低壓配用電自動化智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用

摘 要：低壓配用電自動化智能系統(tǒng)在配網(wǎng)中具有非常重要的作用，鑒于此，基于智慧能源、配電物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，以新型邊緣計(jì)算終端為核心，深入開展低壓側(cè)延伸應(yīng)用實(shí)踐，打造了一種兼具技術(shù)先進(jìn)性、應(yīng)用創(chuàng)新性和場景代表性特點(diǎn)的“全景感知、全息共融”的低壓配用電自動化智能系統(tǒng)，綜合利用配電自動化以及新一代低壓寬帶載波、5G等適宜的通信技術(shù)，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)配變、低壓線路和用戶的狀態(tài)感知與故障識別、低壓開關(guān)自動化控制、電能質(zhì)量綜合管理以及新能源智能管控等特色功能。

關(guān)鍵詞：低壓配用電自動化;狀態(tài)感知;故障識別;低壓寬帶載波;電能質(zhì)量綜合管理

0 引言

本文將從系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)采集、邊緣計(jì)算及工程應(yīng)用等方面，詳細(xì)介紹低壓配用電自動化智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用。

1 低壓配用電自動化智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 ? ?系統(tǒng)架構(gòu)

如圖1所示，低壓配用電自動化智能系統(tǒng)包含云平臺層（主站）、邊緣計(jì)算層（終端）、物聯(lián)網(wǎng)端層（傳感器），其中云平臺層可以有效接入柔性負(fù)荷、分布式電源、電動汽車、調(diào)控分析組件、綜合能源服務(wù)組件等，邊緣計(jì)算層包括負(fù)荷預(yù)測、故障研判、線損分析、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、充電樁接入、用戶數(shù)據(jù)、無功補(bǔ)償?shù)?，物?lián)網(wǎng)端層包括分布式新能源、光伏、儲能、智能電能表、智慧樓宇等。云平臺層、邊緣計(jì)算層、物聯(lián)網(wǎng)端層三者之間主要采用新一代電力載波通信技術(shù)，有效保證了數(shù)據(jù)的順暢交換。該系統(tǒng)主要具有統(tǒng)一性、安全可靠性、先進(jìn)性、前瞻性、開放性、靈活性、易用性、可維護(hù)性等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 ? ?數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集模塊包括用能檢測模塊、環(huán)境檢測模塊、安防檢測系統(tǒng)、聯(lián)動控制系統(tǒng)、局放監(jiān)測模塊、電纜頭監(jiān)測模塊、視頻監(jiān)控模塊、智能巡檢機(jī)器人、智能分支終端。

（1）用能檢測模塊支持與邊緣計(jì)算終端寬帶電力載波PLC/LoRa無線通信，可有效減少有線安裝工作，具有安裝簡便，能夠帶電操作，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，電磁兼容性良好的特點(diǎn)[1]，可以實(shí)現(xiàn)低壓電量監(jiān)測、諧波檢測、拓?fù)渥R別數(shù)據(jù)采集功能。

（2）環(huán)境檢測模塊包括溫度傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器、明火傳感器、噪聲傳感器、振動傳感器、水平傾斜傳感器、驅(qū)動傳感器等，可有效實(shí)現(xiàn)配電房溫濕度、水浸狀態(tài)及水位、SF6/O2/O3等環(huán)境數(shù)據(jù)、煙霧及火焰狀態(tài)、噪聲數(shù)據(jù)、變壓器振動狀態(tài)、用電設(shè)備水平傾斜度的檢測，并且具備用超聲波驅(qū)逐入侵小動物的功能。

（3）安防檢測系統(tǒng)利用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互[2]，可以采用刷卡、指紋、密碼、人臉識別方式進(jìn)門，可設(shè)置人員黑、白名單，發(fā)卡/授權(quán)機(jī)可供多個(gè)配電房公用，每個(gè)門配置一臺搭配門磁鎖（AC220 V供電）及出門按鈕。遠(yuǎn)程語音對講系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)與主站的雙向語音對講功能，可通過客戶端形式實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)對講必須借助（接入）已有網(wǎng)絡(luò)對講系統(tǒng)。

