建筑智能配網(wǎng)的研究與應(yīng)用

李 立 群

(珠海派諾科技股份有限公司, 廣東 珠海 519000)

0 引 言

大型建筑變電所、配電房數(shù)量較多,分布區(qū)域廣,配電運(yùn)維部門人員對(duì)配電房的運(yùn)維管理基本停留在傳統(tǒng)的定期巡視、周期性檢修、故障搶修模式,對(duì)配電房內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀況無法實(shí)時(shí)監(jiān)測,設(shè)備故障或安全隱患不能得到及時(shí)有效的處理,可能導(dǎo)致事故影響擴(kuò)大,造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失和巨大停電影響。

在目前運(yùn)維管理模式下,停電故障發(fā)生后配電搶修人員要依據(jù)電話報(bào)修的信息初步確定故障點(diǎn),開展故障查找和定位判斷,制定搶修方案后再安排故障區(qū)域停電隔離操作,才能開展現(xiàn)場搶修。實(shí)際情況是無法準(zhǔn)確獲取故障信息,從而無法制定準(zhǔn)確完備的搶修方案,造成故障處理過程時(shí)間長,客戶服務(wù)質(zhì)量不高,影響可靠性指標(biāo)。

另外,配電房無人值守,盜竊、非法侵入造成故障或事故的情況時(shí)有發(fā)生。季節(jié)環(huán)境變化和惡劣氣候影響造成配電房的環(huán)境溫/濕度變化,目前無法及時(shí)啟動(dòng)相關(guān)設(shè)施,造成有關(guān)電氣設(shè)備絕緣下降,也會(huì)導(dǎo)致故障停電[1-2]。同時(shí)對(duì)于及時(shí)防范火災(zāi)、暴雨的影響等運(yùn)行安全要求,目前定期巡視的管理模式根本無法滿足要求。

1 智能配網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一套數(shù)據(jù)可視化的智能配網(wǎng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)樓宇變電所數(shù)據(jù)可視化、監(jiān)控自動(dòng)化。根據(jù)變電所電力系統(tǒng)架構(gòu)及供電拓?fù)洳贾?主要采集整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析后提供給用戶管理使用;客戶端通過計(jì)算機(jī)、移動(dòng)APP等終端設(shè)備訪問系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控及運(yùn)營維護(hù)。

平臺(tái)層架構(gòu)如圖1所示。

圖1 平臺(tái)層架構(gòu)

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

(1) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)不間斷地采集電量參數(shù)、斷路器開關(guān)量、異常報(bào)警信號(hào)、保護(hù)動(dòng)作信息、時(shí)間順序記錄信息、保護(hù)裝置工作狀態(tài)等信號(hào)。

(2) 完整的冗余結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多樣化可滿足不同的系統(tǒng)要求,如單服務(wù)器單/雙網(wǎng)、多服務(wù)器單/雙網(wǎng)、主備服務(wù)器單/雙網(wǎng)。

(3) 監(jiān)測配電回路各參數(shù)信息。對(duì)機(jī)房進(jìn)水、短路等故障及時(shí)報(bào)警,通過預(yù)設(shè)的報(bào)警方式自動(dòng)通知維護(hù)或管理人員及時(shí)處理。

(4) 移動(dòng)客戶端遠(yuǎn)程操作功能?？尚D(zhuǎn)攝像頭進(jìn)行視角矯正,以便對(duì)現(xiàn)場狀況進(jìn)行視頻監(jiān)控。

(5) 部分重要變電所、重要回路采用三維建模技術(shù),將區(qū)域、設(shè)備、儀表、線路進(jìn)行系統(tǒng)仿真模擬,以動(dòng)態(tài)特效等方式將設(shè)備重要電氣參數(shù)、運(yùn)行工況等數(shù)據(jù)進(jìn)行三維可視化顯示。

(6) 建立“線上云平臺(tái)+線下配電運(yùn)維”一站式服務(wù)模式。

1.2 設(shè)計(jì)原則

智能配網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循性能穩(wěn)定可靠、分層分布、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則,并綜合考慮施工、維護(hù)及操作等綜合因素。

(1) 穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)具有較高的可靠性和抗干擾能力,在系統(tǒng)故障或事故造成中斷后能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性,并具備迅速恢復(fù)的功能。

(2) 分層分布式。對(duì)于各區(qū)供配電自動(dòng)化建設(shè),宜推行分層分布式系統(tǒng),充分應(yīng)用現(xiàn)場總線等通信技術(shù)解決樓宇內(nèi)數(shù)據(jù)交換問題。

(3) 經(jīng)濟(jì)實(shí)用。充分考慮用戶實(shí)際需要和信息技術(shù)發(fā)展趨勢,根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境,設(shè)計(jì)選用功能適合現(xiàn)場情況、符合用戶要求的系統(tǒng)配置方案,實(shí)現(xiàn)最佳的性能價(jià)格比,以便節(jié)約工程投資,同時(shí)保證系統(tǒng)功能實(shí)施的需求。

