淺談物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)構(gòu)建方案

陳沁雨

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

關鍵詞：高速公路；智慧供配電；電力監(jiān)控；配電室智能運維托管；安全隱患

0、引言

隨著高速公路事業(yè)的不斷發(fā)展和路網(wǎng)的不斷延伸，傳統(tǒng)的管理方式已難以滿足日益增長的需求，動態(tài)管理和安全隱患預警成為安全監(jiān)管中的兩大難題。為此，采用智慧配電室系統(tǒng)對配電房變電站內(nèi)供配電設備進行信息化管理，可提高供配電系統(tǒng)的運行管理信息化、自動化水平，方便管理人員操作，提高安全保障。

福建省高速公路集團有限公司漳州管理分公司（以下簡稱“漳州分公司"）立足實際，利用現(xiàn)有機電系統(tǒng)資源，構(gòu)建了一套“物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)"取得了良好的效果。

1、背景需求

目前，高速公路存在配電設備分布廣，配電室位置距離機電維護中心較遠，現(xiàn)場無法做到實時值守，設備故障響應慢，檢修及監(jiān)測數(shù)據(jù)無法有效完整存檔，安全隱患及信息數(shù)據(jù)無法實時傳輸?shù)葐栴}。特別現(xiàn)有的配電室運維，仍然采用傳統(tǒng)的管理方式，人員巡視、手工記錄運行數(shù)據(jù)，長期統(tǒng)計及分析，無法進行深化管理。

同時，缺乏專業(yè)的電力運維人員，如果一旦發(fā)生故障將導致供電中斷，并且在短時間內(nèi)無法恢復正常，造成無法預料的財產(chǎn)損失甚至安全事件發(fā)生，后果不堪設想。

此外，由于運行的變壓器有防護外殼相對封閉，且地方狹窄散熱有限，它的負荷情況、運行聲響等都不易觀察，很難及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，存在一定的安全風險。

隨著電力自動化技術的進步，企業(yè)能源管理等理念被認可，管理模式由“大而全"的粗擴模式轉(zhuǎn)向更專業(yè)、更精細化的管理。為此，漳州分公司對“一站式、全托管"物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)構(gòu)建進行初步研究，通過“配電室智能運維服務平臺"對配電房設備的運行狀態(tài)以及用電負荷情況進行遠程實時集中監(jiān)控，改變了傳統(tǒng)有人值守的電力運維方式。通過該系統(tǒng)的構(gòu)建，不但可以降低企業(yè)用電成本，提升電力設備的管理水平，保障用電可靠性，還可以提升用戶電力設備的運維管理水平，實現(xiàn)電力監(jiān)控的自動化、集中化和智能化管理，及配電網(wǎng)設備全生命周期管理，將被動搶修轉(zhuǎn)變?yōu)樵O備運行狀態(tài)全程監(jiān)控的先進管理模式。

2、平臺架構(gòu)

“配電室智能運維托管服務平臺"，通過一體化運維平臺改變傳統(tǒng)有人值守的電力運維方式，降低企業(yè)用電成本，提高設備維護水平，保障用電可靠性，滿足配電室監(jiān)控要求及無人值守需求。實現(xiàn)了配電室24小時線上平臺實時數(shù)據(jù)監(jiān)測及分析，事件觸發(fā)提醒報警推送WEB端及手機端。

“配電室智能運維托管服務平臺"采用分布式和模塊化架構(gòu)，配電室監(jiān)控系統(tǒng)分層分布式結(jié)構(gòu)，即設備層、傳輸層、應用層，如圖1所示。

1.設備層

設備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能監(jiān)測終端和通訊網(wǎng)關設備組成。這些監(jiān)測設備將電氣量數(shù)據(jù)通過采集總線（RS-485通信總線、LORA/WIFI無線通信等）傳輸?shù)骄W(wǎng)絡傳輸層，網(wǎng)絡傳輸層對智能儀表進行數(shù)據(jù)采集后，直接經(jīng)由傳輸網(wǎng)絡上傳到數(shù)據(jù)中心，不經(jīng)由中間設備，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。主要是對以下設備進行采集。

