基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)研究

周金萍

摘 要：配電室是電力系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，可以保障供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。但是，配電室數(shù)量多、部署分散、管理復(fù)雜，人工現(xiàn)場(chǎng)巡檢管理方式費(fèi)時(shí)費(fèi)工、錯(cuò)誤率高，如果發(fā)生故障隱患，往往無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。針對(duì)配電室運(yùn)維現(xiàn)狀，人們可以搭建基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)配電室電力設(shè)備及環(huán)境狀態(tài)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，其可聯(lián)動(dòng)或遠(yuǎn)程控制輔助設(shè)備啟停，從而提高配電設(shè)備管理工作的效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：配電室;物聯(lián)網(wǎng);監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM76;TP391.48 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）06-0047-03

Research on Integrated Monitoring System of Intelligent Power

Distribution Room Based on Internet of Things

ZHOU Jinping

（XJ Electric Co.， Ltd.，Xuchang Henan 461000）

Abstract： The power distribution room is an important infrastructure of the power system， which can ensure the safe and stable operation of the power supply and distribution system. However， the number of power distribution rooms is large， the deployment is scattered， and the management is complicated， the manual on-site inspection management method is time-consuming and labor-intensive， and with a high error rate， if a hidden trouble occurs， it is often impossible to find out in time. In view of the current status of the operation and maintenance of the power distribution room， people can build a comprehensive monitoring system for the intelligent power distribution room based on the Internet of Things to remotely monitor the power equipment and environmental status information of the power distribution room， which can link or remotely control the start and stop of auxiliary equipment， thereby improving the efficiency and quality of power distribution equipment management.

Keywords： distribution room;Internet of Things;monitoring system

近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化步伐的不斷加快，城市配電網(wǎng)絡(luò)取得令人矚目的發(fā)展成果。配電室處于電力系統(tǒng)的末端，主要為低壓用戶或用電設(shè)施配送電能，按照電壓等級(jí)可以分為高壓配電室和低壓配電室。目前，我國(guó)配電室常采用無(wú)人管理的室內(nèi)站設(shè)計(jì)方案。

長(zhǎng)期以來(lái)，配電室運(yùn)維工作一直是城市配電系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)之一。在城市電網(wǎng)中，配電室數(shù)量多、部署分散、管理復(fù)雜，通常由工作人員去配電室現(xiàn)場(chǎng)逐個(gè)巡視，運(yùn)維工作量大、效率低、實(shí)時(shí)性差，致使城市配電室運(yùn)檢工作面臨巨大壓力。配電室電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境信息缺乏必要的監(jiān)測(cè)手段，一旦遭遇突發(fā)情況，將危及電氣設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，易造成設(shè)備損壞和電力供應(yīng)中斷。目前，部分配電室仍采用手工記錄數(shù)據(jù)的巡檢方式，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和錄入費(fèi)時(shí)費(fèi)力，易出現(xiàn)疏漏等嚴(yán)重影響運(yùn)檢質(zhì)量的情況[1-2]。

隨著城市配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及供電質(zhì)量和服務(wù)可靠性要求的提高，城市配網(wǎng)運(yùn)維工作量日益增大，電力設(shè)備安全運(yùn)行面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)對(duì)配電室進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，不但將運(yùn)維人員從繁重的工作中解放出來(lái)，而且大大提升了運(yùn)維效率。

1 整體方案

針對(duì)城市配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的復(fù)雜性，智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過整合電力設(shè)備及環(huán)境狀態(tài)信息，可以實(shí)現(xiàn)配電室運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能預(yù)警，并可聯(lián)動(dòng)或遠(yuǎn)程控制輔助設(shè)備啟停。智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層四個(gè)部分組成，如圖1所示。

感知層是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是聯(lián)系物理世界和信息世界的重要紐帶，系統(tǒng)采用先進(jìn)的感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)配電室的電力設(shè)備信息、運(yùn)行環(huán)境信息、安防信息等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。

網(wǎng)絡(luò)層通過低功耗物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)配電室相關(guān)監(jiān)測(cè)終端設(shè)備的泛在連接，實(shí)現(xiàn)配電室監(jiān)測(cè)終端組網(wǎng)感知功能并通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將感知層數(shù)據(jù)上傳至平臺(tái)層。監(jiān)測(cè)終端設(shè)備具有數(shù)量多、位置部署分散、信息安全級(jí)別低等特點(diǎn)。

平臺(tái)層是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的中樞，可以實(shí)現(xiàn)海量配電室狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端的物聯(lián)管理，實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)深度挖掘監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)價(jià)值，提高平臺(tái)層的業(yè)務(wù)支撐能力。

應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)配電室電力設(shè)備狀態(tài)信息展示、參數(shù)配置、數(shù)據(jù)查詢和輔助設(shè)備控制等功能，采用人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估、故障預(yù)警、智能輔助決策和精益化管理，有效提升了城市配電網(wǎng)絡(luò)中配電室智能化運(yùn)維水平。

2 配電室在線監(jiān)測(cè)設(shè)備

配電網(wǎng)絡(luò)作為城市電能輸送的重要通道，是連接電網(wǎng)與用戶的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，規(guī)模龐大的供電網(wǎng)絡(luò)對(duì)配電室安全運(yùn)行、事故預(yù)防亦提出更高要求。配電室電力設(shè)備運(yùn)行過程中，電氣設(shè)備故障的主要原因有電氣設(shè)備本體質(zhì)量缺陷、外力破壞、環(huán)境因素等。因此，配電室要安裝電壓、電流、環(huán)境溫濕度、SF6、氧氣、煙感、水浸和紅外等傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備及運(yùn)行環(huán)境的主要狀態(tài)參數(shù)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一由就近部署的無(wú)線網(wǎng)關(guān)上傳至后臺(tái)服務(wù)器。

