【解決方案】配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實踐探索

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

   作為電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，配電室工作的穩(wěn)定性具有重要意義。人工管理方式錯誤率較高、實時性較差，影響了配電網(wǎng)絡(luò)的作用。因此，運用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等方式監(jiān)控配電室是電力部門發(fā)展的關(guān)鍵所在，需要*大研究強度，做好軟件開發(fā)工作，為電力系統(tǒng)正常運行提供強有力保障。

1 配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實踐意義

1. 配電室管理的信息化程度不高，仍然使用人工的方式進行管理。人員對于**業(yè)的新設(shè)備、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)特征掌握不足，處理水平差，消耗時間較長，難以準(zhǔn)確定位系統(tǒng)故障，影響了故障排查質(zhì)量。

2. 配電室中的電力設(shè)備種類較多，連接線路錯綜復(fù)雜，需要使用大量的人力、物力完成管理任務(wù)。

3. 配電室所在地理位置比較分散，多位于較為偏僻的地區(qū)，增加了管理與監(jiān)控配電室的難度，影響了電力系統(tǒng)的管理工作水平。

  設(shè)計低壓配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)具有重要意義。

1. 可以提高電力管理效率與管理質(zhì)量，滿足電力管理工作的基本資源需求。配電室是電力系統(tǒng)中的基礎(chǔ)性設(shè)備，對于系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行具有重要意義。遠程監(jiān)控系統(tǒng)工作狀況可以準(zhǔn)確定位故障發(fā)生位置，掌握配電室實時運行狀況，有利于提高電力管理水平。

2. 配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)可以排除設(shè)備維護與檢修過程中存在的安全隱患。電力設(shè)備檢測工作的危險程度較高，容易發(fā)生重大安全事故，從而導(dǎo)致嚴重的經(jīng)濟損失與人員傷亡狀況。配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)可以減少檢修工作量，排除安全隱患，提高電力系統(tǒng)檢修工作效率與工作質(zhì)量。

3. 提高電力系統(tǒng)的信息化程度，符合當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展方向。配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)給區(qū)域電網(wǎng)建設(shè)提供了有效技術(shù)保障，對于國家電網(wǎng)的平安發(fā)展具有重要意義。

2 配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1系統(tǒng)組成

  在進行配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計過程中，實現(xiàn)監(jiān)控智能化需要以通訊網(wǎng)絡(luò)為核心，對配電室的工作狀況進行實時監(jiān)測，并將信息傳遞至控制室以便根據(jù)實際情況調(diào)整。其中，通用無線分組業(yè)務(wù)作為配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的主要通訊操控系統(tǒng)，能夠適應(yīng)配電室各個組件的工作需要，滿足不同領(lǐng)域的需求。

  綜上，由通訊網(wǎng)絡(luò)進行信息數(shù)據(jù)傳遞，使得系統(tǒng)輸入輸出設(shè)備能夠?qū)?shù)據(jù)傳遞至控制鏈中的主站，主站將其傳遞至各個分站，細化到不同功能模塊，該控制系統(tǒng)的工作流程清晰，工作效率較高，能夠保障信息數(shù)據(jù)的傳遞質(zhì)量。此外，在對配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計過程中，幫助工作人員了解該智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)與功能，通過配電室的應(yīng)用場所明確其工作需求，來進行智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，提高該監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用價值。

2.2軟件設(shè)計

  在完成配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計后，分析該系統(tǒng)的整體運行狀況，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成較為復(fù)雜，包含模塊與功能較多，各個組成部分之間聯(lián)系緊密，在該智能監(jiān)控系統(tǒng)運行過程中，需要對每一模塊的運行狀況進行分析，來得到系統(tǒng)整體運行數(shù)據(jù)分析報告。當(dāng)前對該監(jiān)控系統(tǒng)進行檢測的方式為定期檢測或?qū)⑤斎胼敵鲈O(shè)備所傳遞的數(shù)據(jù)進行總結(jié)分析，來達到對該智能監(jiān)控系統(tǒng)的整體運行狀況的了解，若配電室出現(xiàn)異常，可自動報警，工作人員根據(jù)報警定位信息迅速到達現(xiàn)場維修，保障配電室運行效率。

2.3硬件設(shè)計

  針對配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中的硬件設(shè)計部分，需要分析各個硬件的組成，本文主要針對內(nèi)核、直流模擬量采集、交流模擬量采集進行分析。