（1）低壓配電柜。在不停電的情況下，對原有低壓配電柜每個回路加裝智能終端采集裝置，監(jiān)測每一回路的電流電壓等電量參數(shù)。主要在系統(tǒng)平臺上顯示每個回路的實時運行參數(shù)，實現(xiàn)回路負載越限告警，并可調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，展示運行數(shù)據(jù)曲線圖，生成數(shù)據(jù)報等。

（2）10kV高壓柜。在不停電的情況下，對環(huán)網(wǎng)柜進、出線回路加裝智能終端采集裝置，監(jiān)測高壓環(huán)網(wǎng)柜的三相電壓、三相電流、頻率、功率因數(shù)、功率、電能等遙測數(shù)據(jù)。

（3）變壓器。利用原有變壓器自帶的溫控儀，通過485/WIFI轉(zhuǎn)換器傳輸數(shù)據(jù)，監(jiān)測變壓器運行狀況，實現(xiàn)超溫報警、越限告警等。

（4)UPS不間斷電源。通過智能數(shù)據(jù)接口開發(fā)，與UPS本地監(jiān)控裝置直接實現(xiàn)互聯(lián)互通，采集UPS監(jiān)控裝置的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)平臺遠程實時監(jiān)測不間斷電源的輸出電壓、蓄電池電壓、蓄電池電流、蓄電池內(nèi)阻等工作參數(shù)數(shù)據(jù)。實現(xiàn)輸出過電壓、欠電壓、裝置失電、絕緣下降、系統(tǒng)接地故障報警等。

（5）柴油發(fā)電機。柴油發(fā)電機智能化采集可對柴油機發(fā)電控制柜的綜保進行數(shù)據(jù)采集，對設備進行監(jiān)測。目前可對發(fā)電機電流、電壓、開關狀態(tài)、水箱狀態(tài)、油溫狀態(tài)、油壓狀態(tài)、轉(zhuǎn)速狀態(tài)、功率狀態(tài)、及其他電量參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集，具體數(shù)據(jù)采集結(jié)果在現(xiàn)場確認。

（6）隧道風機。隧道通風系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)風機軟啟動柜中設置帶有DI/DO信號的電量參數(shù)采集智能表，并將風機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等信號接入所設置的網(wǎng)關中，實現(xiàn)對每組風機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)、電量參數(shù)的監(jiān)測。

（7）視頻監(jiān)控。配電房使用監(jiān)控攝像機進行監(jiān)管，可減少人員的現(xiàn)場巡查頻次，達到實時巡視的等同效果。同時結(jié)合智能化系統(tǒng)平臺，對監(jiān)控區(qū)域及預警信息進行復核，提前制定預案。

2.網(wǎng)絡傳輸層

網(wǎng)絡傳輸層主要包括智能網(wǎng)關等，通過專網(wǎng)通道將數(shù)據(jù)進行上傳及下達指令。

3.監(jiān)控應用層

監(jiān)控應用層采用了綜合能源信息服務有限公司開發(fā)的“配電室智能運維托管服務平臺"，將配電室所有數(shù)據(jù)的存儲、電力運行狀況的顯示、控制指令的下達均通過該部分完成。由路網(wǎng)中心對多個配電室實行遠程、集中監(jiān)控，當值班人員通過登陸WEB頁面或手機APP或微信小程序?qū)ε潆娛宜羞\行的情況實時監(jiān)視。配電室實現(xiàn)了“無人值班"或“少人值班"，同時承擔了日常巡檢、清掃檢查、電氣預防性試驗及設備改造、應急搶修工作等。該平臺架構(gòu)合理，功能強大，協(xié)議開放，兼容性好，是一個集成度高、技術含量高、可靠性高的系統(tǒng)，既可以在PC上使用，也可以支持手機APP。

3、主要創(chuàng)新點

“物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)"與傳統(tǒng)管理方式相比具有如下優(yōu)勢。

1.云端服務部署

該平臺架構(gòu)采用公用云服務資源部署，用戶無需增加服務器及軟件相關投入，節(jié)約用戶硬件設備成本及相關設備維護成本，建立長效云端服務機制。

2.支持多種終端訪問

用戶通過IP瀏覽方式登錄云端系統(tǒng)，可采用PC、平板電腦、手機等移動終端進行訪問，下載或打印對應數(shù)據(jù)報表或賬單報表，方便企業(yè)報表管理。

