淺談基于物聯網技術的智能配電室綜合監控系統設計與產品選型

摘要：配電室是電力系統的重要基礎設施，可以保障供配電系統的安全穩定運行。但是，配電室數量多、部署分散、管理復雜，人工現場巡檢管理方式費時費工、錯誤率高，如果發生故障隱患，往往無法及時發現。針對配電室運維現狀，人們可以搭建基于物聯網的智能配電室綜合監控系統，對配電室電力設備及環境狀態信息進行遠程監測，其可聯動或遠程控制輔助設備啟停，從而提高配電設備管理工作的效率和質量。

關鍵詞：配電室；物聯網；監控系統

0、引言

近年來，隨著我國工業化、城鎮化步伐的不斷加快，城市配電網絡取得令人矚目的發展成果。配電室處于電力系統的末端，主要為低壓用戶或用電設施配送電能，按照電壓等級可以分為高壓配電室和低壓配電室。目前，我國配電室常采用無人管理的室內站設計方案。

長期以來，配電室運維工作一直是城市配電系統的薄弱環節之一。在城市電網中，配電室數量多、部署分散、管理復雜，通常由工作人員去配電室現場逐個巡視，運維工作量大、效率低、實時性差，致使城市配電室運檢工作面臨巨大壓力。配電室電氣設備運行狀態和環境信息缺乏必要的監測手段，一旦遭遇突發情況，將危及電氣設備安全穩定運行，易造成設備損壞和電力供應中斷。目前，部分配電室仍采用手工記錄數據的巡檢方式，數據統計和錄入費時費力，易出現疏漏等嚴重影響運檢質量的情況。

隨著城市配電網絡規模的不斷擴大以及供電質量和服務可靠性要求的提高，城市配網運維工作量日益變大，電力設備安全運行面臨嚴峻挑戰?；谖锫摼W的智能配電室綜合監控系統采用先進的物聯網感知技術對配電室進行遠程集中監控，不但將運維人員從繁重的工作中解放出來，而且大大提升了運維效率。

1、整體方案

針對城市配電網絡運行的復雜性，智能配電室綜合監控系統通過整合電力設備及環境狀態信息，可以實現配電室運行狀態的自動遠程實時監測和智能預警，并可聯動或遠程控制輔助設備啟停。智能配電室綜合監控系統由感知層、網絡層、平臺層和應用層四個部分組成，如圖1所示。

圖1整體方案

感知層是整個系統的基礎，是聯系物理世界和信息世界的重要紐帶，系統采用先進的感知技術實現配電室的電力設備信息、運行環境信息、安防信息等數據的實時采集。

網絡層通過低功耗物聯網技術實現配電室相關監測終端設備的泛在連接，實現配電室監測終端組網感知功能并通過物聯網網關將感知層數據上傳至平臺層。監測終端設備具有數量多、位置部署分散、信息安全級別低等特點。

平臺層是整個監測系統的中樞，可以實現海量配電室狀態監測終端的物聯管理，實現各種監測數據的存儲和管理，通過大數據分析技術深度挖掘監測數據價值，提高平臺層的業務支撐能力。

應用層主要實現配電室電力設備狀態信息展示、參數配置、數據查詢和輔助設備控制等功能，采用人工智能和大數據分析等技術實現電力設備運行狀態評估、故障預警、智能輔助決策和精益化管理，有效提升了城市配電網絡中配電室智能化運維水平。

2、配電室在線監測設備

配電網絡作為城市電能輸送的重要通道，是連接電網與用戶的關鍵環節，規模龐大的供電網絡對配電室安全運行、事故預防亦提出更高要求。配電室電力設備運行過程中，電氣設備故障的主要原因有電氣設備本體質量缺陷、外力破壞、環境因素等。因此，配電室要安裝電壓、電流、環境溫濕度、SF6、氧氣、煙感、水浸和紅外等傳感器，實現對電力設備及運行環境的主要狀態參數的在線實時監測，監測數據統一由就近部署的無線網關上傳至后臺服務器。