內(nèi)核決定智能監(jiān)控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，內(nèi)核包含眾多功能，選擇用于計量的電子芯片，對配電室供電配電狀況進行計量，同時對產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進行記錄處理。

  直流模擬量是指緩慢變化的連續(xù)量，直流模擬量采集是利用通訊網(wǎng)絡(luò)將電路運行中產(chǎn)生的多個節(jié)點的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳遞至主機中，能夠?qū)ε潆娛抑悄鼙O(jiān)控系統(tǒng)的整體運行情況進行實時監(jiān)測，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與數(shù)據(jù)傳遞質(zhì)量。

  交流模擬是指周期性變化的模擬量，交流模擬量采集系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛叶囗椷\行參數(shù)進行監(jiān)測，例如電壓、電流、頻率、功率等。通過檢測得到的數(shù)據(jù)進行總結(jié)分析，分析出當(dāng)前配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)運行方案中存在的不足并進行優(yōu)化調(diào)整，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

3 配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)與理論體系分析

3.1以太網(wǎng)通信技術(shù)與理論分析

  配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)屬于分布式系統(tǒng)，包括多個功能模塊，各個模塊之間可以通過以太網(wǎng)發(fā)送與接收數(shù)據(jù)信息。以太網(wǎng)是當(dāng)前使用*為廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)，主要包括總線型以太網(wǎng)、星型以太網(wǎng)等。以太網(wǎng)將CSMA/CD作為基礎(chǔ)訪問控制協(xié)議，有效解決了網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的沖突性問題，提高了網(wǎng)絡(luò)線路訪問的有序性與數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。以太網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)多臺計算機與服務(wù)器互聯(lián)的目標(biāo)，提高數(shù)據(jù)共享效率。

3.2信息化建設(shè)相關(guān)技術(shù)

  信息技術(shù)在配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)項目中發(fā)揮著重要作用。其中，基于UML的建模技術(shù)屬于面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，提供了完整的標(biāo)記與定義方法，展現(xiàn)出了軟件系統(tǒng)的建模過程，提高了軟件項目開發(fā)的工作效率與工作質(zhì)量。UML在軟件系統(tǒng)開發(fā)中具有重要應(yīng)用，可以給復(fù)雜軟件系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。

4 配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)計

4.1配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則

  配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的工作環(huán)境比較特殊，需要在設(shè)計過程中遵循以下原則。

1. 需要提高系統(tǒng)的工作效率。配電室的工作效率對于電力系統(tǒng)的正常運行具有決定性意義。智能監(jiān)控系統(tǒng)不能影響配電室的正常運轉(zhuǎn)，使得配電室原計劃正常工作。

2. 需要遵循可靠性原則。配電室工作對于可靠性的要求較高。智能監(jiān)控系統(tǒng)需要監(jiān)控電力系統(tǒng)設(shè)備的實時運行狀態(tài)，及時發(fā)出故障警告信息，自動尋找故障發(fā)生位置，有效應(yīng)對外界環(huán)境因素變化。

3. 需要遵循兼容性原則。電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施種類較多。智能監(jiān)控系統(tǒng)需要具備較高的兼容性，順應(yīng)未來工作發(fā)展趨勢。在向系統(tǒng)添加設(shè)備時，不能對系統(tǒng)做出較大改動。

（4）需要遵循模塊性原則。詳細分析系統(tǒng)功能，模塊化設(shè)計系統(tǒng)工作，降低各個功能模塊之間的耦合性，降低后期維護工作的復(fù)雜程度。

4.2系統(tǒng)總體框架設(shè)計

4.2.1硬件部署模塊

  該模塊包括電力基礎(chǔ)性設(shè)施及傳感器設(shè)備。電力基礎(chǔ)設(shè)施主要包括高壓配電室、低壓配電室中的硬件設(shè)施。傳感器設(shè)備可以提高電力基礎(chǔ)設(shè)備的互聯(lián)程度，獲得設(shè)備各項指標(biāo)參數(shù)，如電壓、電流、溫度等。

4.2.2現(xiàn)場監(jiān)控模塊

  現(xiàn)場監(jiān)控模塊可以搜集傳感器中電力設(shè)備的運行信息，將其傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，將信息交給系統(tǒng)管理模塊處理，提高系統(tǒng)通信效率。

