淺談大型建筑可視化配網系統的研究與應用
發布時間：2021-03-31瀏覽次數：1188返回列表
李茜
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：介紹了建筑智能配網系統設計，分析了智能配網系統的組成部分。提出建筑智能配網系統可對各變電所的設備狀況與運行環境進行遠程監控與管理。實時、準確地掌握配電房的運行情況。提高配電的運維管理水平。
關鍵詞：智能配網；電力監控運維自動化系統；電氣火災監控系統；云平臺
0 引 言
大型建筑變電所、配電房數量較多，分布區域廣，配電運維部門人員對配電房的運維管理基本停留在傳統的定期巡視、周期性檢修、故障搶修模式，對配電房內設備運行狀況無法實時監測，可能導致事故影響擴大，造成嚴重經濟損失和巨大停電影響。
在目前運維管理模式下，停電故障發生后配電搶修人員要依據報修的信息初步確定故障點，開展故障查找和定位判斷，制定搶修方案后再安排故障區域停電隔離操作，才能開展現場搶修。實際情況是無法準確獲取故障信息，從而無法制定準確完備的搶修方案。
另外，配電房無人值守，盜竊、非法侵入造成故障或事故的情況時有發生。季節環境變化和惡劣氣候影響造成配電房的環境溫／濕度變化，目前定期巡視的管理模式根本無法滿足要求。
1智能配網系統設計
一套數據可視化的智能配網系統可實現樓宇變電所數據可視化、監控自動化。根據變電所電力系統架構及供電拓撲布置，主要采集整個電力系統運行數據、環境數據等，進行數據處理、數據分析后提供給用戶管理使用；客戶端通過計算機、移動APP等終端設備訪問系統，實現實時監控及運營維護。平臺層架構如圖1所示。
1．1 設計目標
(1)實時數據采集。系統不問斷地采集電量參數、斷路器開關量、異常報警信號、保護動作信息、時間順序記錄信息、保護裝置工作狀態等信號。
(2)完整的冗余結構。網絡拓撲結構的多樣化可滿足不同的系統要求，如單服務器單／雙網、多服務器單／雙網、主備服務器單／雙網。
(3)監測配電回路各參數信息。對機房進水、短路等故障及時報警，通過預設的報警方式自動通知維護或管理人員及時處理。
(4)移動客戶端遠程操作功能。可旋轉攝像頭進行視角矯正，以便對現場狀況進行視頻監控。
(5)部分重要變電所、重要回路采用三維建模技術，將區域、設備、儀表、線路進行系統仿真模擬，以動態動畫等方式將設備重要電氣參數、運行工況等數據進行三維可視化顯示。
(6)建立“線上云平臺+線下配電運維”一站式服務模式。
1．2設計原則
智能配網系統設計遵循性能穩定可靠、分層分布、經濟實用的原則，并綜合考慮施工、維護及操作等綜合因素。
(1)穩定可靠。系統的設計應具有較高的可靠性和抗干擾能力，在系統故障或事故造成中斷后能確保數據的準確性、完整性和一致性，并具備迅速恢復的功能。
(2)分層分布式。對于各區供配電自動化建設，宜推行分層分布式系統，充分應用現場總線等通信技術解決樓宇內數據交換問題。
(3)經濟實用。充分考慮用戶實際需要和信息技術發展趨勢，根據現場環境，設計選用功能適合現場情況、符合用戶要求的系統配置方案，以便節約工程投資，同時保證系統功能實施的需求。
2智能配網系統組成
智能配網系統軟件主要滿足監控平臺的通信、數據采集、智能分析等業務需求，為監控平臺提供數據支撐，主要實現監控平臺對視頻、門禁、SCADA、安防等設備的數據采集，并滿足數據的智能分析要求。
智能配網系統包含配電動態監控自動化系統、電氣火災監控系統、視頻監控系統、安防系統及移動APP客戶端5部分。
2．1 電力監控運維自動化系統
電力監控運維自動化系統的整體規劃將對電力系統相關的各個方面、層次及各種正面的促進因素和負面的限制因素進行統籌考慮，從全局的視角出發，對電力供應進行全面監控，指導日常運維及故障搶修工作，確保電力供應的穩定、可靠。
管理中心設在中心變電所值班室，接收各個區域配電房的數據。各區域子站通過Modbus RTU、IP等接口獲取多功能電力儀表、微機綜合保護裝置、變壓器溫控儀、直流屏、母排溫度、環境溫／濕度等電力系統運行及環境數據，通過電氣火災監控主機實時監測剩余電流情況，通過視頻監控攝像頭實時監測變電所運行及周遭環境變化情況，同時通過網絡將采集的數據實時上傳至管理中心。
各變電所進線柜配置多功能電力儀表，通過通信管理機實現關鍵進線回路的運行電力參數的高可靠性采集，其他饋線回路及相關環境數據通過通信管理機采集。
(1)實時數據采集。利用就地安裝智能測控裝置，使用交流采樣技術實時采集每條回路的電壓、電流等電量參數；不間斷地采集斷路器開關量、異常報警信號和非電量等信號；采集保護動作信息、事件順序記錄信息、保護裝置工作狀態等信號。提供不同種類通信協議，支持IEC 870-5—101、IEC 870-5-104、IEC 870-5-103、Modbus、DLT645、OPC Server／Client協議等。系統模塊化設計可以快速新增協議和通信介質，支持其他非標廠家規約的接入，實現遙測、遙信、裝置復歸、參數召喚下裝、裝置遠程維護等功能，保證大量設備和第三方系統的接人。
(2)環境監測及安防。提供變電站、各設備區整體的環境信息，對變壓器、運行設備等主要室內環境進行監測，實時監測變電所、配電房周界區域。系統實現實時紅外防盜、溫／濕度、煙感、漏水監測、門磁、現場警笛報警、遠程控制及空調和風機聯動等功能。