（4）聯(lián)動控制系統(tǒng)包括門禁控制、照明控制、風(fēng)機(jī)控制、除濕控制、視頻聯(lián)動、視頻與門禁聯(lián)動、視頻與紅外雙鑒報(bào)警聯(lián)動、視頻與水浸聯(lián)動、視頻與煙感聯(lián)動功能。

（5）局放監(jiān)測模塊實(shí)時(shí)采集局放監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)，通過RS485傳輸?shù)竭吘売?jì)算終端，利用TEV暫態(tài)地波+AE超聲波技術(shù)可以定位到產(chǎn)生局放的開關(guān)柜，利用高頻電流法（HFCT）實(shí)現(xiàn)電極、尖端放電監(jiān)測。

（6）電纜頭監(jiān)測模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器高低壓接線柱、出線電纜頭、斷路器觸頭。當(dāng)監(jiān)測溫度高于50 ℃時(shí)，系統(tǒng)延時(shí)120 s報(bào)警;當(dāng)監(jiān)測溫度高于70 ℃時(shí)，系統(tǒng)延時(shí)50 s報(bào)警;當(dāng)監(jiān)測溫度高于100 ℃時(shí)，系統(tǒng)延時(shí)20 s報(bào)警。

（7）視頻監(jiān)控模塊利用高清攝像頭實(shí)現(xiàn)對整個(gè)配電房360°無死角的實(shí)時(shí)監(jiān)控，授權(quán)用戶在系統(tǒng)上通過可視化界面能實(shí)時(shí)對配電房中的設(shè)備工作情況、室內(nèi)環(huán)境、周邊環(huán)境情況進(jìn)行監(jiān)控，以提升對各配電房的綜合管理能力。此外，還可以根據(jù)環(huán)境及安防變量形成智能化聯(lián)動控制。

（8）智能巡檢機(jī)器人包括吊掛式軌道、機(jī)器人本體、升降機(jī)構(gòu)、聲光器、紅外熱成像、可見光相機(jī)、局放傳感器等模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器代人巡檢、數(shù)據(jù)快速采集、信息實(shí)時(shí)傳輸。智能分析預(yù)警數(shù)據(jù)由智能測控管理云終端進(jìn)行匯總后上傳到主站。

（9）智能分支終端由低壓拓?fù)渥R別模塊、電能質(zhì)量綜合治理裝置組成，能實(shí)現(xiàn)拓?fù)渥R別線路、停電事件告警、低壓分支線路的電氣量監(jiān)測。1）低壓拓?fù)渥R別裝置具有低壓配網(wǎng)拓?fù)渥詣由?、拓?fù)渥兓詣幼R別、體積小巧、容易安裝在用戶表箱內(nèi)、配置自動保護(hù)裝置、運(yùn)行自動注冊、運(yùn)維方便、功能豐富等特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)電能表監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、低壓斷路器數(shù)據(jù)傳輸。2）電能質(zhì)量綜合治理裝置（如圖2所示）主要包括電容器組、換相開關(guān)、SVG裝置等，其在電能質(zhì)量綜合治理方面作用突出，但也存在應(yīng)用單一，局限性大，設(shè)備按照標(biāo)準(zhǔn)容量配置，投運(yùn)率和可用率低，各治理技術(shù)分割明顯，無法做到系統(tǒng)層面上電能質(zhì)量的最優(yōu)控制等缺點(diǎn)。

1.3 ? ?邊緣計(jì)算

邊緣計(jì)算模塊包括負(fù)荷預(yù)測、故障研判、線損分析、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、DG管理、拓?fù)渥R別、無功補(bǔ)償、三相不平衡計(jì)算等功能，具有模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，分析計(jì)算及通信能力強(qiáng)大，分布式儲能，安裝簡單方便，運(yùn)行安全可靠等特點(diǎn)。邊緣計(jì)算架構(gòu)如圖3所示。

