安科瑞 鮑靜君

　　摘要：智能配電房的建設，對提高配電網可靠性及運行經濟效益，電網智能化有重要意義。本文通過分析當前配電房建設需要考慮的主要因素，提供了一種智能配電房建設的方案，包括配電自動化監控系統、配電房安防系統、門禁系統、環境監測系統、一次設備狀態監測管理系統、通信系統、備用電源系統和綜合管理系統等建設方案及應用實例。

　　關鍵詞：智能配電房；配網自動化；開關柜狀態監測；配電房安防；綜合管理系統；

　　0引言

　　智能電網是集成了傳統和現代電力工程技術、感和監視技術、信息與通信技術的輸配電系統，具有更加完善的性能并且能夠為用戶提供一系列增值服務。智能電網將各種新技術與傳統的輸配電技術結合，從提高電網整體性能、節省總體成本出發，使電網的構成、運行控制與管理方式、系統性能以及所提供的服務出現革命性的變化。

　　基于我國配電網設備基礎和配電網架構的現狀，規劃建設具有配電自動化水平的主干線路配電房，應充分考慮如下因素：

　　（1）主干線路配電房應合理分段，縮小故障停電范圍；

　　（2）配電房和電纜分支箱合理配置，主干線路開關支持遠方遙控操作，縮短主干線路故障處理時間；

　　（3）配電房自動化技術要避免系統功能設計單一，自動化系統、安防系統等孤島建設，信息不能共享。

　　（4）)配電房自動化設備要具有較高的性價比，功能實用，具有開放的系統集成功能；

　　（5）充分考慮運行維護方便，設備體積小，模塊化設計，便于具有通信和自動化基礎的復合人員維護管理，從而達到減人增效的目的；

　　（6）配電房自動化設備要支持設備狀態檢修的管理要求。

　　1智能配電房終端總體方案

　　智能配電房集配電自動化監控系統、配電房安防系統、門禁系統、環境監測系統、一次設備狀態監測管理系統、通信系統、備用電源系統和主站系統等八大系統功能與一體，系統考慮了智能配電網自動化發展要求，可提高配網設備使用生命周期，實現對設備故障的提前預警，快速實現配網故障定位，縮短故障處理時間，從而提高設備運行管理水平。其總體框圖如圖1：

圖1智能配電房自動化終端總體框圖

　　智能配電房自動化終端總體設計思路如下：

　　1.1自動化終端通信

　　（1）通信組網采用了EPON光纖通信的方案。

　　（2）主干配電房作為光纖通信主干點，可支持其他通信方式接入；

　　（3）終端支持GPRS通信；

　　（4）通信支持圖像傳輸；

　　（5）終端支持RS485、Canbus總線等現場總線，可方便智能傳感器的接人和擴展；

　　（6）終端及主站支持以太網接人技術，接入P攝像機。

　　1.2配電網監控

　　（1）實現配電網“遙測、遙信、遙控”功能

　　（2）實現配電網短路故障監測，可通過主站實現故障定位；

　　（3）實現配電網接地故障監測，可通過主站實現故障定位；

　　（4）監測10kV線路的負荷電流；

　　（5）監測配電變壓器的負荷；

　　（6）監測]OkV開關狀態；

　　1.3饋線自動化功能

　　（1）可通過主站故障定位實現遠方故障隔離功能，大幅縮短故障處理時間；

　　（2）支持遙控功能，實現非故障段恢復供電，大幅縮短故障停電時間；

　　（3）實現遙控操作，減少運行人員操作次數和降低運行人員工作強度。

　　1.4配電房安防功能

　　（1）采用IP攝像機技術，取消DVR硬盤錄像機，大幅降低建設成本，提供系統可靠性和保護工作量；

　　（2）站房安防功能在站房開門時進人人員的拍照上傳，遠方遙視站房操作人員的操作，遠方遙視站房設備運行狀態，消防報警、水浸報警等異常情況拍照上傳和遠方遙視等四大方面；

　　（3）IP攝像機通過以太網(Ethemet)連接到光網絡單元(0NU)設備，采用EPON方案接人到主站；主站通過特定IP可以直接與攝像頭通信，進行視頻監視與控制；由于給IP攝像頭分配了對應的IP，當在主站對攝像頭進行實時視頻監控時，不會影響主站與DTU終端的正常通信。