2 智能配網(wǎng)系統(tǒng)組成

智能配網(wǎng)系統(tǒng)軟件主要滿足監(jiān)控平臺(tái)的通信、數(shù)據(jù)采集、智能分析等業(yè)務(wù)需求,為監(jiān)控平臺(tái)提供數(shù)據(jù)支撐,主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控平臺(tái)對(duì)視頻、門禁、SCADA、安防等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集,并滿足數(shù)據(jù)的智能分析要求。

智能配網(wǎng)系統(tǒng)包含配電動(dòng)態(tài)監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)及移動(dòng)APP客戶端5部分。

智能配網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能配網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 電力監(jiān)控運(yùn)維自動(dòng)化系統(tǒng)

電力監(jiān)控運(yùn)維自動(dòng)化系統(tǒng)的整體規(guī)劃將對(duì)電力系統(tǒng)相關(guān)的各個(gè)方面、層次及各種正面的促進(jìn)因素和負(fù)面的限制因素進(jìn)行統(tǒng)籌考慮,從全局的視角出發(fā),對(duì)電力供應(yīng)進(jìn)行全面監(jiān)控,指導(dǎo)日常運(yùn)維及故障搶修工作,確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定、可靠。

管理中心設(shè)在中心變電所值班室,接收各個(gè)區(qū)域配電房的數(shù)據(jù)。各區(qū)域子站通過Modbus RTU、IP等接口獲取多功能電力儀表、微機(jī)綜合保護(hù)裝置、變壓器溫控儀、直流屏、母排溫度、環(huán)境溫/濕度等電力系統(tǒng)運(yùn)行及環(huán)境數(shù)據(jù),通過電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測剩余電流情況,通過視頻監(jiān)控?cái)z像頭實(shí)時(shí)監(jiān)測變電所運(yùn)行及周遭環(huán)境變化情況,同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至管理中心。

各變電所進(jìn)線柜配置多功能電力儀表,通過通信管理機(jī)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵進(jìn)線回路的運(yùn)行電力參數(shù)的高可靠性采集,其他饋線回路及相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)通過通信管理機(jī)采集。

(1) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。利用就地安裝智能測控裝置,使用交流采樣技術(shù)實(shí)時(shí)采集每條回路的電壓、電流等電量參數(shù);不間斷地采集斷路器開關(guān)量、異常報(bào)警信號(hào)和非電量等信號(hào);采集保護(hù)動(dòng)作信息、事件順序記錄信息、保護(hù)裝置工作狀態(tài)等信號(hào)。

提供不同種類通信協(xié)議,支持IEC 870-5-101、IEC 870-5-104、IEC 870-5-103、Modbus、DLT645、OPC Server/Client協(xié)議等。系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)可以快速新增協(xié)議和通信介質(zhì),支持其他非標(biāo)廠家規(guī)約的接入,實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、裝置復(fù)歸、參數(shù)召喚下裝、裝置遠(yuǎn)程維護(hù)等功能,保證大量設(shè)備和第三方系統(tǒng)的接入。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集界面如圖3所示。

圖3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集界面

(2) 環(huán)境監(jiān)測及安防。提供變電站、各設(shè)備區(qū)整體的環(huán)境信息,對(duì)變壓器、運(yùn)行設(shè)備等主要室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測,實(shí)時(shí)監(jiān)測變電所、配電房周界區(qū)域。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)紅外防盜、溫/濕度、煙感、漏水監(jiān)測、門磁、現(xiàn)場警笛報(bào)警、遠(yuǎn)程控制及空調(diào)和風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)等功能。

環(huán)境監(jiān)測及安防界面如圖4所示。

圖4 環(huán)境監(jiān)測及安防界面

(3) 三維模型信息化。對(duì)重要變電所、重要回路采用三維建模技術(shù)將區(qū)域、設(shè)備、儀表、線路進(jìn)行模擬,以動(dòng)態(tài)特效、原理動(dòng)畫的方式將設(shè)備重要電氣參數(shù)、運(yùn)行工況等數(shù)據(jù)進(jìn)行三維可視化顯示;系統(tǒng)發(fā)生重要告警時(shí),可根據(jù)空間位置直觀迅速進(jìn)行故障定位;三維動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真模擬以互動(dòng)方式對(duì)各個(gè)變電所和配電回路進(jìn)行漫游、巡檢。

三維模型信息化界面如圖5所示。

圖5 三維模型信息化界面

2.2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

在變電所有可能導(dǎo)致火災(zāi)隱患的配電回路中配置安裝測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器,并且在每個(gè)回路的每個(gè)相線配置溫度傳感器,另外在三相回路中安裝匹配的剩余電流互感器,便于隨時(shí)監(jiān)測用電回路溫度、電流變化信息,及時(shí)上傳用電信息給上層設(shè)備。

