居住區(qū)配電系統(tǒng)一體化智能信息監(jiān)控平臺研究

熊政+尹飛+劉忠

摘要本文研究的居住區(qū)配電系統(tǒng)一體化智能信息監(jiān)控平臺，采集與監(jiān)控小區(qū)變的實時運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)主輔設(shè)備、視頻、消防、安防、門禁、環(huán)境等信息監(jiān)控功能于一體，對采集的信息量、采集的頻率進行篩選、分析，對出現(xiàn)的各類問題自動報警，提高無人值守小區(qū)變規(guī)范管理與設(shè)備經(jīng)濟安全運行水平，提高居住區(qū)的供電可靠性。系統(tǒng)具有一體化、實時化、智能化、規(guī)范化的特點，克服了傳統(tǒng)小區(qū)變運行狀態(tài)無法監(jiān)控，配電設(shè)備故障停電時定位困難，故障排除時間較長，客戶服務(wù)質(zhì)量不高的缺點。

關(guān)鍵詞居住區(qū)；配電系統(tǒng)；一體化；信息監(jiān)控

中圖分類號：TM734 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0024-03

目前居住區(qū)配電系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)統(tǒng)一，典型設(shè)計已經(jīng)推廣應(yīng)用，居住區(qū)配電房（簡稱小區(qū)變）全部是按無人值班設(shè)計[1]。但對小區(qū)變的監(jiān)控系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的規(guī)范。因此在小區(qū)變的建設(shè)過程中對輔助系統(tǒng)是否建設(shè)和建哪些的問題，意見不統(tǒng)一。為今后小區(qū)變的運行管理埋下了隱患。同時也無法適應(yīng)今后智能電網(wǎng)的發(fā)展需要，會造成重復(fù)浪費。

目前供電公司配電部門運行的小區(qū)變數(shù)量較之35千伏以上變電站數(shù)量更多，而配電運行人員無論是人員數(shù)量還是技術(shù)水平都無法與變電運行人員相比；小區(qū)變的運行管理水平較低，直接影響著居民區(qū)的可靠供電、用戶的安全等問題。

由于居住區(qū)配電設(shè)備的運行狀態(tài)無法監(jiān)控，當(dāng)配電設(shè)備故障停電的時候，只有用戶報故障后才能安排配電檢修人員到現(xiàn)場查找故障點并排除故障，這個處理過程時間長，客戶服務(wù)質(zhì)量不高，是小區(qū)變運行維護部門面臨的問題；如果能在設(shè)備故障停電發(fā)生時立即將告警信息發(fā)送到運維中心就可以大大加快故障處理的過程，降低故障造成的經(jīng)濟損失。

對小區(qū)變設(shè)備運行的狀況沒有統(tǒng)一監(jiān)測，只有定期巡檢來確定設(shè)備狀況。運行環(huán)境情況沒有監(jiān)測，出現(xiàn)故障或隱患時不能及時發(fā)現(xiàn)并排除，將可能造成更大的損失。小區(qū)變?nèi)繜o人值守，外人侵入造成故障或事故的情況也時有發(fā)生。

要管理好小區(qū)變運行，迫切需要研究并建設(shè)一套符合現(xiàn)代化管理的小區(qū)變智能監(jiān)控系統(tǒng)。移植優(yōu)化無人值班變電站的各類監(jiān)控和輔助系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建設(shè)簡單、可靠、智能化的居住區(qū)配電系統(tǒng)集成監(jiān)控裝置，是一種行之有效地解決辦法[2,3]。

1居住區(qū)配電系統(tǒng)一體化智能信息監(jiān)控平臺

居住區(qū)配電系統(tǒng)一體化智能信息監(jiān)控平臺，采集與監(jiān)控小區(qū)變的實時運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)主輔設(shè)備、視頻、消防、安防、門禁、環(huán)境等信息監(jiān)控功能于一體。該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1。

系統(tǒng)由三部分組成：小區(qū)變監(jiān)控設(shè)備層、通訊信道層、監(jiān)控平臺層。

1）小區(qū)變監(jiān)控設(shè)備層是數(shù)據(jù)的源頭，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場設(shè)備的各類信息并上送至監(jiān)控平臺，同時接收并執(zhí)行平臺的各項控制指令。小區(qū)變監(jiān)控設(shè)備包括一體化智能監(jiān)控終端、門禁控制器、視頻服務(wù)器，通過這三臺設(shè)備接入小區(qū)變內(nèi)主輔設(shè)備、視頻、消防、安防、門禁、環(huán)境等所有監(jiān)控信號。