(3)三維模型信息化。對重要變電所、重要回路采用三維建模技術將區域、設備、儀表、線路進行模擬，以動態動畫、原理動畫的方式將設備重要電氣參數、運行工況等數據進行三維可視化顯示；系統發生重要告警時，可根據空間位置直觀迅速進行故障定位；三維動態系統的仿真模擬以互動方式對各個變電所和配電回路進行漫游、巡檢。
2．2 電氣火災監控系統
在變電所有可能導致火災隱患的配電回路中配置安裝測溫式電氣火災監控探測器，并且在每個回路的每個相線配置溫度傳感器，另外在三相回路中安裝匹配的剩余電流互感器，便于隨時監測用電回路溫度、電流變化信息，及時上傳用電信息給上層設備。各變電所區域子站均設置自成體系的電氣火災監控系統，值班人員除了通過管理中心設置的電氣火災監視計算機圖文系統掌握整個供電系統剩余電流情況外，也通過云平臺的巡檢下單，在巡檢到各個變電所時通過電氣火災監控主機對變電所剩余電流情況進行的檢視。如有異常情況，立刻觸發聲光報警，通知運維工作人員及時做出反應。
2．3可視化輔助運維系統
可視化輔助運維系統實現對配電房的24 h監控，電力運維人員可遠程了解配電室設備情況；故障視頻錄像實現告警聯動系統快速響應抓拍故障設備。
(1)在各個變電所中心安置一臺3600可旋轉紅外數字高清球機，便于實時查看每個變電所環境；沿每排配電柜后側方向安置一臺數字高清槍式攝像機，實時監控配電箱。
(2)箱式變電站外圍根據實際情況設置數字紅外高清槍式攝像機，箱式變電站內部設置一臺紅外數字半球型攝像機，隨時監控各個箱式變電站內外的環境情況；出現隱情時工作人員做出及時反應，后續工作人員可查看、調取圖像信息，分析事故原因。
(3)視頻監控的實時圖像數據接人交換機，再將數據通過光纖雙環網上傳至中心變電所視頻監控NVR主機，調整各個視頻監控攝像頭的方向，確保畫面采集的準確性，并調節視頻清晰度。
(4)視頻監控系統接入互聯網，設置相應網關和防火墻，確保智慧云平臺系統可以實時訪問視頻圖像信息，并且設立賬戶和密碼，分配用戶權限，保證移動客戶端訪問的合法身份。
(5)可視化智能巡檢。通過三維空間定位，實現設備、管道、儀表取樣點及隱蔽工程信息可視化，將傳統運行人員的操作界面在物理維度上延展，共享智能巡檢系統的現場信息，可體驗邏輯操作場景與實際物理場景信息互動。借助圖像識別與無線通信技術，實時關聯缺陷管理數據庫，可實現現場設備的智能巡檢與自動缺陷管理。借助設備與人員定位，可實現智能安防和區域拒止等智能管理功能。
2．4移動APP應用
云平臺層存儲大數據，充分發揮大數據的優勢，對設備運行趨勢進行分析，提前發現本地配電系統故障，并把預判信息推送用戶，使用戶提前掌握可能的故障和處理方案，保證建筑樓宇的用電安全。
云平臺實時監測和平臺預警功能如下：
(1)構建多維預警體系，提高安全運行保障。
(2)替代人力巡檢，實現少人及無人值守，降低人力成本，綜合效益高。
(3)人員全維度、無死角管理，專家資源復用，管理水平高。
(4)以大數據為支撐，實現集中監控、運維管理、服務搶修一體化。
3 安科瑞配電室環境監控系統的介紹與選型
3.1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。
3.2系統功能
3.2.1 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。
3.2.2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。
3.2.3 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。
3.2.4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。
3.2.5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。
3.2.6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：
3.2.7 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。
3.2.8 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。
3.2.9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。
3.2.10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。
3.3Acrel-2000E/B配電室環境監控系統推薦配置選型
4 結 語
智能配網系統能提高配電的運維管理水平和搶修效率，對各變電所的設備狀況與運行環境進行全方位的遠程監控與管理，實時、準確地掌握配電房的運行情況，及時對發生的問題做出應對。智能配網綜合監控系統的研究有利于提高變電所的安全運行水平，同時也是國家未來電網智能配網發展方向。
參考文獻
[1] 熊政，尹飛，劉忠．居住區配電系統一體化智能信息監控平臺研究[J]．硅谷。2014(11)：24-26．
[2] 李立群．建筑智能配網的研究與應用
[3] 安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監控系統2020.04版