各變電所區(qū)域子站均設(shè)置自成體系的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),值班人員除了通過管理中心設(shè)置的電氣火災(zāi)監(jiān)視計(jì)算機(jī)圖文系統(tǒng)掌握整個(gè)供電系統(tǒng)剩余電流情況外,也通過云平臺(tái)的巡檢下單,在巡檢到各個(gè)變電所時(shí)通過電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)對(duì)變電所剩余電流情況進(jìn)行更深的檢視。如有異常情況,立刻觸發(fā)聲光報(bào)警,通知運(yùn)維工作人員及時(shí)做出反應(yīng)。

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3 可視化輔助運(yùn)維系統(tǒng)

可視化輔助運(yùn)維系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電房的24 h監(jiān)控,電力運(yùn)維人員可遠(yuǎn)程了解配電室設(shè)備情況;故障視頻錄像實(shí)現(xiàn)告警聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)快速響應(yīng)抓拍故障設(shè)備。

(1) 在各個(gè)變電所中心安置一臺(tái)360°可旋轉(zhuǎn)紅外數(shù)字高清球機(jī),便于實(shí)時(shí)查看每個(gè)變電所環(huán)境;沿每排配電柜后側(cè)方向安置一臺(tái)數(shù)字高清槍式攝像機(jī),實(shí)時(shí)監(jiān)控配電箱。

(2) 箱式變電站外圍根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置數(shù)字紅外高清槍式攝像機(jī),箱式變電站內(nèi)部設(shè)置一臺(tái)紅外數(shù)字半球型攝像機(jī),隨時(shí)監(jiān)控各個(gè)箱式變電站內(nèi)外的環(huán)境情況;出現(xiàn)隱情時(shí)工作人員做出及時(shí)反應(yīng),后續(xù)工作人員可查看、調(diào)取圖像信息,分析事故原因。

(3) 視頻監(jiān)控的實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)接入交換機(jī),再將數(shù)據(jù)通過光纖雙環(huán)網(wǎng)上傳至中心變電所視頻監(jiān)控NVR主機(jī),調(diào)整各個(gè)視頻監(jiān)控?cái)z像頭的方向,確保畫面采集的準(zhǔn)確性,并調(diào)節(jié)視頻清晰度。

(4) 視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng),設(shè)置相應(yīng)網(wǎng)關(guān)和防火墻,確保智慧云平臺(tái)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)訪問視頻圖像信息,并且設(shè)立賬戶和密碼,分配用戶權(quán)限,保證移動(dòng)客戶端訪問的合法身份。

(5) 可視化智能巡檢。通過三維空間定位,實(shí)現(xiàn)設(shè)備、管道、儀表取樣點(diǎn)及隱蔽工程信息可視化,將傳統(tǒng)運(yùn)行人員的操作界面在物理維度上延展,共享智能巡檢系統(tǒng)的現(xiàn)場信息,可體驗(yàn)邏輯操作場景與實(shí)際物理場景信息互動(dòng)。借助圖像識(shí)別與無線通信技術(shù),實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)缺陷管理數(shù)據(jù)庫,可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的智能巡檢與自動(dòng)缺陷管理。借助設(shè)備與人員定位,可實(shí)現(xiàn)智能安防和區(qū)域拒止等智能管理功能。

可視化系統(tǒng)示例如圖7所示。

圖7 可視化系統(tǒng)示例

2.4 移動(dòng)APP應(yīng)用

云平臺(tái)層存儲(chǔ)大數(shù)據(jù),充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢,對(duì)設(shè)備運(yùn)行趨勢進(jìn)行分析,提前發(fā)現(xiàn)本地配電系統(tǒng)故障,并把預(yù)判信息推送用戶,使用戶提前掌握可能的故障和處理方案,保證建筑樓宇的用電安全。

云平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測和平臺(tái)預(yù)警功能如下:

(1) 構(gòu)建多維預(yù)警體系,提高安全運(yùn)行保障。

(2) 替代人力巡檢,實(shí)現(xiàn)少人及無人值守,降低人力成本,綜合效益高。

(3) 人員全維度、無死角管理,專家資源復(fù)用,管理水平高。

(4) 以大數(shù)據(jù)為支撐,實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控、運(yùn)維管理、服務(wù)搶修一體化。

移動(dòng)APP應(yīng)用界面如圖8所示。

圖8 移動(dòng)APP應(yīng)用界面

3 結(jié) 語

智能配網(wǎng)系統(tǒng)能提高配電的運(yùn)維管理水平和搶修效率,對(duì)各變電所的設(shè)備狀況與運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行全方位的遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理,實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地掌握配電房的運(yùn)行情況,及時(shí)對(duì)發(fā)生的問題做出應(yīng)對(duì)。智能配網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的研究有利于提高變電所的安全運(yùn)行水平,同時(shí)也是國家未來電網(wǎng)智能配網(wǎng)發(fā)展方向。