摘要:配电房作为电力系统的重要组成部分,与电力用户联系最为密切,通过对智能配电房的总体建设方案和具体建设思路的分析,提出以SCADA(数据采集与监视控制系统)系统为核心,有效整合安防系统、门禁系统、环境监测系统以及一次设备状态监测管理系统的智能配电房建设方案,打破数据壁垒,应用物联网、人工智能、大数据分析等先进技术,实现配电网运维的数字化转型和智能化提升。
1.引言
近20年我国的配电自动化技术取得了长足进步,由最初就地控制(重合器、重合分段器、重合闸+自动配电开关)的FA(馈线自动化),发展为通信及主站集中监控和故障处理(配电SCADA+FA)的DA(配电自动化)、基于GIS离线配电管理的DMS(配电管理系统)、实时DA与基于GIS配电管理相集成的DA/DMS等多种基本功能模式。配电自动化系统的完善和发展,在促进电力企业安全生产、优质供电、管理进步、客户服务等方面,取得了较好的效果。
与此同时,配电自动化系统也存在很多问题,主要表现在以下方面:
1)系统集成中存在孤岛,各厂家监控系统不兼容,信息不能共享,没有统一的界面,使用和维护复杂,使配电自动化系统难以发挥作用;
2)设备选择盲目求新,无法取得整体优化的效果;
3)系统结构设计缺乏统筹兼顾,从而影响应用效果;
4)设计缺乏长远策略,造成系统开放性差,功能扩展难。
配网自动化经过十多年的发展,已经初步形成以FTU、DTU、智能台区为代表的智能配电网络。配电房自动化套用功能单一的“三遥”监控和馈线自动化功能的建设模式,已难以满足智能配电网自动化的发展要求。配电房作为配电网的重要环节,存在运维人员数量不足且综合素质参差不齐、故障发现与处理不及时等问题,同时现有的站所内环境、消防、门禁及设备运行状态等参数实时性不高,无法做到事前预警、事中控制、事后分析的管理需求。因此,一种智能配电房管理系统应时而生,以有效整合安防系统、门禁系统、环境监测系统及一次设备状态监测管理系统,为更安全、更智能的电力供应提供保障。
2.智能配电房总体建设方案
基于上述配电自动化系统的存在问题现状,规划建设具有智能化配电自动化水平的主干线路配电房,应充分考虑如下因素:
1)主干线路开关支持远方遥控操作,有效缩短主干线路故障处理时间;
2)配电房自动化技术要避免系统功能设计单一,自动化系统、安防系统等孤岛建设而使信息不能共享的问题;
3)配电房自动化设备要具有较高的性价比、较实用的功能,并具有开放的系统集成功能;
4)要充分考虑运行维护方便,减小设备体积,进行模块化设计,便于具有通信和自动化基础的人员维护管理,从而达到减员增效的目的。
BY-XZJ配电室综合监控系统以智能控制为核心,通过物联网技术的集成应用,实现配电室内配电设备运行环境的全天候状态监视和智能控制。系统由485通信和以太网通信混合组网,完成站端电力数据、视频数据、环境数据以及安全防范等数据的采集和监控,适配于当下多种应用场景。
智能配电房综合管理系统的功能主要包括:
智能门禁:所有门均配备磁力锁或电控锁,入室探测器,刷卡器,正对门的视频监控。
智能视频监控:根据配电房的大小合理配置视频监控,保证整个配电房无死角。
智能环境监测联动控制:在配电房安装各种环境传感器,监测配电站所环境,通过环境信息控制其相应的设备进行工作。
智能测温:通过安装在高低压柜、变压器接头等位置的温度传感器对电缆及接头温度进行监测。
智能局放:在配电房内安装全向局放监测仪,监测局放情况,对发生异常的设备进行“重症监护”管理。
智能电能及设备状态监测:实时监测及时发现故障,实现低压开关的电流、电压、功率因数、电缆温度等数据的采集。
智能防凝露:实时监测,自动除湿,有效解决开关凝露问题。
智能蓄电池监测:实现远程自动维护,节约大量人力物力,延长电池使用寿命,大大减少每年电池报废数量。
在未来随着轨道巡检机器人的广泛应用可以加入轨道机器人巡检,代替人工,在开关室、GIS室和继保室进行可见光、红外、局部放电、声音等监测。
3.配电室智能监控系统软件设计
3.1SCADA系统
SCADA是指监控和数据采集,在电力配电房内需实现配电网“遥测、遥信、遥控”功能;实现配电网短路、接地故障监测,可通过主站实现故障定位;监测10kV线路的负荷电流;监测配电变压器的负荷;监测10kV开关状态;支持遥控功能,实现非故障段恢复供电,大幅缩短故障停电时间;实现遥控操作,减少运行人员操作次数,降低运行人员工作强度。还可通过安装电能质量在线监测装置、高精度电流互感器及前端采集设备,对配电房内运行设备的电流、电压、有功功率、无功功率、电量、谐波等数据进行采集,并上传到系统数据中心进行综合分析。系统通过实时数据分析结果与历史数据进行大数据分析,预测和判断目前电能质量和设备运行状态,从而实现故障快速定位、保障供电电能质量。
3.2视频监控系统