　　（4）DTU檢測配電房門開信號、消防報警信號、水浸報警信號時，通過網絡向lP攝像頭發出抓拍等命令。

　　1.5配電房環境監控功能

　　（1）監測站房溫度、濕度；

　　（2）監測站房煙感、水浸等傳感器信號；

　　（3）DTU根據采集到的配電房內溫濕度及對應限值，

　　自動控制配電房內的風機和除濕設備。

　　（4）DTU檢測到水浸信號、煙感信號等開關量變化時產生SOE事件向主站報告。

　　1.6配電房門禁功能

　　（1）站房門口可安裝感應1C卡讀卡器，電鎖采用通電開陰鎖，配合門上的機械鎖使用，刷卡后門鎖自動打開，設備故障時可用鑰匙打開。

　　（2）門讀卡器可記錄運行人員巡查站房情況，便于運行管理；

　　（3）可實時監測站房門的開啟狀態，當門鎖被異常開啟時(如外力破壞、門鎖故障)，終端將實現現場報警(警號報警)、并通過通信網絡向管理中心傳送報警信息。

　　（4）門禁系統可加強站房運行管理，便于對進入站房安

　　裝調試的人員進行管理，區分運行巡查人員和短時安裝調試人員的進入權限；

　　1.7開關柜等一次設備的狀態監控功能

　　（1）監測開關電纜頭溫度，預防電纜頭接觸不良發熱現象；

　　（2）監測SF6開關的壓力接點信號，上傳SF6失壓報警信息；

　　（3）監測配變油溫接點信號，上傳配變溫度越限信息；

　　（4）監測開關柜內的溫度，自動控制開關柜內的加熱設備，以防止凝露。

　　1.8備用電源自動切換

　　（1）實現交流電源與備用電源的無縫切換。

　　（2）保證系統在外部電源失電情況下，仍可正常工作8小時。并顯示開關的分合閘作。

　　（3）實現備用電源的電池狀態監測。

　　2系統設計與實現

　　系統主要基于配電自動化終端，在實現三遙采集功能基礎上，實現短路、接地故障告警及定位。通過現場CAN總線方式，連接分布于各個開關柜的智能溫控裝置，采集開關柜內一次設備狀態，并實現開關柜防凝露控制；通過遙信狀態與無源節點控制，實現對配電房內環境的監測及控制，如溫濕度監測，煙感、水浸報警，風機開啟等；通過R8-485總線監控門禁系統，實現門禁管理及開閉門信息上報，并與視頻聯動。

　　配網自動化終端和IP攝像機通過以太網(Ethemet)連接到光網絡單元(0Nu)設備，采用EPON方案接人到主站，通過104規約，主站通過前置機將數據隔離，將配網自動化數據送入配網SCADA系統，本地綜合運行管理主站實現本地安防、門禁、配電房環境監控及開關柜一次設備狀態監控等功能。

　　其他子系統的設計分別主要如下：

　　2.1開關柜一次設備狀態監控

　　2.1.1開關柜內溫濕度控制

　　當前市場上通常采用的凝露控制器是利用凝露傳感器來自動啟動或停止加熱器工作的，從其控制機理來說存在兩個缺陷。其一：這種凝露傳感器是被動型動作元件，即一定要在空氣中的水汽壓力飽和時，也就是物體表面到達露點溫度，發生凝露時才會驅動加熱器工作。而防凝露作為一個電柜的反事故重要措施來說，接近凝露的邊緣再啟動加熱來去除凝露就缺少一個預防過程。從安全、可靠的角度來看，作為一個反事故措施在可靠性上還是遠遠不夠的。其二，如果凝露傳感器安裝位置不當，或者凝露傳感器的表面受到灰塵或氣體的侵蝕后特已經改變，雖然柜內金屬表面已經有結露現象，但凝露控制器仍不能及時啟動加熱器工作，也會帶來嚴重后果。基于以上考慮，我們根據凝露發生和預防機理．不再采用凝露傳感器，而是利用三路溫度傳感器，一個測柜體外部的環境溫度；兩個測柜體內部各隔室的溫度，通過智能控制器控制柜內加熱器方法調節機柜內外溫差，使柜內溫度始終比柜外環境溫度高1～3"C；使之不具備凝露發生的條件，起到預防凝露的作用。同時在柜內再采用一路線性濕度傳感器來測量并控制開關柜內的相對濕度，雙重手段可以大大提高開關柜防凝露的靈敏度、可靠性和工作壽命。

　　2.1.2電纜頭溫度在線監測系統方案

　　電纜頭溫度在線監測考慮電纜頭絕緣，采用間接測溫方案，通過測量電纜頭外部絕緣層溫度依據預先由試驗測定的環境溫度修正值，得出銅芯導體發熱溫度的近似值，利用光纖通信實現傳感器與采集器之間的高壓隔離，傳感器采用CT取電方式。電纜頭溫度在線監測系統框圖如圖2所示:

