯動。
 

　　(3)可實現與環境監測系統聯動，根據環境監測系統的預警或告警區域，查看特點區域情況， 供人工確認。
 

　　(4)可實現與安防設備系統聯動，當某區域發生入侵報警時，自動聯動視頻監控系統，并自動將對應位置的圖像畫面切換至監控屏幕上。
 

　　(5)可實現與設備狀態系統聯動，對電力設備的操作和運行狀態進行拍照和錄像，給運維人員判斷設備運行狀態正常與否提供佐證。
 

　　(6)錄像優先級從高到低依次為手動、外部報警、視頻檢測、定時。
 

　　2.4 設備狀態監測
 

　　設備狀態監測主要分為溫度監測和局放監測。 對現有配電房的智能化改造中， 基于安全性考慮， 其監測技術應以減少停電安裝、 減少人工運維、 不影響設備檢修為基本原則。設備狀態監測設備應摒棄一般傳感器破壞原設備結構(如在母線上打孔、解體開關柜組件等) 的做法，采用吸附、凸輪式，綁帶式等安裝方式，不能影響設備原有性能(如動 熱穩定性、 溫升性能、絕緣安全距離、絕緣爬距等 絕緣性能)。
 

　　2.4.1 溫度監測
 

　　針對關鍵觸點的溫度測量可直接反應設備的工作情況，可避免設備老化或接觸不良引發的故障或火災的發生。采用溫度傳感器對容易發生溫升故障的變壓器高低壓接線樁、干變鐵芯、干變繞組、中壓柜、低壓柜出線接線頭等設備關鍵點溫度狀態進行在線監測，并將設備狀態信息接入系統，實現溫度預警和風機聯動。
 

　　溫度傳感器建議采用目前技術較為先進的無源無線技術，采用溫差技術、電壓取電技術、電流取電技術作為主電源工作，不采用電池供電或外接電源，通過無線技術傳輸數據，無需現場布線，無需電池供電，避免因電池壽命短而帶來的繁重維護工作。
 

　　2.4.2 局放監測系統
 

　　2.4.2.1 局放危害性
 

　　局部放電是電路絕緣及載流故障的主要征兆，據統計電路故障中的絕緣及流故障的占比高 40% ～60%，因此，實時監測局部放電非常必要且重要；O3、含氧量、SF6的測量可側面反應設備絕緣故障的發生。
 

　　2.4.2.2 局放檢測方法
 

　　局部放電常用的幾種方法局部放電檢測方法如表1所示，應根據不同的放電部位和放電特點， 配 置相應的監測方案。
 

       2.4.2.3 開關柜局放在線監測方案

 

　　由表1可知，適用于開關柜的局放檢測技術有三種： 特高頻法、超聲波法、暫態地電波法。 而根據運行部門統計，開關柜常發生的局放部位主要為潮濕環境引起的沿面放電、外絕緣質量和安裝工藝不良引起的電纜間放電、靜觸頭盒相間氣隙放電缺陷、穿柜套管放電、絕緣內部放電，以上放電類型主要體現為超聲波異常，其次為特高頻異常。而超聲波檢測技術基本覆蓋暫態地電波的放電類型， 所以開關柜局放在線監測方案建議采用特高頻技術+超聲波技術相結合的方案，聲電聯合進行監測，能夠監測開關柜局放的各種缺陷。
 

　　2.4.2.4 變壓器局放在線監測方案
 

　　由表1可知，適用于變壓器的局放檢測技術有三種：特高頻法、超聲波法、高頻電流法。如采用超聲波法，受變壓器噪聲干擾太大，不建議使用。所以變壓器局放在線監測方案建議采用特高頻技術 +高頻電流技術相結合的方案，能夠監測變壓器局放的各種缺陷。
 

　　2.5 電氣運行參量監控
 

　　將配網自動化系統(參量：三相電壓、電流、功率因數、有功功率、無功功率、三相不平衡度、開關開合控制狀態、保護狀態)和計量自動化系統(智能電表)接入智能配電網系統。 通過配電房配網 自動化系統、計量系統和營銷系統的配合， 可以對轄區內用戶用電量、 用電信息進行監控， 實現遙測、遙信、遙控、遙調、遠方抄表計費、供電質量檢測、計量表計在線檢測和防竊電、 預售電量控制、 負荷預測、 催交電費業務， 信息共享和網絡連接、 有序用電等功能，最終實現配電管理和用電營銷的。
 

　　2.6 設備物聯網標簽管理
 

　　將場所名稱、力資產條形碼、型號、試驗、缺陷、名稱等規范中明確的信息寫入RFID電子標簽，按規定貼附或吊附在電力資產上，通過對RFID 識別技術以及與設備ID的關聯， 能夠校驗移動端采集信息的準確性和可靠性。電力公司通過移動終端讀取標簽內容， 實現對運行設備臺 賬的在線信息采集， 建立完整的設備管理檔案。
 

　　3安科瑞配電室環境監控系統的介紹與選型
 

　　3.1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，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。
 

　　3.2系統功能
 

　　3.2.1 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。
 

　　3.2.2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。
 

　　3.2.3 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。
 

　　3.2.4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。
 

　　3.2.5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。
 

　　3.2.6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：
 

　　3.2.7 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。
 

　　3.2.8 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)。可以定義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。
 

　　3.2.9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。可在線診斷設備通信狀態，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。
 

　　3.2.10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。
 

　　3.3Acrel-2000E/B配電室環境監控系統推薦配置選型
 

 

　　本文介紹了一種新型的智能配電房監控系統。在該系統中，主要從環境、安防、視頻、設備狀態、電氣運行參量、備物聯網標簽管理等方面，完成了對配電房的監控，提高配電運維的安全性、可靠性、智能性，實現配電房的遠程智能化巡檢，以及運行設備臺賬的物聯網標簽管理，滿足綜合管理和競爭性業務擴展的需求。基于本文的研究成果，本文作者進一步編制了一份內容較為的智能配電房技術規范，以及一份智能配電房標準圖紙。本文成果應用在大量的智能配電房建設當中，為我國的智能配電房的規范建設提供非常重要的指導作用。
 

　　
 

　　參考文獻
 

　　[1] 王海華 .先進智能電網及全新用戶體驗規劃設想的探討[ J].南方能源建設，2017
 

　　[2] 劉賽足，韓暢.智能配電房的系統設計和技術方案研究
 

　　[3] 安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監控系統2020.04版