视频监控是指将智能监控系统前端的监控摄像头所记录和采集到的音视频材料通过信号线传递到硬盘录像机上,然后由硬盘录像机经过初步判断和处理后就传递到监控平台。通过智能摄像头与系统的人工智能分析,实现智能视频监控功能,从而完成移动侦测、图像自动上传、实施远程监控和智能分析等应用场景。当有人员或小动物在监控画面内移动时,摄像头自动捕捉移动物体,自动启动录像功能,并保存在硬盘录像机内;当配电房内其他系统存在门禁、凝露等告警信息时,系统会自动进行智能联动,对监测点进行录像取证;运维人员可以远程调阅视频信息,也可以实时查看配电房内的环境情况和设备工作状态。
3.3环境监控系统
环境监控子系统通过在配电房安装部署温、湿度传感器、有害气体监测装置(SF6传感器、CH4传感器、CO传感器、03传感器)、烟雾传感器、水位传感器等多种传感器,实现配电房内环境信息的实时采集、储存、整理、上传等操作,并通过系统内部信息共享和判断策略,进行联动控制,完成对配电房环境的动态监测和控制。运维人员通过系统对温湿度、气体监测、烟雾和水位等信息进行阈值设定,当发生越限时,系统将自动弹出相应的报警事件,同时产生报警事件进行记录、存储,并智能联动空调、排风系统、水泵等设备,对配电房环境进行动态调节,保障配电房内设备运行环境安全。
3.4无线测温系统
无线测温系统由收发器和传感器两部分组成,配电房内的高压柜的母线连接处、隔离刀闸或触头处、变压器低压出线处及低压柜大电流汇流排除均是发热的敏感部位、这些部位也是巡视人员巡检时监测的重点。通过安装在高低压柜、变压器接头等位置温度传感器对电缆及接头温度进行实时监测,并把测量结果通过网络上传到监控中心数据库服务器,通过软件分析能够对温度过高发出告警信息,系统还可以根据历史温度曲线对比判断,根据发热设备运行状态进行分析,提前进行设备防护,实现温度故障的早期预测,防患于未然。
3.5其他
除了上述几个系统外,其还有空调监控、门禁管理等系统模块。空调监控是用于监测各类机型的空调设备,并且具有检测和重试等调节空调运行状态的功能,从而有效的提高了其可靠性和安全性,降低其由于死机或者是停机造成的损害。将配电房所有门配备磁力锁或者电控锁、入室探测器、刷卡器、正对门的视频监控装置。利用智能配电房综合管理系统的数据共享和智能联动机制,实现门禁授权、远程操作、刷卡记录、抓拍记录、智能报警、照明控制功能。各个监控模块都由监控室进行控制与数据集成,相互联动的系统进行协同合作,从而达到对配电室的全方位监控和管理。
4.BY-XZJ配电室综合监控系统
BY-XZJ配电室综合监控系统通过监控系统平台和监控终端,实现智能开关柜柜运行监控、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,实现动力环境最优化,避免运行环境的失控导致配电设备运行故障,保证维护人员安全,延长设备使用寿命,减少配电室粗放式管理导致成本过高,同样实现配电动力环境的分布式远程管理。系统架构由站控管理层、网络通讯层和现场设备层构成。
系统功能需求:
1)数据采集及处理:通过间隔层设备实时采集现场配电室温度、湿度、SF6、O2、O3、烟雾、门禁及电表等数据;
2)画面显示:配电房环境温湿度、气体(SF6、O2、O3等)含量、配电开关状态、漏水/水浸、烟雾、门禁等的实时信息、视频、各测量值的实时数据、各种告警等信息。
3)记录功能:具有温湿度、气体(SF6、O2、O3等)含量、电压、电流、功率、电能以及事故、告警事件等各种历史数据的存储功能,以供查询、分析、打印。
4)报警处理: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。可以提供四种告警方式:监控界面弹窗告警;实时语音告警,系统能够对所有事件发出语音告警;短信告警,可以向指定手机号码发送告警信息短信。
5)曲线分析功能:可以曲线形式展示监控系统的温湿度、气体(SF6、O2、O3等)含量、电压、电流、功率等数据,以便分析其当前运行状态及有关历史趋势。
6)报表统计功能:通过报表,可以方便分析供电系统及各回路运行参数,形成运行日报、月报、电能统计日报、月报、年报。
7)远程运维功能:BY-XZJ配电室综合监控系统可将现场采集信息上传企业电力运维云平台,企业运维人员可远程运维,构建智能运维体系,开发智能运维应用,实现配电房智能分析、故障预测、智能巡查、智能派单、故障知识库构建等功能,使配电室运维更加智能高效。
针对不同类型结构的配电房应用场景,BY-XZJ配电室综合监控系统有不同的应用,常规新建配电房可通过采用现场屏柜的方式,在屏柜里集成各个子系统模块,使整个配电房看上去整体化一。针对改造或前期空间较紧张项目可采用壁挂箱方案,壁挂箱方案小巧,适用于多数应用场景,在有限的箱体内保留主要的辅助监控需求。
5.总结
智能配电房有效地集成了电力系统的SCADA系统、视频监控系统、门禁系统、环境监测系统及一次设备状态监测管理系统。其建设为实现更加智能和更高质量的电力供应提供了可靠的实验平台和理论探索。
