智能配電房精益化管理模式探究

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司揚州供電分公司 張 宸

2018年，國家電網(wǎng)公司提出全面部署泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)，以期在人工智能、大數(shù)據(jù)以及5G 通信等技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)之間的萬物互聯(lián)。為實現(xiàn)國家電網(wǎng)提出的UPIoT目標(biāo)，配電網(wǎng)的智能化管理是一個重要的實現(xiàn)方式。作為配電網(wǎng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，配電房具有數(shù)量多、分布廣等特點，正是這樣的特點，也造成了傳統(tǒng)配電網(wǎng)管理上出現(xiàn)了很多問題。例如管理系統(tǒng)功能設(shè)計單一，開放性差，擴(kuò)展性較弱；配電房中存在高溫、潮濕、浸水、局放等環(huán)境問題；還存在著巡檢不及時，巡檢效果差等問題。這些問題的存在不僅影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量，影響配電網(wǎng)的管理，影響客戶的用電體驗，甚至影響電力企業(yè)的安全生產(chǎn)，容易引發(fā)安全事故。

依托人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)平臺以及機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的發(fā)展，智能配電房的建設(shè)已經(jīng)具有了技術(shù)上的可能性。早在2019年，國網(wǎng)浙江電力公司就建成了全國首個智能配電房，該配電房融合了多種智能感知設(shè)備，采用無線多跳自組網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了配電房管理的全息感知、自助研判和精準(zhǔn)控制[1]。但國內(nèi)配電房大多數(shù)還是傳統(tǒng)的配電房，對于配電房的環(huán)境狀況、安防系統(tǒng)、巡檢問題，大多還是不能實現(xiàn)實時監(jiān)測。因此，本文以智能配電房為研究主題，為夯實配電房精益化管理，豐富智能管理大數(shù)據(jù)，實現(xiàn)配電房的智能監(jiān)測，打造基于電力物聯(lián)網(wǎng)的智能配電房精益化管理平臺。

1 配電房管理現(xiàn)狀分析

配電房在整個電網(wǎng)中的分布相對較廣，且數(shù)量眾多，這增加了配電房的管理難度，使其成為電網(wǎng)管理的薄弱環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)配電房的管理主要存在以下幾個問題：配電房數(shù)量多，分布廣，即使多人值守，仍然會出現(xiàn)故障，造成停電，影響電力供應(yīng)；配電房的環(huán)境監(jiān)測范圍和程度不足，造成配電房跳閘事故的環(huán)境因素主要有：高溫潮濕、漏水浸水、粉塵、小動物以及局放等，在這些環(huán)境因素中，局放是引發(fā)配電房安全事故的最主要因素[2]；配電房發(fā)生故障，管理系統(tǒng)不能及時對具體故障原因進(jìn)行分析，需要人工根據(jù)故障提示進(jìn)行故障排查，這對運維人員的技術(shù)水平有較高要求；當(dāng)配電房中發(fā)生觸電、SF6中毒等風(fēng)險時，系統(tǒng)不能及時發(fā)出告警，以提示工作人員注意人身安全；配電房往往采用的是人工定時巡檢方式，這種方式弊端很多，不僅容易造成巡檢盲區(qū)，而且可能會產(chǎn)生過渡巡檢或巡檢不及時的問題，而對于巡檢數(shù)據(jù)采用筆記的方式，也無法實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，造成不能提前預(yù)判故障；傳統(tǒng)配電房的管理系統(tǒng)的功能較單一，開放性以及擴(kuò)展性較差，難以滿足不斷發(fā)展的電力技術(shù)和微電網(wǎng)、分布式電源等新型業(yè)務(wù)的需求；各個配電房之間的數(shù)據(jù)無法互聯(lián)互通，不能進(jìn)行統(tǒng)一管理。

