浅谈基于物联网的智能配电室综合监控系统的研究应用
浅谈基于物联网的智能配电室综合监控系统的研究应用
摘 要：配电室是电力系统的重要基础设施，可以保障供配电系统的安全稳定运行。但是，配电室数量多、部署分散、管理复杂，人工现场巡检管理方式费时费工、错误率高，如果发生故障隐患，往往无法及时发现。针对配电室运维现状，人们可以搭建基于物联网的智能配电室综合监控系统，对配电室电力设备及环境状态信息进行远程监测，其可联动或远程控制辅助设备启停，从而提高配电设备管理工作的效率和质量。
关键词：配电室；物联网；监控系统
0 引言
近年来，随着我国工业化、城镇化步伐的不断加快，城市配电网络取得令人瞩目的发展成果。配电室处于电力系统的末端，主要为低压用户或用电设施配送电能，按照电压等级可以分为高压配电室和低压配电室。目前，我国配电室常采用无人管理的室内站设计方案。
长期以来，配电室运维工作一直是城市配电系统的薄弱环节之一。在城市电网中，配电室数量多、部署分散、管理复杂，通常由工作人员去配电室现场逐个巡视，运维工作量大、效率低、实时性差，致使城市配电室运检工作面临巨大压力。配电室电气设备运行状态和环境信息缺乏必要的监测手段，一旦遭遇突发情况，将危及电气设备安全稳定运行，易造成设备损坏和电力供应中断。目前，部分配电室仍采用手工记录数据的巡检方式，数据统计和录入费时费力，易出现疏漏等严重影响运检质量的情况。
随着城市配电网络规模的不断扩大以及供电质量和服务可靠性要求的提高，城市配网运维工作量日益变大，电力设备安全运行面临严峻挑战。基于物联网的智能配电室综合监控系统采用先进的物联网感知技术对配电室进行远程集中监控，不但将运维人员从繁重的工作中解放出来，而且大大提升了运维效率。
1 整体方案
针对城市配电网络运行的复杂性，智能配电室综合监控系统通过整合电力设备及环境状态信息，可以实现配电室运行状态的自动远程实时监测和智能预警，并可联动或远程控制辅助设备启停。智能配电室综合监控系统由感知层、网络层、平台层和应用层四个部分组成，如图1所示。
感知层是整个系统的基础，是联系物理世界和信息世界的重要纽带，系统采用先进的感知技术实现配电室的电力设备信息、运行环境信息、安防信息等数据的实时采集。
网络层通过低功耗物联网技术实现配电室相关监测终端设备的泛在连接，实现配电室监测终端组网感知功能并通过物联网网关将感知层数据上传至平台层。监测终端设备具有数量多、位置部署分散、信息安全级别低等特点。
平台层是整个监测系统的中枢，可以实现海量配电室状态监测终端的物联管理，实现各种监测数据的存储和管理，通过大数据分析技术挖掘监测数据价值，提高平台层的业务支撑能力。
应用层主要实现配电室电力设备状态信息展示、参数配置、数据查询和辅助设备控制等功能，采用人工智能和大数据分析等技术实现电力设备运行状态评估、故障预警、智能辅助决策和精益化管理，提升了城市配电网络中配电室智能化运维水平。
2 配电室在线监测设备
配电网络作为城市电能输送的重要通道，是连接电网与用户的关键环节，规模庞大的供电网络对配电室安全运行、事故预防亦提出更高要求。配电室电力设备运行过程中，电气设备故障的主要原因有电气设备本体质量缺陷、外力破坏、环境因素等。因此，配电室要安装电压、电流、环境温湿度、SF6、氧气、烟感、水浸和红外等传感器，实现对电力设备及运行环境的主要状态参数的在线实时监测，监测数据统一由就近部署的无线网关上传至后台服务器。
无线网关由微处理器模块、无线通信模块、数据回传模块、对时模块和电源模块等组成，主要负责各个监测终端的身份识别和数据收集，并将数据进行规约转换后发送至主站监控系统，实现电气设备运行状态信息、环境信息、安防信息等实时监测和自动报警，从而完成配电室远程智能巡检。
3 配电室联动和远程控制设备
配电室会发生用电超负荷过热引发火灾、水浸等环境因素导致设备损坏、设施被盗等情况，严重影响系统供电的可靠性。配电室需要安装空调、风机、水泵、除湿机和声光报警器等辅助设备，一旦遇到突发情况，就可以联动和远程控制辅助设备。无线网关需要接收主站监控系统的命令，也可以替代运维人员快速联动辅助设备，当发生告警信息时，其可以智能联动相关辅助设备，及时处理突发事件，防止事故进一步升级恶化。辅助设备联动控制策略如图2所示。
4 配电室设备台账管理
配电室设备台账采用电子信息标识器技术完成电气设备的信息固化，包括设备名称、生产信息、运维记录和历史维护信息等。其通过建立完整的设备台账，融合所有关联信息，智能动态跟踪设备状态，实现全生命周期管理。
电子信息标识器是基于射频识别（RFID）技术开发的，内部是一个无源电路，外壳采用防腐蚀、防水、耐挤压材料，通过扎带固定在识别对象上实现现场信息固化和定位。常用的电子信息标识器有高频和超高频两种，高频电子信息标识器穿透能力强、抗干扰性好，超高频电子信息标识器传输距离远、读写速度快。不同的电子信息标识器适用于不同的应用场景，很大地满足了配网复杂的应用场景。
