王蘭

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

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案采取相應措施，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）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)。其次，DTU傳輸原理采用ModbusRTU協(xié)議，服務器請求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應用場所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學校，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)計與應用手冊2022.05版.