2 智能配電房精益化管理系統(tǒng)的需求分析

隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，配電網(wǎng)的管理水平與供電的安全穩(wěn)定以及電力企業(yè)的經(jīng)營效益息息相關(guān)。配電網(wǎng)能否安全穩(wěn)定運行，這不僅關(guān)系到企業(yè)自身的經(jīng)營效益，而且還關(guān)系到用戶的體驗以及社會經(jīng)濟(jì)效益。本文將從設(shè)備監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、智能控制、安防系統(tǒng)、智能巡檢和視頻監(jiān)控六個方面（如圖1），對構(gòu)建智能配電房的精益化管理好系統(tǒng)進(jìn)行需求分析。

圖1 智能配電網(wǎng)管理系統(tǒng)需求分析關(guān)系圖

設(shè)備監(jiān)測：在配電房內(nèi)安裝各種傳感器，以實時監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)信息，如變壓器的溫度以及開放柜的局放等部分，主要是通過將傳感器采集到的狀態(tài)信息通過MTU 上傳在主站控制系統(tǒng)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和分析，實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測[3]。

環(huán)境監(jiān)測：配電房中一些設(shè)備，如變壓器、隔離開關(guān)、電流電壓互感器等，對配電房的環(huán)境要求較高。因此需要配電房內(nèi)的環(huán)境參數(shù)要進(jìn)行實時監(jiān)測，如溫濕度、氣體含量分析、水位超限分析等，以保證為配電房內(nèi)設(shè)備的運行提供良好的環(huán)境。

智能控制：當(dāng)配電房中出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)能根據(jù)具體情況，自動聯(lián)動相關(guān)功能，消除異常。例如，當(dāng)配電房呢濕度超限時，系統(tǒng)能開啟空調(diào)、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)等，或者當(dāng)有人非法闖入配電房時，監(jiān)控系統(tǒng)能自動拍照，錄像等。

安防系統(tǒng)：安防設(shè)備主要包括門禁、紅外探測器、攝像頭、語音系統(tǒng)等設(shè)備監(jiān)控與管理，當(dāng)有人非法闖入時，結(jié)合智能控制系統(tǒng)，及時上報入侵信息，保證配電房的設(shè)備資產(chǎn)安全。

智能巡檢：智能巡檢主要采用軌道式機(jī)器人的巡檢方式。這種智能化的巡檢方式可實現(xiàn)定點巡檢、定時巡檢與遠(yuǎn)程遙控巡檢相結(jié)合的方式。而且智能巡檢機(jī)器人還能將巡檢數(shù)據(jù)實時發(fā)送到主站系統(tǒng)中，工作人員可以在系統(tǒng)中查看數(shù)據(jù)，并對機(jī)器人發(fā)出指令。

視頻監(jiān)控：視頻子系統(tǒng)是智能配電房的重要組成部分，它關(guān)系到其他子系統(tǒng)的功能能否正常實現(xiàn)。它主要通過攝像裝備對配電房內(nèi)的安防和設(shè)備狀態(tài)，進(jìn)行實時錄像，并在出現(xiàn)異常時，對異常情況進(jìn)行抓拍，將異常情況通過MTU 上傳至系統(tǒng)主站，以便工作人員實時查看。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電房精益化管理系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)定位

智能配電房精益化管理系統(tǒng)是配電網(wǎng)智能化運行的重要組成部分，它定位于配電房各個子系統(tǒng)的上層，使得配電房管理不僅智能化，更要實用化。這個系統(tǒng)采用人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)平臺和機(jī)器學(xué)習(xí)的技術(shù)，來整合各子系統(tǒng)之間的功能，對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、站房環(huán)境監(jiān)測、智能控制、安防管理、數(shù)據(jù)分析等進(jìn)行精益化管理，實現(xiàn)管理數(shù)據(jù)的重復(fù)研判，監(jiān)測數(shù)據(jù)多維度統(tǒng)計分析，以及配電房狀態(tài)的全景監(jiān)測，進(jìn)而減少故障率，控制人工管理成本，提高配電房管理各項考核指標(biāo)。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

