淺談物聯網高速公路智慧配電室系統構建方案
關鍵詞：高速公路；智慧供配電；電力監控；配電室智能運維托管；安全隱患
0、引言
隨著高速公路事業的不斷發展和路網的不斷延伸，傳統的管理方式已難以滿足日益增長的需求，動態管理和安全隱患預警成為安全監管中的兩大難題。為此，采用智慧配電室系統對配電房變電站內供配電設備進行信息化管理，可提高供配電系統的運行管理信息化、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，利用現有機電系統資源，構建了一套“物聯網高速公路智慧配電室系統"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，現場無法做到實時值守，設備故障響應慢，檢修及監測數據無法有效完整存檔，安全隱患及信息數據無法實時傳輸等問題。特別現有的配電室運維，仍然采用傳統的管理方式，人員巡視、手工記錄運行數據，長期統計及分析，無法進行深化管理。
同時，缺乏專業的電力運維人員，如果一旦發生故障將導致供電中斷，并且在短時間內無法恢復正常，造成無法預料的財產損失甚至安全事件發生，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，很難及時發現安全隱患，存在一定的安全風險。
隨著電力自動化技術的進步，企業能源管理等理念被認可，管理模式由“大而全”的粗擴模式轉向更專業、更精細化的管理。為此，漳州分公司對“一站式、全托管”物聯網高速公路智慧配電室系統構建進行初步研究，通過“配電室智能運維服務平臺”對配電房設備的運行狀態以及用電負荷情況進行遠程實時集中監控，改變了傳統有人值守的電力運維方式。通過該系統的構建，不但可以降低企業用電成本，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，實現電力監控的自動化、集中化和智能化管理，及配電網設備全生命周期管理，將被動搶修轉變為設備運行狀態全程監控的先進管理模式。
2、平臺架構
“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有人值守的電力運維方式，降低企業用電成本，提高設備維護水平，保障用電可靠性，滿足配電室監控要求及無人值守需求。實現了配電室24小時線上平臺實時數據監測及分析，事件觸發提醒報警推送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，配電室監控系統分層分布式結構，即設備層、傳輸層、應用層，如圖1所示。
1.設備層
設備層是數據采集終端，主要由智能監測終端和通訊網關設備組成。這些監測設備將電氣量數據通過采集總線(RS-485通信總線、LORA/WIFI無線通信等)傳輸到網絡傳輸層，網絡傳輸層對智能儀表進行數據采集后，直接經由傳輸網絡上傳到數據中心，不經由中間設備，以確保系統的穩定可靠。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，監測每一回路的電流電壓等電量參數。主要在系統平臺上顯示每個回路的實時運行參數，實現回路負載越限告警，并可調用歷史數據，展示運行數據曲線圖，生成數據報等。
(2)10kV高壓柜。在不停電的情況下，對環網柜進、出線回路加裝智能終端采集裝置，監測高壓環網柜的三相電壓、三相電流、頻率、功率因數、功率、電能等遙測數據。
(3)變壓器。利用原有變壓器自帶的溫控儀，通過485/WIFI轉換器傳輸數據，監測變壓器運行狀況，實現超溫報警、越限告警等。
(4)UPS不間斷電源。通過智能數據接口開發，與UPS本地監控裝置直接實現互聯互通，采集UPS監控裝置的數據，系統平臺遠程實時監測不間斷電源的輸出電壓、蓄電池電壓、蓄電池電流、蓄電池內阻等工作參數數據。實現輸出過電壓、欠電壓、裝置失電、絕緣下降、系統接地故障報警等。
(5)柴油發電機。柴油發電機智能化采集可對柴油機發電控制柜的綜保進行數據采集，對設備進行監測。目前可對發電機電流、電壓、開關狀態、水箱狀態、油溫狀態、油壓狀態、轉速狀態、功率狀態、及其他電量參數進行數據采集，具體數據采集結果在現場確認。
(6)隧道風機。隧道通風系統監測內風機軟啟動柜中設置帶有DI/DO信號的電量參數采集智能表，并將風機正轉、反轉、停止等信號接入所設置的網關中，實現對每組風機的運轉狀態、電量參數的監測。
(7)視頻監控。配電房使用監控攝像機進行監管，可減少人員的現場巡查頻次，達到實時巡視的等同效果。同時結合智能化系統平臺，對監控區域及預警信息進行復核，提前制定預案。
2.網絡傳輸層
網絡傳輸層主要包括智能網關等，通過專網通道將數據進行上傳及下達指令。
3.監控應用層
監控應用層采用了綜合能源信息服務有限公司開發的“配電室智能運維托管服務平臺”，將配電室所有數據的存儲、電力運行狀況的顯示、控制指令的下達均通過該部分完成。由路網中心對多個配電室實行遠程、集中監控，當值班人員通過登陸WEB頁面或手機APP或微信小程序對配電室所有運行的情況實時監視。配電室實現了“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。該平臺架構合理，功能強大，協議開放，兼容性好，是一個集成度高、技術含量高、可靠性高的系統，既可以在PC上使用，也可以支持手機APP。