4.2.3網(wǎng)絡(luò)通信模塊

  網(wǎng)絡(luò)通信模塊中有較多以太網(wǎng)接口芯片、網(wǎng)絡(luò)接頭、集線器等設(shè)備，可以傳輸電力設(shè)備中的監(jiān)控數(shù)據(jù)信息，將其反饋給單片機。

4.2.4系統(tǒng)管理模塊

  系統(tǒng)管理模塊主要安裝在*心服務(wù)器及管理PC機上，主要包括服務(wù)器模塊、客戶端模塊及后臺數(shù)據(jù)庫等信息。服務(wù)器是系統(tǒng)管理模塊的核心，也是操縱后臺數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵所在?？蛻舳四K可以給管理人員提供可視化的管理數(shù)據(jù)信息，將管理人員的請求發(fā)送給服務(wù)器，在后臺顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)。

4.3系統(tǒng)功能層次設(shè)計

  配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)主要包括4個功能模塊，需要在設(shè)計過程中確定硬件設(shè)備型號、模塊內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)、基本業(yè)務(wù)流程等信息。

4.3.1系統(tǒng)硬件部署情況

  硬件部署模塊工作內(nèi)容主要是部署測量傳感器信息、處理搜集到的信息等。

1. 需要設(shè)置交流數(shù)據(jù)采集電路。在測量交流電壓及電流數(shù)值時，需要保證二者數(shù)值不存在時間差，減少測量誤差。

2. 需要設(shè)置溫度測量電路。為了測量電力系統(tǒng)所在環(huán)境的溫度，可以將數(shù)字式溫度傳感儀作為主要檢測設(shè)備，在工作時間給系統(tǒng)提供工作電源。傳感器可以將搜集到的溫度數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變成為計算機可以直接處理的數(shù)字信號信息，無需額外參數(shù)即可加以計算。

（3）需要設(shè)置功率數(shù)據(jù)測量電路，將變壓器的頻率參數(shù)轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)工作的功率參數(shù)。

4.3.2現(xiàn)場監(jiān)控現(xiàn)場

  監(jiān)控是配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，承擔(dān)著原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換任務(wù)，可以將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信息交給網(wǎng)絡(luò)通信*心，需要計算電流及電壓的有效值、系統(tǒng)工作效率等數(shù)值，給系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)提供有效支撐，提高系統(tǒng)配電工作的可靠性與有效性。

4.3.3網(wǎng)絡(luò)通信

  網(wǎng)絡(luò)通信過程可以將處理后的數(shù)據(jù)信息傳輸給服務(wù)器，需要在單片機內(nèi)實現(xiàn)通信的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議信息。

4.3.4系統(tǒng)管理

  根據(jù)響應(yīng)方式進行功能劃分，可以將管理服務(wù)器分為以下幾個功能。①數(shù)據(jù)庫處理功能，接收通信模塊的監(jiān)控信息，根據(jù)服務(wù)器請求查找或修改數(shù)據(jù)庫信息。②網(wǎng)絡(luò)通信功能，需要設(shè)置專門的通信子模塊，判斷用戶端的系統(tǒng)發(fā)送請求，明確故障發(fā)生位置。

4.4系統(tǒng)管理模塊

  系統(tǒng)管理模塊需要管理用戶權(quán)限信息、登錄單位信息及運行參數(shù)信息等多個部分，有效管理配電室業(yè)務(wù)，保證電力系統(tǒng)正常運行。底層傳感器設(shè)備可以管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，統(tǒng)計分析各項業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息。視頻監(jiān)控管理模塊需要在配電室安裝攝像頭，檢查其運轉(zhuǎn)情況，管理拍攝畫面，查詢用戶工作狀態(tài)。測溫管理模塊需要監(jiān)測環(huán)境異常情況，及時發(fā)出警告信息。

4.5系統(tǒng)功能與特點

  配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)含有較多功能：

（1）遙測遙信功能。遙測是指通過近距離觀察被測對象的各參數(shù)數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳遞至遠距離達到較遠距離測量的目的，在配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中，主要針對電流、電壓、電流頻率、直流電流等信號進行采集并將其傳遞至監(jiān)控室。遙信是監(jiān)測物體的物質(zhì)的系統(tǒng)狀態(tài)，監(jiān)測線路開關(guān)、刀閘的位置并將其位置信息傳遞至監(jiān)控室。