檢修數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)考慮了多層級架構(gòu)，多數(shù)據(jù)類型，多業(yè)務(wù)場景，多接口服務(wù)等特征，打造一個整合多個子系統(tǒng)的智能配電房管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)架構(gòu)包括應(yīng)用層，平臺層，通信層，感知層，終端層5個部分，具體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

應(yīng)用層：主要包括視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、環(huán)境監(jiān)測、門禁管理、智能控制、入侵告警、數(shù)據(jù)分析、智能巡檢和大屏展示等具體的功能應(yīng)用，這些應(yīng)用可以在Web 系統(tǒng)上進(jìn)行操作，也可以在手機(jī)和平板的移動終端上操作。

平臺層：電力物聯(lián)網(wǎng)平臺，是整個系統(tǒng)的大腦，提供終端設(shè)備管理、聯(lián)接管理，同時在平臺層還包含了數(shù)據(jù)庫以及數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，以及平臺接口節(jié)點，以保證系統(tǒng)的開放性。

通信層：通信層主要支持有線光纖和無線傳輸方式，保證信息的雙向縱向通暢，保證數(shù)據(jù)能夠在終端層和主站之間的直接傳輸，實現(xiàn)管理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。在傳輸方式的選擇上，應(yīng)在安全性的前提下，結(jié)合具體智能配電房的實際情況[4]。

感知層：分布于配網(wǎng)各個節(jié)點的智能網(wǎng)關(guān)，與物聯(lián)網(wǎng)平臺協(xié)同工作；智能網(wǎng)關(guān)側(cè)重于本地快速響應(yīng)業(yè)務(wù)需求，同時過濾處理大量無效數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)平臺側(cè)重于長周期、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析，實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)同判斷、人工智能等[5]。

終端層：包括各種終端設(shè)備，其主要功能是采集智能配電房的實時狀態(tài)信息并接受站房發(fā)送給執(zhí)行設(shè)備的各種信息，包括設(shè)備監(jiān)測設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測設(shè)備、安防設(shè)備、視頻設(shè)備以及執(zhí)行設(shè)備。

4 智能配電房精益化管理系統(tǒng)的優(yōu)勢

智能配電房精益化管理系統(tǒng)采用分層設(shè)計，各層之間相互獨立又相互關(guān)聯(lián)，利用安全性能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信層，實現(xiàn)各層之間的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)云平臺和終端之間的雙向通信。該系統(tǒng)還利用數(shù)據(jù)挖掘、AI 助手、機(jī)器學(xué)習(xí)和BigData 技術(shù)，實現(xiàn)了配電房各項管理數(shù)據(jù)的可視化，豐富了數(shù)據(jù)的可用性。在使用智能配電房精益化管理系統(tǒng)后，傳統(tǒng)的人工巡檢方式將會被狀態(tài)監(jiān)測和智能巡檢機(jī)器人所取代，只有在定點更換設(shè)備和維護(hù)時才需要排除維修人員，這不僅提供了檢修效率，還降低了維護(hù)成本[6]。對配電房的環(huán)境以及設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，可以保證配電房保持良好的工作環(huán)境，防止設(shè)備應(yīng)外界環(huán)境問題提前老化，延長了設(shè)備的使用壽命，提供配電網(wǎng)的安全可靠性。

5 結(jié)語

本文在分析了配電房的管理現(xiàn)狀之后，提出了當(dāng)前配電房管理主要存在的問題，因此有必要建設(shè)智能化的配電房管理系統(tǒng)。文章從設(shè)備監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、智能控制、安防系統(tǒng)、智能巡檢和視頻監(jiān)控六個方面，對構(gòu)建智能配電房管理系統(tǒng)作了具體的需求分析，從而為系統(tǒng)的實現(xiàn)作了具體的技術(shù)上的分析。