圖2測溫原理及方法

　　高壓電纜頭溫度在線監測系統主要包括三相溫度傳感器、環境溫度傳感器、溫度采集模塊、開合式取電CT和數據采集遠傳模塊等幾部分組成，開合式取電CT安裝在電纜頭三指處其中一相上，作為電纜頭溫度傳感器工作電源，溫度傳感器卡在肘型電纜接頭的外圍，溫度取樣點放置在傳感器周圍與肘型接頭之間，周邊用一些隔熱材料保溫，當電纜接頭處發熱，溫度通過絕緣層傳遞到埋設在保溫層的溫度取樣傳感器，CPU的A／D轉換器將溫度信號轉換成數字信號，通過光纖將數字信號傳輸至溫度采集變送器，變送器自動把測得的溫度數據和預先由試驗測定的測溫點與環境溫度差的修正值進行比較修正，得出銅芯導體發熱溫度的近似值，通過通信總線上送至DTU主控通信單元，通過對運行的歷史數據可以通過橫向比較、縱向比較的方法，及時、準確地發現電纜頭的故障狀態。由于三相測溫點的三個溫度傳感器幾乎在同一外部環境下運行，因此，用作溫度對比差的環境溫度傳感器只需要一個，從測得的三相溫度值之間的橫向對比和負荷電流大小的對比結果中，可以判定發熱故障的部位和發熱量的大小，當溫度值或三相之間的溫差超過一定的范圍時，發出報警信號，可避免電纜頭由于接觸不良發生的過熱故障。

　　2.2配電房環境監控設計及實現

　　終端對配電房的溫度、濕度、水浸、煙霧進行環境監測，采用溫度、濕度傳感器采集信號，再根據預先設定好的告警限值判斷是否越限，如果越限，立即提示告警。當濕度超出設定值時，則立即啟動除濕設備發送報警信號；

　　2.3門禁系統設計及實現

　　（1）門禁可按區域、時間段及人員分組管理，對持卡人的出入時間和出入區域進行限制，并將時間與區域結合形成人員分組，將持卡人分配給不同的人員分組，即實現了持卡人在什么時間允許進入哪些區域的權限定義。

　　（2）臨時卡管理功能。設置某人幾月幾日生效，幾月幾日卡片過期。生效日期以前，卡片尚未生效，不可使用；至生效日期時，將自動生效使用；至過期日期，卡片將自動作廢不可以使用。

　　（3）可選擇卡片單獨下傳。如果用戶只是新增幾個或者修改幾個人的權限，無需將所有權限重新下傳一次，新增和修改的權限可以單獨下傳。

　　（4）卡+密碼功能。用戶刷卡后輸入正確的密碼才可開門。可以一卡一密碼，即每個人都擁有自己的密碼。該功能可以防止卡丟失后被人拾到開門，增加系統的安全性。

　　（5）對于同一個門，可以設置某些人要求卡+密碼，某些人只需刷卡就可以進入。密碼可以為4--8位數。該功能使用密碼鍵盤讀卡器。

　　（6）手動輸入密碼開門功能。如果用戶啟用該功能，則無需帶卡，只需輸入密碼，就可以進行開門，并且存儲該出人記錄。每個門可設置10個密碼，密碼為4—8位數字。

　　（7）消防報警緊急開門功能如果控制器接收到消防開關信號來的時候，控制器所轄的門全部自動打開，便于人員逃生。并可以啟動消防警笛和存儲記錄消防報警記錄的時間。

　　（8）聯動輸出功能。可接人出門按鈕、門磁開關、紅外傳感器、火災傳感器等；可控制電鎖、警鈴、警燈等設備，實現安防各個系統功能聯動。

　　（9）強行開門報警。強行開門，即沒有通過合法方式(刷卡或按鈕等)強行開門或者破門而入，可啟動報警輸出，現場驅動報警器嗚叫，威懾犯罪人員和提醒保安趕來。

　　（10）在線巡查記錄功能，記錄巡檢時問。

　　2.4配電房安防系統設計及實現

　　（1）通過通信網絡通道，將被監視的目標動態圖像以IP組播方式傳到監控中心，報警信號、站端狀態信息、配置信息和控制信息以TCP／IP方式與監控中心實時通信；

　　（2）支持幀率、碼流、分辨率可通過軟件操作界面進行參數設定，也可按預先設置的方案自動調整，支持25幀／S；

　　（3）運行維護人員可通過站端視頻單元對站內設備或現場進行監視，對站端任一攝像機進行(左右、上下、遠景／近景、遠焦／近焦)控制，實現對攝像機視角、方位、焦距、光圈、景深的調整；對于帶預置位的云臺或球機，操作人員能直接進行預置位的操作。