無(wú)線網(wǎng)關(guān)由微處理器模塊、無(wú)線通信模塊、數(shù)據(jù)回傳模塊、對(duì)時(shí)模塊和電源模塊等組成，主要負(fù)責(zé)各個(gè)監(jiān)測(cè)終端的身份識(shí)別和數(shù)據(jù)收集，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換后發(fā)送至主站監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、環(huán)境信息、安防信息等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)報(bào)警，從而完成配電室遠(yuǎn)程智能巡檢。

3 配電室聯(lián)動(dòng)和遠(yuǎn)程控制設(shè)備

配電室會(huì)發(fā)生用電超負(fù)荷過熱引發(fā)火災(zāi)、水浸等環(huán)境因素導(dǎo)致設(shè)備損壞、設(shè)施被盜等情況，嚴(yán)重影響系統(tǒng)供電的可靠性。配電室需要安裝空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵、除濕機(jī)和聲光報(bào)警器等輔助設(shè)備，一旦遇到突發(fā)情況，就可以聯(lián)動(dòng)和遠(yuǎn)程控制輔助設(shè)備。

無(wú)線網(wǎng)關(guān)需要接收主站監(jiān)控系統(tǒng)的命令，也可以替代運(yùn)維人員快速聯(lián)動(dòng)輔助設(shè)備，當(dāng)發(fā)生告警信息時(shí)，其可以智能聯(lián)動(dòng)相關(guān)輔助設(shè)備，及時(shí)處理突發(fā)事件，有效防止事故進(jìn)一步升級(jí)惡化。輔助設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制策略如圖2所示。

4 配電室設(shè)備臺(tái)賬管理

配電室設(shè)備臺(tái)賬采用電子信息標(biāo)識(shí)器技術(shù)完成電氣設(shè)備的信息固化，包括設(shè)備名稱、生產(chǎn)信息、運(yùn)維記錄和歷史維護(hù)信息等。其通過建立完整的設(shè)備臺(tái)賬，融合所有關(guān)聯(lián)信息，智能動(dòng)態(tài)跟蹤設(shè)備狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)全生命周期管理。

電子信息標(biāo)識(shí)器是基于射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)開發(fā)的，內(nèi)部是一個(gè)無(wú)源電路，外殼采用防腐蝕、防水、耐擠壓材料，通過扎帶固定在識(shí)別對(duì)象上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息固化和定位。常用的電子信息標(biāo)識(shí)器有高頻和超高頻兩種，高頻電子信息標(biāo)識(shí)器穿透能力強(qiáng)、抗干擾性好，超高頻電子信息標(biāo)識(shí)器傳輸距離遠(yuǎn)、讀寫速度快。不同的電子信息標(biāo)識(shí)器適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，極大地滿足了配網(wǎng)復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景。

閱讀器兼容各頻段的電子信息標(biāo)識(shí)器，當(dāng)電子信息標(biāo)識(shí)器進(jìn)入閱讀器發(fā)射的射頻場(chǎng)后，其憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在電子信息標(biāo)識(shí)器內(nèi)部的電網(wǎng)設(shè)備相關(guān)信息。由于RFID技術(shù)具備穿透性，所以閱讀器可實(shí)現(xiàn)對(duì)電子信息標(biāo)識(shí)器的穿透讀取。閱讀器可采用移動(dòng)智能巡檢終端或者帶有NFC（Near Field Communication）近場(chǎng)通信功能的手機(jī)等形式[3]。設(shè)備標(biāo)識(shí)建設(shè)方案如圖3所示。

5 配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)

智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)選用B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器）模式架構(gòu)開發(fā)，用戶在客戶端通過瀏覽器向B/S服務(wù)器端發(fā)出訪問請(qǐng)求，其通過用戶權(quán)限控制和管理實(shí)現(xiàn)多用戶的靈活訪問;B/S架構(gòu)將開發(fā)、維護(hù)和升級(jí)等核心工作都集中在服務(wù)器端，簡(jiǎn)化了客戶端的工作量，提高了系統(tǒng)使用和維護(hù)的便利性[4-5]。

智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，主要包括GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）信息管理模塊、狀態(tài)評(píng)價(jià)管理模塊、設(shè)備缺陷管理模塊和智能運(yùn)維管理模塊等，系統(tǒng)采用GIS地圖方式展示城市配電室的位置信息、報(bào)警信息、電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、環(huán)境參數(shù)信息、輔助設(shè)備信息和安防信息等，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電室電力設(shè)備的統(tǒng)一管理，免去運(yùn)維人員繁重的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維工作，運(yùn)維人員在監(jiān)控室即可遠(yuǎn)程掌握配電室的各種信息，即便運(yùn)維人員外出時(shí)，也可以通過手機(jī)等移動(dòng)終端實(shí)時(shí)了解配電室運(yùn)行情況，同時(shí)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以對(duì)事故隱患做到提前預(yù)知、提前處理，減少電力設(shè)備故障對(duì)城市電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響，有效降低事故處理成本，提高配電室智能化運(yùn)維水平。

6 結(jié)論

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托，綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)、傳感技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，建立了完整的配電室信息化管理系統(tǒng)，有效地降低配電室管理的難度和復(fù)雜性，提高了運(yùn)檢效率，為配電室電力設(shè)備的全生命周期運(yùn)維管理奠定了基礎(chǔ)。

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