2 低壓配用電自動化智能系統(tǒng)工程應(yīng)用

某低壓配用電自動化智能系統(tǒng)工程按照《南方電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和典型造價(jià)V3.0（智能配電）》和《廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司配網(wǎng)工程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和典型造價(jià)細(xì)化方案》要求，電房外形打破了傳統(tǒng)電房的設(shè)計(jì)理念，融入了地方建筑特色，項(xiàng)目總投資180.05萬元，主要工程規(guī)模如下：新建中壓架空線路70 m，敷設(shè)電纜線路85 m，新建配電房1座，自動化斷路器柜7面，35 kV干式變壓器1臺，低壓柜3面。工程嚴(yán)格遵循國家基本建設(shè)程序，符合國家的法律法規(guī)和有關(guān)規(guī)定，各項(xiàng)合規(guī)性文件齊全，建設(shè)期間實(shí)現(xiàn)了安全、質(zhì)量零事故，過程嚴(yán)格落實(shí)創(chuàng)優(yōu)規(guī)劃及實(shí)施細(xì)則，全面執(zhí)行工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文。工程未使用國家明令禁止的材料及產(chǎn)品，分部、分項(xiàng)工程質(zhì)量全部合格，建筑和安裝單位優(yōu)良率均達(dá)到100%，工程質(zhì)量評價(jià)驗(yàn)收結(jié)論為優(yōu)良。

圖4為該低壓配用電自動化智能系統(tǒng)工程外觀圖。

該工程主要具有以下6個(gè)特點(diǎn)：

（1）該工程新建的配電站為預(yù)制式配電房，分工廠生產(chǎn)預(yù)制、現(xiàn)場安裝兩大階段完成，避免了傳統(tǒng)電房施工周期長、污染大、噪聲擾民、容易開裂等缺點(diǎn)，現(xiàn)場吊裝及拼裝可在兩天完成，縮短了現(xiàn)場施工時(shí)間，減少了對周邊居民及環(huán)境的影響。預(yù)制式配電房采用鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，綠色環(huán)保，鋼結(jié)構(gòu)骨架可100%回收再利用。

（2）該配電房造型結(jié)合了僑鄉(xiāng)的傳統(tǒng)建筑特色設(shè)計(jì)，具有中西合壁的碉樓特色外形，電房外表面采用優(yōu)質(zhì)復(fù)合材料水泥板，噴涂仿古色調(diào)的真石漆，與古校的建筑完美融合，成為一座具有碉樓文化特色的藝術(shù)精品。工程采用新型的預(yù)制材料，以簡單、美觀、通用為設(shè)計(jì)原則，全預(yù)制而成，減少了施工對周邊環(huán)境的影響。

（3）工程按《南方電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和典型造價(jià)V3.0（智能配電）》要求，配置設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測單元、環(huán)境監(jiān)控單元、安防監(jiān)控單元，數(shù)據(jù)上傳至南網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)平臺。

（4）該工程配置發(fā)電車快速接入箱，適用于高考保供電任務(wù)，能確保高考順利進(jìn)行。

（5）分散固補(bǔ)裝置按線路需要靈活配置，提高了整體補(bǔ)償效果。

（6）設(shè)置了起宣傳作用的企業(yè)文化墻，利用電房外墻展示公司安全文化，進(jìn)行電價(jià)政策、用電安全知識及供電服務(wù)宣傳，突顯了人民電業(yè)為人民的社會責(zé)任。

3 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了一種低壓配用電自動化智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其具體的工程應(yīng)用，該系統(tǒng)兼具技術(shù)先進(jìn)性、應(yīng)用創(chuàng)新性和場景代表性特點(diǎn)，綜合利用配電自動化以及新一代低壓寬帶載波、5G等適宜的通信技術(shù)，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)配變、低壓線路和用戶的狀態(tài)感知與故障識別、低壓開關(guān)自動化控制、電能質(zhì)量綜合管理以及新能源智能管控等特色功能。該示范工程采用預(yù)制式配電房、碉樓文化主題外形設(shè)計(jì)、全新的數(shù)字化智能電房，配置發(fā)電車快速接入箱、分散固補(bǔ)裝置，同時(shí)企業(yè)文化墻能起到很好的宣傳作用。

[參考文獻(xiàn)]

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[2] 楊文俊.基于電力系統(tǒng)電氣工程自動化的智能化應(yīng)用探究[J].裝飾裝修天地，2020（3）：376.

收稿日期：2021-08-30

作者簡介：司徒健興（1981—），男，廣東開平人，電氣工程師，主要從事10 kV電力施工管理與技術(shù)支持工作。