　　（4）報警聯動拍照功能

　　（5）終端站房事故報警、消防報警、防盜報警、防火報警、電力設備水浸報警、門禁報警、非法闖入及畫面異動報警等多種報警類別聯動拍照上傳功能；當發生報警時，能聯動相關設備，如啟動現場照明、警笛等，相關設備啟動后，在設定的時間內自動關閉；報警發生后，站端視頻單元向客戶端和監控中心發送報警信息，并同時啟動錄像，錄像時間可設定；

　　（6）可設定非法闖入應用：設定監控范圍，可有可疑人物闖入時，聯動報警，拍照錄像等并向主站以彈出輸實時圖像的方式告警。

　　（7）門禁告警：站房門打開時，聯動拍照，并主站以彈出輸實時圖像的方式告警

　　3主站運行效果

　　智能配電房自動化系統涉及傳統主站系統的有：SCA—DA系統、安防系統、門禁系統、環境監測系統以及一次設備狀態監測管理系統等五個主站功能系統的建設，新構建的智能化管理系統打破以上五大系統的孤島運行應用，整合、簡化相關功能，構建實用化系統，主要思路是建設多功能的配電sCADA系統、綜合運行管理系統等兩套主站系統，具體設想如下：

　　（1）配電SCADA主站系統，實現配網監控功能，監測站房環境監測實時數據，監測一次設備運行狀態異常信息等；

　　（2）綜合運行管理主站系統，利用視頻監控系統，實現站房日常檢查、工作現場監護、異常情況監視等功能；利用門禁管理系統，實現按區域、時間段及人員分組管理，持卡人各級權限管理，站房Et常管理；利用一次設備監測歷史數據統計，建立一次設備運行狀態監測、一次設備故障早期判斷及一次設備失效模型等多項功能。綜合運行管理主站展示效果如圖3所示：

圖3綜合運行管理主站展示效果圖

　　4安科瑞配電室環境監控系統的介紹與選型

　　4.1簡介

　　安科瑞電氣股份有限公司根據配電室實際情況，結合多年的變電站和配電室的運行管理經驗，自主研發了安科瑞配電室綜合監控系統，實現了智能開關柜運行監控、高壓開關柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監控、母線測溫監測、電纜測溫監測、環境監測、有害氣體監測、安防監控、采暖通風、門禁、燈光、風機、除濕機、空調控制等功能。實現動力環境各數據的檢測與設備控制，實現動力環境優化，避免運行環境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員，延長設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過高，同時實現配電動力環境的分布式遠程管理。

　　4.2系統功能

　　4.2.1 通信管理

　　安科瑞智能配電室綜合監控系統可以完成對整個配電室范圍內的通信設備進行管理、添加、刪除、控制和數據的實時監測。

　　4.2.2實時監測

　　安科瑞智能配電室綜合監控系統人機界面友好，能夠顯示配電室設備的運行狀態，實時監測配電室環境參數信息，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實時顯示有關故障、告警等信息。

　　4.2.3 數據查詢

　　在人機界面中，可以直接查看配電室個設備的運行數據。

　　4.2.4曲線查詢

　　在曲線查詢界面，可以直接查看遙測參量曲線，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線。

　　4.2.5運行報表

　　查詢配電室內設備的運行數據報表，包括日報表、月報表、年報表和查詢報表等。

　　4.2.6實時告警

　　科瑞智能配電室綜合監控系統具有實時告警功能，系統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發出告警。告警如右圖所示：

　　4.2.7 歷史事件查詢

　　安科瑞智能配電室綜合監控系統能夠對產生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和進行歷史追溯、查詢統計、事故分析。

　　4.2.8 用戶權限管理

　　為保障系統穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的保障。

　　4.2.9網絡拓撲圖

　　安科瑞智能配電室綜合監控系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構。可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

　　4.2.10遙控操作

　　安科瑞智能配電室綜合監控系統可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。

　　4.3Acrel-2000E/B配電室環境監控系統推薦配置選型

　　序號名稱型號及主要參數單位數量

　　（組屏方案）

　　1壁掛箱/組屏

　　1.1智能監控系統屏2260*800*600mm面1

　　1.2綜合監控主機（12"觸摸屏）TPC6000-A122-T-4G-HDD1T臺1

　　1.3Acrel-2000E/B軟件Acrel-2000E/B配電室綜合監控軟件1

　　1.4顯示器TPC190-M210-AKR，嵌入式安裝臺1

　　1.5網絡交換機TP-LINK 8口臺1

　　1.6ARTU四遙單元ARTU-KJ8輔助電源220V個1

　　1.7Acrel-2000E/B機箱480*420*200mm個1

　　1.8串口轉換隔離器AF232TO485