3.基于產(chǎn)品優(yōu)勢和成熟的工程技術

在終端自動化改造過程中，基于不停電改造原則，全部采用無線通訊方式，大大縮短了部署周期，減少了改造過程中對用戶正常用電的影響。

4.兼容能力強

通過智能網(wǎng)關，接入不同廠家的智能監(jiān)控設備。

5.優(yōu)化用電效率

以電能計量監(jiān)測為基礎,分為數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡通信層、中心管理層,對用電能耗進行大數(shù)據(jù)的的長期跟蹤分析,為設備使用單位提供降低用電能耗的決策依據(jù)。針對不同企業(yè)和客戶,結(jié)合其不同的運行管理需求制定不同的方案,監(jiān)管能源消耗，發(fā)現(xiàn)能源浪費，減少能源成本。

6.智能云平臺管控

通過智能云平臺有效將巡檢設備、電網(wǎng)資源、人巡成果統(tǒng)一管控，避免人工巡檢存在的無法及時有效發(fā)現(xiàn)隱患同時無法準確判斷故障的短板，充分發(fā)揮云平臺大數(shù)據(jù)分析整合的優(yōu)勢

4、實施成效

通過“物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)"在漳州高速的具體應用實踐，其在技術和管理上不斷做出調(diào)整和推陳出新，歷經(jīng)一年的測試、磨合，已具備了較好的穩(wěn)定性、可靠性互動性和實用性等特點。在幾次重大設備故障處置過程中，該系統(tǒng)都扮演了重要角色。從長遠來看，不僅有利于企業(yè)發(fā)展，還能帶來顯著的經(jīng)濟、社會效益。

1.動態(tài)管理水平得到提升

該系統(tǒng)通過了專業(yè)的模型結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)整理分析、專業(yè)化運維巡檢;通過了科學化、專業(yè)化管理，保障設備安全經(jīng)濟運行,延長了設備使用年限,減少設備投資;規(guī)范化進行設備管理通過實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，對電流電壓偏高或偏低、功率因數(shù)偏低、設備異常報警等現(xiàn)象及時采取技術手段,保證用電質(zhì)量。

2.設備安全運行得到保障

通過實施“物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)",實現(xiàn)低壓回路的數(shù)據(jù)采集工作,能夠及時發(fā)現(xiàn)并且消除設備安全隱患,有效防止設備處于不安全運行狀態(tài);分析后臺監(jiān)控數(shù)據(jù),掌握設備運行狀態(tài)，避免過負荷等情況發(fā)生,有效保障設備安全運行。

3.經(jīng)濟效益顯著提高

通過“物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)"進行數(shù)據(jù)整理分析,能了解設備運行情況,及時采取技術手段，延長設備使用年限,減少設備投資;調(diào)整并平衡三相負荷,實現(xiàn)了節(jié)能減耗及經(jīng)濟效益顯著的目的。

5、安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

5.1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)、除濕機、風機、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）。

5.2應用場所

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

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1實時監(jiān)測

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

5.4.2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備的運行數(shù)據(jù)。

5.4.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

5.4.4運行報表

查詢配電室內(nèi)設備的運行數(shù)據(jù)報表。

5.4.5實時告警

具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟取穸取⒂泻怏w、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

5.4.6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。 

5.4.7用戶權限管理

設置了用戶權限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。

5.4.8網(wǎng)絡拓撲圖

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

5.4.9遙控功能

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備進行遠程遙控操作。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6、結(jié)語

目前，“物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)"已處于應用推廣階段,雖然在數(shù)據(jù)采集、平臺兼容性等方面仍有問題待解決，但隨著電力自動化技術的飛速發(fā)展和管理體制的不斷完善，這些問題都將迎刃而解。相關部門將繼續(xù)充分發(fā)揮高速公路的資源優(yōu)勢，對系統(tǒng)進行進一步完善，減少因突發(fā)事件造成的人民生命財產(chǎn)損失,提升高速公路管理水平,讓高速公路更好地服務于社會。