2）通訊信道層采用光纖網(wǎng)絡(luò)連接電力信息網(wǎng)管理信息大區(qū)，光纖鏈路由就近變電站引出先到居住區(qū)的主小區(qū)變，再分配至小區(qū)內(nèi)其他小區(qū)變。居民小區(qū)內(nèi)單獨組網(wǎng)，小區(qū)變內(nèi)設(shè)備的IP不直接暴露在電力光纖網(wǎng)中，主小區(qū)變配置防火墻進行訪問控制，增強小區(qū)變站端網(wǎng)絡(luò)安全。

3）監(jiān)控平臺層主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、通訊控制、智能分析、數(shù)據(jù)存儲、人機交互等功能，監(jiān)控平臺分為后臺采集通訊與數(shù)據(jù)分析部分和前臺業(yè)務(wù)應(yīng)用部分。后臺采集通訊部分主要實現(xiàn)視頻、門禁、SCADA、安防等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、指令下發(fā)與數(shù)據(jù)分析，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)與通訊支撐，軟件采用JAVA語言開發(fā)，構(gòu)架為C/S方式；前臺業(yè)務(wù)應(yīng)用部分提供人機交互界面，采用Web+Flax技術(shù)開發(fā)。監(jiān)控平臺采用地市集中的部署方式，可實現(xiàn)全地市小區(qū)變運行設(shè)備的信息數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。

系統(tǒng)監(jiān)控平臺對外接口包括：

①與配電自動化系統(tǒng)接口：通過信息交互總線進行數(shù)據(jù)共享。

②與生產(chǎn)管理系統(tǒng)（power production management system， PMS）系統(tǒng)接口：從PMS系統(tǒng)同步配電網(wǎng)模型以及接線圖等信息。

③與用電信息采集系統(tǒng)接口：利用系統(tǒng)監(jiān)控平臺深入居住區(qū)的光纖網(wǎng)絡(luò)為用電信息采集系統(tǒng)提供透明的網(wǎng)絡(luò)通道用于居民用電信息采集通訊。

2小區(qū)變站端設(shè)計

2.1 站端監(jiān)控設(shè)備組成

為了全面監(jiān)控小區(qū)變內(nèi)各類信息，需要在小區(qū)變內(nèi)安裝保護測控裝置、DTU、溫濕度傳感器、紅外三鑒、遠(yuǎn)程燈控、煙霧感應(yīng)器、聲光報警器、SF6探測器、變壓器測溫、空調(diào)遠(yuǎn)控、門禁、視頻等監(jiān)控設(shè)備，實現(xiàn)小區(qū)變主輔設(shè)備、安防、門禁、環(huán)境一體化信息監(jiān)控。小區(qū)變站端結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2小區(qū)變站端結(jié)構(gòu)

2.2 站端監(jiān)控信號分層分類上傳

1）監(jiān)控信號分類。

表1監(jiān)控信號分類

電網(wǎng)設(shè)備 變壓器 變壓器油溫，低壓側(cè)電電壓，高低壓側(cè)電壓

電容器 無功電流， 無功功率

開關(guān) 三相電流，有功、無功功率，

功率因數(shù)，開關(guān)狀態(tài)

采集設(shè)備 智能監(jiān)控終端 通訊狀態(tài)，運行狀態(tài)

保護測控裝置 遙控記錄

視頻監(jiān)控 視頻攝像機 視頻監(jiān)視，攝像頭控制

視頻服務(wù)器 圖像數(shù)據(jù)傳輸，歷史圖像

門禁設(shè)備 門禁控制器 開門記錄，門禁卡權(quán)限，

控制器狀態(tài)，布撤防信號

安防設(shè)備 溫濕度傳感器 環(huán)境溫度值，環(huán)境濕度值

紅外三鑒 紅外報警信號

煙感報警器 煙感報警信號

燈光控制器 LED燈信號，遠(yuǎn)程遙控

空調(diào)控制器 空調(diào)開關(guān)控制，模式控制，溫度調(diào)節(jié)