阅读器兼容各频段的电子信息标识器，当电子信息标识器进入阅读器发射的射频场后，其凭借感应电流所获得的能量发送出存储在电子信息标识器内部的电网设备相关信息。由于RFID技术具备穿透性，所以阅读器可实现对电子信息标识器的穿透读取。阅读器可采用移动智能巡检终端或者带有NFC（Near Field Communication）近场通信功能的手机等形式［3］。设备标识建设方案如图3所示。
5 配电室综合监控系统
智能配电室综合监控系统选用 B/S（Browser/Server，浏览器/服务器）模式架构开发，用在客户端通过浏览器向B/S服务器端发出访问请求，其通过用户权限控制和管理实现多用户的灵活访问；B/S架构将开发、维护和升级等核心工作都集中在服务器端，简化了客户端的工作量，提高了系统使用和维护的便利性。
智能配电室综合监控系统采用模块化的设计思路，主要包括GIS（Geographic Information System，地理信息系统）信息管理模块、状态评价管理模块、设备缺陷管理模块和智能运维管理模块等，系统采用 GIS 地图方式展示城市配电室的位置信息、报警信息、电力设备运行状态信息、环境参数信息、辅助设备信息和安防信息等，实现对配电室电力设备的统一管理，免去运维人员繁重的现场运维工作，运维人员在监控室即可远程掌握配电室的各种信息，即便运维人员外出时，也可以通过手机等移动终端实时了解配电室运行情况，同时通过实时监测数据和历史数据统计分析可以对事故隐患做到提前预知、提前处理，减少电力设备故障对城市电网稳定运行的影响，降低事故处理成本，提高配电室智能化运维水平。
6 安科瑞配电室环境监控系统的介绍与选型
6.1简介
安科瑞电气股份有限公司根据配电室实际情况，结合多年的变电站和配电室的运行管理经验，自主研发了安科瑞配电室综合监控系统，实现了智能开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、电流电压等负载运行监控、母线测温监测、电缆测温监测、环境监测、有害气体监测、安防监控、采暖通风、门禁、灯光、风机、除湿机、空调控制等功能。实现动力环境各数据的检测与设备控制，实现动力环境优化，避免运行环境的失控导致配电设备运行故障，保证维护人员，延长设备使用寿命，减少配电室粗放式管理导致成本过高，同时实现配电动力环境的分布式远程管理。
6.2系统功能
6.2.1 通信管理
安科瑞智能配电室综合监控系统可以完成对整个配电室范围内的通信设备进行管理、添加、删除、控制和数据的实时监测。
6.2.2实时监测
安科瑞智能配电室综合监控系统人机界面友好，能够显示配电室设备的运行状态，实时监测配电室环境参数信息，如视频、温度、湿度、漏水/水浸、水位、有害气体和电参量等。实时显示有关故障、告警等信息。
6.2.3 数据查询
在人机界面中，可以直接查看配电室个设备的运行数据。
6.2.4曲线查询
在曲线查询界面，可以直接查看遥测参量曲线，包括温度、湿度、水位、有害气体、电压、电流等曲线。
6.2.5运行报表
查询配电室内设备的运行数据报表，包括日报表、月报表、年报表和查询报表等。
6.2.6实时告警
安科瑞智能配电室综合监控系统具有实时告警功能，系统能够对配电室温度、湿度、有害气体、设备故障或通信故障等事件发出告警。告警如右图所示：
6.2.7 历史事件查询
安科瑞智能配电室综合监控系统能够对产生的所有事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析。
6.2.8 用户权限管理
为保障系统稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的保障。
6.2.9网络拓扑图
安科瑞智能配电室综合监控系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构。可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。
6.2.10遥控操作
安科瑞智能配电室综合监控系统可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。
6.3Acrel-2000E/B配电室环境监控系统推荐配置选型
7 结论
基于物联网的智能配电室综合监控系统以物联网技术为依托，综合运用大数据技术、传感技术等先进技术，建立了完整的配电室信息化管理系统，地降低配电室管理的难度和复杂性，提高了运检效率，为配电室电力设备的全生命周期运维管理奠定了基础。
参考文献：
[1]王小蕾，周佳威，顾佳，等.配网自动化建设及运维问题探讨［J］.电工技术，2018（23
[2]周金萍.基于物联网的智能配电室综合监控系统研究
[3]安科瑞Acrel-2000EB配电室综合监控系统2020.04版