3、主要創新點
“物聯網高速公路智慧配電室系統”與傳統管理方式相比具有如下優勢。
1.云端服務部署
該平臺架構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，可采用PC、平板電腦、手機等移動終端進行訪問，下載或打印對應數據報表或賬單報表，方便企業報表管理。
3.基于產品優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
通過智能網關，接入不同廠家的智能監控設備。
5.優化用電效率
以電能計量監測為基礎,分為數據采集層、網絡通信層、中心管理層,對用電能耗進行大數據的的長期跟蹤分析,為設備使用單位提供降低用電能耗的決策依據。針對不同企業和客戶,結合其不同的運行管理需求制定不同的方案,監管能源消耗，發現能源浪費，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、電網資源、人巡成果統一管控，避免人工巡檢存在的無法及時有效發現隱患同時無法準確判斷故障的短板，充分發揮云平臺大數據分析整合的優勢
4、實施成效
通過“物聯網高速公路智慧配電室系統”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整和推陳出新，歷經一年的測試、磨合，已具備了較好的穩定性、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，該系統都扮演了重要角色。從長遠來看，不僅有利于企業發展，還能帶來顯著的經濟、社會效益。
1.動態管理水平得到提升
該系統通過了專業的模型結構、數據整理分析、專業化運維巡檢;通過了科學化、專業化管理，保障設備安全經濟運行,延長了設備使用年限,減少設備投資;規范化進行設備管理通過實時數據監測，對電流電壓偏高或偏低、功率因數偏低、設備異常報警等現象及時采取技術手段,保證用電質量。
2.設備安全運行得到保障
通過實施“物聯網高速公路智慧配電室系統”,實現低壓回路的數據采集工作,能夠及時發現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;分析后臺監控數據,掌握設備運行狀態，避免過負荷等情況發生,有效保障設備安全運行。
3.經濟效益顯著提高
通過“物聯網高速公路智慧配電室系統”進行數據整理分析,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;調整并平衡三相負荷,實現了節能減耗及經濟效益顯著的目的。
5、安科瑞配電室環境監控系統
5.1概述
配電室綜合監控系統包括智能監控系統屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監控子系統(云臺球機、槍機)、環境監測子系統(溫度、濕度、水浸、煙感)、控制子系統(燈光、空調、除濕機、風機、水泵)、門禁監控子系統(讀卡器、開門按鈕、磁力鎖)、安防監控子系統(雙鑒檢測器)。
5.2應用場所
適用于軌道交通，工業，建筑，學校，商業綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統工程設計、施工和運行維護。
5.3系統結構
5.4系統功能
5.4.1實時監測
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，實時顯示有關故障、告警等信息。
5.4.2數據查詢
在人機界面中，可以直接查看配電室中各個設備的運行數據。
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
查詢配電室內設備的運行數據報表。
5.4.5實時告警
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。
5.4.6歷史事件查詢
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。
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網絡拓撲圖
支持實時監視并診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構。
5.4.9遙控功能
可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。
5.5系統硬件配置
6、結語
目前，“物聯網高速公路智慧配電室系統”已處于應用推廣階段,雖然在數據采集、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。相關部門將繼續充分發揮高速公路的資源優勢，對系統進行進一步完善，減少因突發事件造成的人民生命財產損失,提升高速公路管理水平,讓高速公路更好地服務于社會。
參考文獻
[1]吳珠森.基于物聯網高速公路智慧配電室系統構建.
[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版
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