安科瑞 陳聰

摘要：目前，我國經(jīng)濟高速發(fā)展，社會在不斷進步，國家加大了農(nóng)村低壓配電網(wǎng)絡(luò)改造升級投入，低壓配電網(wǎng)供電可靠性及供電質(zhì)量得到明顯提升，但低壓配電網(wǎng)絡(luò)自動化運維水平及農(nóng)村電網(wǎng)用電安全尚處于較低水平。低壓配電變壓器、配電臺區(qū)和配電室數(shù)量多，且分布范圍廣，漏電、過負荷跳閘事故頻發(fā)，降低了配電網(wǎng)運維水平。本文基于無線通信技術(shù)及云端服務(wù)平臺，實現(xiàn)了對現(xiàn)有10kV配電室的遠程自動化監(jiān)控系統(tǒng)改造。

關(guān)鍵詞：配電室；在線監(jiān)測器；方案

0引言

隨著社會的進步和人民生活質(zhì)量的提高，對供電質(zhì)量和供電可靠性有了更高的要求，但用電端的環(huán)網(wǎng)柜及配電室較為分散，數(shù)量多、距離遠，沒有實時監(jiān)測手段，一旦發(fā)生故障，只能斷電后搶修，嚴重影響用電可靠性。另外，大部分用戶配電室的運行管理目前主要依靠人工定期進行現(xiàn)場檢測和記錄，這種工作方式工作量大、數(shù)據(jù)多、檢測記錄時間較長，而且準確性得不到保證，運行成本也大大增加。為此，采用一種針對環(huán)網(wǎng)柜及配電設(shè)備具有實時監(jiān)測功能的應(yīng)用系統(tǒng)——基于公有云的用戶側(cè)配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過實時監(jiān)測保證用電可靠性。

1概述

起于20世紀60年代的電力系統(tǒng)自動監(jiān)控技術(shù)隨著微電子、電力電子、抗干擾等新技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是計算機和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的成熟得到了發(fā)展。將設(shè)備正常及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、電力計量等融合在一起，達到高層次、高透明度的良好管理，已成為一種必然趨勢和發(fā)展方向。

210kV配電室遠程在線監(jiān)控改造技術(shù)方案與施工

2.1低壓柜監(jiān)測設(shè)備

為了采集低壓柜電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)與開關(guān)位置遙測、遙信信息，每面低壓柜加裝一臺低壓監(jiān)控設(shè)備，包含測量傳感器與數(shù)據(jù)處理通信模塊。測量傳感器實時采集低壓柜的電壓、電流和溫度數(shù)值，通過有源遙信方式采集開關(guān)位置的遙測、遙信數(shù)據(jù)；經(jīng)由數(shù)據(jù)處理通信模塊上發(fā)至通信管理終端，完成采樣數(shù)據(jù)傳輸。

2.2通信單元

配電室中采集子節(jié)點需要與監(jiān)控主機進行通信，監(jiān)控主機需要與在上位機系統(tǒng)進行通信。在采集子節(jié)點與監(jiān)控主機的通信中，采用ZigBee無線通訊方式，使用CC2430通訊模塊。該產(chǎn)品是TI公司（德州儀器）生產(chǎn)的一款專用于IEEE802.15.4和Zigbee協(xié)議通信的模塊。該模塊具有3種休眠模式,從休眠模式轉(zhuǎn)換到正常模式僅需54us，特別適合要求電池長期供電的應(yīng)用場合。監(jiān)控主機與上位機系統(tǒng)通信方式主要參考配電室中的集中器的通信方式，一般地上配電室，集中器采用4G方式進行通信，而在地下配電室中，采用寬帶網(wǎng)絡(luò)進行通信。因此對于地上的配電室，監(jiān)控主機也通過增加4G通信模塊并安裝有流量的電話卡實現(xiàn)與上位機系統(tǒng)的通信；對于地下的配電室，則借用配電室中集中器的網(wǎng)絡(luò)與上位機系統(tǒng)進行通信。

2.3監(jiān)控軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)實現(xiàn)集中監(jiān)視、測量、控制和管理，事件記錄及報警狀態(tài)顯示和查詢，設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)的查詢、操作指導(dǎo)等。實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理、操作控制、人機聯(lián)系、單耗管理、故障追憶及分析、運行報表及負荷曲線自動生成、報警處理和歷史事件查詢等功能。畫面中都設(shè)置了幫助按鈕，點擊幫助按鈕，彈出對整個畫面的說明及在值班過程中針對每一配電室應(yīng)注意的事項。1）遙信、遙測、遙控功能，保障設(shè)備安全運行系統(tǒng)實現(xiàn)遠程控制功能，設(shè)備啟停有啟動和停機運行提示信息、設(shè)備運行標志、現(xiàn)場設(shè)備運行指示三重保護，確保安全可靠。實現(xiàn)了配電設(shè)備自診斷功能，包括開機自檢、關(guān)機自檢；系統(tǒng)采集到的遙測、遙信信息可作為運行分析、事故追憶的依據(jù)；控制操作具有操作權(quán)限和安全管理功能，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理權(quán)限分層制的管理機制，系統(tǒng)自動校驗操作者的操作權(quán)限及口令，自動分配操作者的操作范圍，責任明確；提供遠程集中管理，提升IT運維效率。2）“視頻墻”實時監(jiān)測、直觀觀測現(xiàn)場。系統(tǒng)采用“視頻墻”實時顯示各配電室運行信息，實時監(jiān)測運行狀況；發(fā)生故障時，可及時調(diào)度人員進行處理，避免由于故障延時而引發(fā)設(shè)備事故。3）梯度預(yù)警，自動化報警系統(tǒng)設(shè)置梯度報警，分為低報警、高報警、低低報警和高高報警。低報警或高報警提示時，起到了提醒值班員注意的作用；低低報警發(fā)生時，要求值班人員按照預(yù)案采取相應(yīng)措施，否則將影響生產(chǎn)；高高報警發(fā)生時，要求值班員立即采取措施，否則將自動分閘。4）持續(xù)語音播報，人工手動消除系統(tǒng)報警方式為持續(xù)語音播報和大屏幕及視頻文字顯示，警示操作人員快速、準確找到故障原因，安排人員處理，及時解除故障；系統(tǒng)要求由值班人員手動確認才能取消語音。