圖3站端監(jiān)控信號分層處理與上傳機制

2）監(jiān)控信號分層處理與上傳。

小區(qū)變的各類監(jiān)控信號數(shù)據(jù)量較大，為了減少上傳數(shù)據(jù)量，提高數(shù)據(jù)處理的有效性，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用分層處理分層上傳的設(shè)計思路，研發(fā)了小區(qū)變一體化智能監(jiān)控終端，采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)除門禁、視頻以外所有信號的采集、預(yù)處理、分層上傳、數(shù)據(jù)暫存、指令執(zhí)行等功能。信號分層處理與上傳機制主要有：遙測信號超過變化率或越限進行上傳、遙信信號變位上傳、門禁有開關(guān)動作上傳、視頻圖像存儲在本地相應(yīng)用戶調(diào)閱。信號分層處理與上傳機制見圖3。

3監(jiān)控平臺設(shè)計

監(jiān)控平臺分為三部分：采集控制子系統(tǒng)、智能分子系統(tǒng)、Web業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)，如圖4。

圖4監(jiān)控平臺軟件結(jié)構(gòu)圖

3.1 采集控制子系統(tǒng)

采集控制子系統(tǒng)的功能是采集各類數(shù)據(jù)和下發(fā)控制指令，包括SCADA、視頻、門禁三大類數(shù)據(jù)與指令。SCADA為主要軟件模塊，采集數(shù)據(jù)的種類多、數(shù)量大，不僅包括傳統(tǒng)的電網(wǎng)主設(shè)備電氣信號，還包括輔助設(shè)備、環(huán)境、消防、安防等各類信號。因此在設(shè)計時采用采集集群結(jié)構(gòu)，可積木式擴展采集通訊能力，同時站端智能終端進行數(shù)據(jù)分層預(yù)處理，有效減少數(shù)據(jù)傳輸量，使整個系統(tǒng)可適應(yīng)一個地市萬座規(guī)模小區(qū)變的采集監(jiān)控接入。

3.2 智能分析子系統(tǒng)

智能分析子系統(tǒng)的功能是對采集的各類數(shù)據(jù)進行分析、判斷，并根據(jù)分析結(jié)果進行告警推送與控制相關(guān)設(shè)備聯(lián)動。智能分析就像整個系統(tǒng)的大腦，感知到小區(qū)變的運行情況、設(shè)備的運行狀態(tài)，實現(xiàn)在設(shè)備可能故障前發(fā)出預(yù)警（比如變壓器或線路負(fù)荷過高、變壓器油溫過高、小區(qū)變室內(nèi)環(huán)境異常等），在設(shè)備故障后及時分析定位故障，通過實時和歷史數(shù)據(jù)的分析，減少故障處理時間。智能分析子系統(tǒng)還可以根據(jù)告警信息和分析結(jié)果自動聯(lián)動控制現(xiàn)場視頻錄像、燈光、空調(diào)、報警等設(shè)備按需工作。

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3.3 Web業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)

Web業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)的功能是提供人機交互功能，用戶所有業(yè)務(wù)應(yīng)用功能均通過Web頁面方式提供，并且通過Flex技術(shù)增強用戶體驗，使頁面功能強大且使用便捷。下面介紹兩個較有特點的功能。

1）Web-SCADA。Web-SCADA功能包括一次接線圖繪制工具和電網(wǎng)運行信息實時監(jiān)控頁面。一次接線圖繪制工具可以通過拖拽方式便捷的繪制圖形，并在圖形上定義動態(tài)測點；展示頁面實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備測點數(shù)據(jù)在一次接線圖上的實時展示，并且可以在圖形上點擊相關(guān)元件進行控制操作。見圖5。

圖5Web-SCADA

2）基于Flex的小區(qū)變3D全景展示。研發(fā)了基于Flash 3D引擎Alternative 3D的可維護小區(qū)變3D建模技術(shù)[4]，可以自定義繪制二維房屋平面圖，通過算法自動轉(zhuǎn)換為三維場景，通過拖拽系統(tǒng)提供的豐富設(shè)備元件，建立小區(qū)變運行環(huán)境全景模型。小區(qū)變3D全景展示頁面可以直觀實時的監(jiān)控現(xiàn)場運行信息，增強易用性。

圖6小區(qū)變3D全景展示

4本系統(tǒng)的特點

本系統(tǒng)可以對小區(qū)變進行全方位的信息實時采集與監(jiān)控，具有如下特點。

1）一體化。針對小區(qū)變較變電站規(guī)模小但設(shè)備種類繁多的特點，建設(shè)統(tǒng)一的一體化監(jiān)控系統(tǒng)，避免了分立建設(shè)多套小監(jiān)控系統(tǒng)，減少建設(shè)成本與運維費用，提高管理效率，為小區(qū)變運行管理方式的轉(zhuǎn)變提供技術(shù)支持。