（2）綜合監(jiān)控功能。該功能較為*面，如傳遞配電室實時數(shù)據(jù)、自動監(jiān)控、危險預(yù)測與自動報警、配電室運行數(shù)據(jù)記錄與查詢、數(shù)據(jù)分析總結(jié)等。其中，自動監(jiān)控功能幫助工作人員實時掌握配電室運行狀況，實現(xiàn)遠程監(jiān)控與操作。配電室數(shù)據(jù)記錄與查詢需要*點關(guān)注配電室運行中變壓器、低壓配電設(shè)備的電壓、電流、頻率等數(shù)據(jù)。需要根據(jù)現(xiàn)階段配電室工作需求，結(jié)合以往需求并分析以往工作數(shù)據(jù)，對現(xiàn)階段配電室工作進行調(diào)整。

 配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)為分層分布式，能夠為不同崗位的工作人員提供便捷服務(wù)。通過瀏覽器/服務(wù)器模式將配電室監(jiān)控管理內(nèi)容進行拓展，得到更加*面的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息。

5 配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)實踐價值

5.1管理效率顯著提升

  在完成配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計并將其投入使用后，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益與社會價值取決于該系統(tǒng)設(shè)計的創(chuàng)新程度，且應(yīng)用過程中智能監(jiān)控系統(tǒng)需要加強對配電室供電配電狀況的監(jiān)控與管理，并實時傳遞信息，節(jié)約工作人員現(xiàn)場巡查的時間，借助通訊網(wǎng)絡(luò)將信息傳遞至監(jiān)控室或控制電腦，減少人工管理配電室存在的隱患，提高對配電室的管理效果。

5.2管理成本顯著降低

  配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計是以系統(tǒng)創(chuàng)新為前提，以提高供電配電效率為目的，避免人工監(jiān)控管理因工作流程復(fù)雜、耗費時間較多造成的管理成本較高，簡化對配電室的監(jiān)控管理流程，優(yōu)化人力資源配置，減少成本，在安裝并使用配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)過程中能夠縮減管理成本。

5.3管理方式便捷

  配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)是以遠程實時監(jiān)控、通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)、掌握配電室整體情況為管理監(jiān)控方式，改變傳統(tǒng)人工監(jiān)控管理中掌握信息不*面、不及時、管理效率較低的問題。智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠檢測配電室各個線路的運行狀況，并定期對某條線路進行檢查，及時將檢測數(shù)據(jù)傳遞至控制室，降低配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用過程中存在的安全隱患。

6 安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

6.1概述

  配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括智能監(jiān)控系統(tǒng)屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（云臺球機、槍機）、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統(tǒng)（燈光、空調(diào)、除*機、風(fēng)機、水泵）、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監(jiān)控子系統(tǒng)（雙鑒檢測器）。

6.2應(yīng)用場所

  適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設(shè)計、施工和運行維護。

6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.4系統(tǒng)功能

6.4.1實時監(jiān)測

  能夠顯示配電室設(shè)備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，實時顯示有關(guān)故障、告警等信息。

6.4.2數(shù)據(jù)查詢

在人機界面中，可以直接查看配電室中各個設(shè)備的運行數(shù)據(jù)。

6.4.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

6.4.4運行報表

查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運行數(shù)據(jù)報表。

6.4.5實時告警

具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟?、濕度、有害氣體、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

6.4.6歷史事件查詢

能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。

6.4.7用戶權(quán)限管理

設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

6.4.8網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

支持實時監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

6.4.9遙控功能

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。

6.5系統(tǒng)硬件配置

7 結(jié)束語

  綜上所述，配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)可以提高空間利用效率，有效監(jiān)控配電室工作狀況，降低工作風(fēng)險，及時發(fā)現(xiàn)故障位置并發(fā)出警報信息，減少工作人員的維護工作量，提高設(shè)備保護功能，減少管理成本，保障供電配電的穩(wěn)定，同時保障電力系統(tǒng)順利運行。

參考文獻：

1. 謝正勇.六安配網(wǎng)配電室環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)探索與實踐[J].中國電業(yè)（技術(shù)版）,2014（11）：83-84.

2. 滕慧斌.配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實踐探索.

3. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.