2.4數(shù)據(jù)傳輸端

采用自主研發(fā)的DTU（數(shù)據(jù)傳輸單元）與云服務(wù)器進行通信。DTU工作是基于移動/聯(lián)通GPRS（通用分組無線業(yè)務(wù)）信道進行傳輸，即移動/聯(lián)通為每張SIM（用戶識別模塊）卡分配1個號碼，通過GSM（全球移動通信系統(tǒng)）加密技術(shù)攔截第三方的網(wǎng)絡(luò)*聽。其次，DTU傳輸原理采用ModbusRTU協(xié)議，服務(wù)器請求1次數(shù)據(jù)后，DTU工作1次，只能實現(xiàn)單向數(shù)據(jù)傳輸。

2.5自主開發(fā)數(shù)據(jù)遠程傳輸裝置

系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)遠程采集傳輸裝置由石家莊公司自主開發(fā)，裝置支持多種工業(yè)協(xié)議，具有對下位機的數(shù)據(jù)采集、暫存、分析、上傳功能，同時對下位機通訊進行實時在線分析，設(shè)定通訊策略，對通訊超時進行3次通訊嘗試，如果仍然通訊超時形成通訊報警。該裝置還可以根據(jù)設(shè)備點檢，定制設(shè)備的點檢計劃，對沒有點檢的設(shè)備進行強制點檢，沒有點檢不允許設(shè)備運行，另根據(jù)用戶需求可開發(fā)多種形式的運行策略。

2.6施工方案

施工采用不停電作業(yè)形式，總施工周期為2天。（1）高、低壓開關(guān)柜改造施工1）低壓柜施工。每個低壓柜加裝一個采集模塊，開關(guān)位置采集直接接入低壓斷路器開關(guān)位置輔助觸頭；電壓數(shù)據(jù)直接由斷路器出線銅排處測量；電流信號由開口互感器測量，并進行功率計算；溫度采樣探頭直接安裝于刀開關(guān)出線銅排處；2）高壓柜施工。高壓柜施工與低壓柜類似，每個高壓柜安裝一個采集模塊，開關(guān)位置采集直接接入高壓斷路器開關(guān)位置輔助觸頭；電壓數(shù)據(jù)直接由斷路器出線銅排處測量；電流信號由開口互感器測量。（2）通信機柜安裝施工通信管理單元安裝于通信機柜內(nèi)，采用4G無線通信與就地WiFi通信方式，天線放置于低壓柜體外側(cè)，長度為5m。每個低（高）壓柜數(shù)據(jù)采集模塊與通信管理單元間通過RS485總線連線，通信線選用2×0.75mm2屏蔽線，屏蔽現(xiàn)場電磁環(huán)境帶來的干擾。每臺低（高）壓柜及通信機柜之間布置柜體出線孔及電纜溝，由抽屜后端出線孔布線，通信電纜不宜過長，且盡量與電源電纜分開，以避免不必要的信號干擾。

3安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

3.1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）。

3.2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。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4系統(tǒng)功能

3.4.1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。

3.4.2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)。

3.4.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

3.4.4運行報表

查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運行數(shù)據(jù)報表。

3.4.5實時告警

具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟?、濕度、有害氣體、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

3.4.6歷史事件查詢

能夠?qū)Ξa(chǎn)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。 

3.4.7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。

3.4.8網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

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)。

3.4.9遙控功能

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。

3.5系統(tǒng)硬件配置

4結(jié)語

通過此次技術(shù)改造，實現(xiàn)了10kV配電室的遠程在線監(jiān)控，進入無人值守運維階段。不僅實現(xiàn)了電壓、電流信號的遠程在線監(jiān)控，同時可監(jiān)測低壓斷路器出線溫度，以及配電室的溫濕度狀態(tài)信息。視頻影像信息可輔助還原事故現(xiàn)場，排查故障原因。非法入侵報警系統(tǒng)可有效避免意外事故的發(fā)生。

參考文獻

1. 王君明.電力工程安裝的相關(guān)安全技術(shù)措施分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2017(34).

2. 岳玉山.10kV配電室遠程在線監(jiān)控改造技術(shù)方案.

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