2）實時化。利用電力光纖網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控小區(qū)變運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，及時修復(fù)，提高安全生產(chǎn)保障能力。提高供電可靠性。

3）智能化。小區(qū)變各類信息自動分層分類專家分析，分等級多手段自動告警，支持設(shè)備自動聯(lián)動控制，支持設(shè)備從定期巡檢向自動巡檢、狀態(tài)檢修過渡，減少人工工作量，提高供電可靠性。

4）規(guī)范化。提出了小區(qū)變監(jiān)控管理標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范小區(qū)變內(nèi)各類監(jiān)控設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備通訊規(guī)約以及運行監(jiān)控管理方法。

5結(jié)語及展望

本文居住區(qū)配電系統(tǒng)一體化智能信息監(jiān)控平臺，較好地解決了居住區(qū)配電設(shè)備的運行狀態(tài)無法監(jiān)控的生產(chǎn)難題，具有較強的實用性，并且一體化建設(shè)減少了投資與運維費用，提高了小區(qū)變配電設(shè)備安全運行水平，提高了居住區(qū)的供電可靠性。本系統(tǒng)可進一步研究智能分析功能，可以更好的分析設(shè)備運行情況，最大限度的把故障隱患控制在萌芽狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1]何永秀，李艷，李德智，等.中國新建小區(qū)配電網(wǎng)建設(shè)投資機制[J].中國電力，2008，41（9）：1-5.

[2]沈祥，祝項英，金乃正，等.無人值班變電站遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化，2004，28（2）：89-90.

[3]趙家慶．220 kV無人值班變電站遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)[J].電力系統(tǒng)自動化，2003，27（8）：78-80.

[4]翟學(xué)鋒，劉忠，丁冬定，等.基于Flex的居住區(qū)配電房可維護全景3D建模方法：中國，CN201210235832.2[P].2012-12-5.

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3.3 Web業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)

Web業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)的功能是提供人機交互功能，用戶所有業(yè)務(wù)應(yīng)用功能均通過Web頁面方式提供，并且通過Flex技術(shù)增強用戶體驗，使頁面功能強大且使用便捷。下面介紹兩個較有特點的功能。

1）Web-SCADA。Web-SCADA功能包括一次接線圖繪制工具和電網(wǎng)運行信息實時監(jiān)控頁面。一次接線圖繪制工具可以通過拖拽方式便捷的繪制圖形，并在圖形上定義動態(tài)測點；展示頁面實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備測點數(shù)據(jù)在一次接線圖上的實時展示，并且可以在圖形上點擊相關(guān)元件進行控制操作。見圖5。

圖5Web-SCADA

2）基于Flex的小區(qū)變3D全景展示。研發(fā)了基于Flash 3D引擎Alternative 3D的可維護小區(qū)變3D建模技術(shù)[4]，可以自定義繪制二維房屋平面圖，通過算法自動轉(zhuǎn)換為三維場景，通過拖拽系統(tǒng)提供的豐富設(shè)備元件，建立小區(qū)變運行環(huán)境全景模型。小區(qū)變3D全景展示頁面可以直觀實時的監(jiān)控現(xiàn)場運行信息，增強易用性。

圖6小區(qū)變3D全景展示

4本系統(tǒng)的特點

本系統(tǒng)可以對小區(qū)變進行全方位的信息實時采集與監(jiān)控，具有如下特點。

1）一體化。針對小區(qū)變較變電站規(guī)模小但設(shè)備種類繁多的特點，建設(shè)統(tǒng)一的一體化監(jiān)控系統(tǒng)，避免了分立建設(shè)多套小監(jiān)控系統(tǒng)，減少建設(shè)成本與運維費用，提高管理效率，為小區(qū)變運行管理方式的轉(zhuǎn)變提供技術(shù)支持。

2）實時化。利用電力光纖網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控小區(qū)變運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，及時修復(fù)，提高安全生產(chǎn)保障能力。提高供電可靠性。

3）智能化。小區(qū)變各類信息自動分層分類專家分析，分等級多手段自動告警，支持設(shè)備自動聯(lián)動控制，支持設(shè)備從定期巡檢向自動巡檢、狀態(tài)檢修過渡，減少人工工作量，提高供電可靠性。

4）規(guī)范化。提出了小區(qū)變監(jiān)控管理標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范小區(qū)變內(nèi)各類監(jiān)控設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備通訊規(guī)約以及運行監(jiān)控管理方法。

5結(jié)語及展望

本文居住區(qū)配電系統(tǒng)一體化智能信息監(jiān)控平臺，較好地解決了居住區(qū)配電設(shè)備的運行狀態(tài)無法監(jiān)控的生產(chǎn)難題，具有較強的實用性，并且一體化建設(shè)減少了投資與運維費用，提高了小區(qū)變配電設(shè)備安全運行水平，提高了居住區(qū)的供電可靠性。本系統(tǒng)可進一步研究智能分析功能，可以更好的分析設(shè)備運行情況，最大限度的把故障隱患控制在萌芽狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

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[2]沈祥，祝項英，金乃正，等.無人值班變電站遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化，2004，28（2）：89-90.

[3]趙家慶．220 kV無人值班變電站遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)[J].電力系統(tǒng)自動化，2003，27（8）：78-80.

[4]翟學(xué)鋒，劉忠，丁冬定，等.基于Flex的居住區(qū)配電房可維護全景3D建模方法：中國，CN201210235832.2[P].2012-12-5.

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3.3 Web業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)

Web業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)的功能是提供人機交互功能，用戶所有業(yè)務(wù)應(yīng)用功能均通過Web頁面方式提供，并且通過Flex技術(shù)增強用戶體驗，使頁面功能強大且使用便捷。下面介紹兩個較有特點的功能。

1）Web-SCADA。Web-SCADA功能包括一次接線圖繪制工具和電網(wǎng)運行信息實時監(jiān)控頁面。一次接線圖繪制工具可以通過拖拽方式便捷的繪制圖形，并在圖形上定義動態(tài)測點；展示頁面實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備測點數(shù)據(jù)在一次接線圖上的實時展示，并且可以在圖形上點擊相關(guān)元件進行控制操作。見圖5。

圖5Web-SCADA

2）基于Flex的小區(qū)變3D全景展示。研發(fā)了基于Flash 3D引擎Alternative 3D的可維護小區(qū)變3D建模技術(shù)[4]，可以自定義繪制二維房屋平面圖，通過算法自動轉(zhuǎn)換為三維場景，通過拖拽系統(tǒng)提供的豐富設(shè)備元件，建立小區(qū)變運行環(huán)境全景模型。小區(qū)變3D全景展示頁面可以直觀實時的監(jiān)控現(xiàn)場運行信息，增強易用性。

圖6小區(qū)變3D全景展示

4本系統(tǒng)的特點

本系統(tǒng)可以對小區(qū)變進行全方位的信息實時采集與監(jiān)控，具有如下特點。

1）一體化。針對小區(qū)變較變電站規(guī)模小但設(shè)備種類繁多的特點，建設(shè)統(tǒng)一的一體化監(jiān)控系統(tǒng)，避免了分立建設(shè)多套小監(jiān)控系統(tǒng)，減少建設(shè)成本與運維費用，提高管理效率，為小區(qū)變運行管理方式的轉(zhuǎn)變提供技術(shù)支持。

2）實時化。利用電力光纖網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控小區(qū)變運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，及時修復(fù)，提高安全生產(chǎn)保障能力。提高供電可靠性。

3）智能化。小區(qū)變各類信息自動分層分類專家分析，分等級多手段自動告警，支持設(shè)備自動聯(lián)動控制，支持設(shè)備從定期巡檢向自動巡檢、狀態(tài)檢修過渡，減少人工工作量，提高供電可靠性。

4）規(guī)范化。提出了小區(qū)變監(jiān)控管理標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范小區(qū)變內(nèi)各類監(jiān)控設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備通訊規(guī)約以及運行監(jiān)控管理方法。

5結(jié)語及展望

本文居住區(qū)配電系統(tǒng)一體化智能信息監(jiān)控平臺，較好地解決了居住區(qū)配電設(shè)備的運行狀態(tài)無法監(jiān)控的生產(chǎn)難題，具有較強的實用性，并且一體化建設(shè)減少了投資與運維費用，提高了小區(qū)變配電設(shè)備安全運行水平，提高了居住區(qū)的供電可靠性。本系統(tǒng)可進一步研究智能分析功能，可以更好的分析設(shè)備運行情況，最大限度的把故障隱患控制在萌芽狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

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