無線網關由微處理器模塊、無線通信模塊、數據回傳模塊、對時模塊和電源模塊等組成，主要負責各個監測終端的身份識別和數據收集，并將數據進行規約轉換后發送至主站監控系統，實現電氣設備運行狀態信息、環境信息、安防信息等實時監測和自動報警，從而完成配電室遠程智能巡檢。

3、配電室聯動和遠程控制設備

配電室會發生用電超負荷過熱引發火災、水浸等環境因素導致設備損壞、設施被盜等情況，嚴重影響系統供電的可靠性。配電室需要安裝空調、風機、水泵、除濕機和聲光報警器等輔助設備，一旦遇到突發情況，就可以聯動和遠程控制輔助設備。無線網關需要接收主站監控系統的命令，也可以替代運維人員快速聯動輔助設備，當發生告警信息時，其可以智能聯動相關輔助設備，及時處理突發事件，有效防止事故進一步升級惡化。輔助設備聯動控制策略如圖2所示。

圖2輔助設備聯動控制策略

4、配電室設備臺賬管理

配電室設備臺賬采用電子信息標識器技術完成電氣設備的信息固化，包括設備名稱、生產信息、運維記錄和歷

史維護信息等。其通過建立完整的設備臺賬，融合所有關聯信息，智能動態跟蹤設備狀態，實現全生命周期管理。

電子信息標識器是基于射頻識別（RFID）技術開發的，內部是一個無源電路，外殼采用防腐蝕、防水、耐擠壓材料，通過扎帶固定在識別對象上實現現場信息固化和定位。常用的電子信息標識器有高頻和很高頻兩種，高頻電子信息標識器穿透能力強、抗干擾性好，很高頻電子信息標識器傳輸距離遠、讀寫速度快。不同的電子信息標識器適用于不同的應用場景，很大地滿足了配網復雜的應用場景。

閱讀器兼容各頻段的電子信息標識器，當電子信息標識器進入閱讀器發射的射頻場后，其憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在電子信息標識器內部的電網設備相關信息。由于RFID技術具備穿透性，所以閱讀器可實現對電子信息標識器的穿透讀取。閱讀器可采用移動智能巡檢終端或者帶有NFC（Near Field Communication）近場通信功能的手機等形式。設備標識建設方案如圖3所示。

圖3設備標識建設方案

5、配電室綜合監控系統

智能配電室綜合監控系統選用B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務器）模式架構開發，用戶在客戶端通過瀏覽器向B/S服務器端發出訪問請求，其通過用戶權限控制和管理實現多用戶的靈活訪問；B/S架構將開發、維護和升級等核心工作都集中在服務器端，簡化了客戶端的工作量，提高了系統使用和維護的便利性。

智能配電室綜合監控系統采用模塊化的設計思路，主要包括GIS（Geographic Information System，地理信息系統）信息管理模塊、狀態評價管理模塊、設備缺陷管理模塊和智能運維管理模塊等，系統采用GIS地圖方式展示城市配電室的位置信息、報警信息、電力設備運行狀態信息、環境參數信息、輔助設備信息和安防信息等，實現對配電室電力設備的統一管理，免去運維人員繁重的現場運維工作，運維人員在監控室即可遠程掌握配電室的各種信息，即便運維人員外出時，也可以通過手機等移動終端實時了解配電室運行情況，同時通過實時監測數據和歷史數據統計分析可以對事故隱患做到提前預知、提前處理，減少電力設備故障對城市電網穩定運行的影響，有效降低事故處理成本，提高配電室智能化運維水平。

6、安科瑞配電室環境監控系統

6.1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）。

6.2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。

6.3系統結構

6.4系統功能

6.4.1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。

6.4.2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。

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

查詢配電室內設備的運行數據報表。

6.4.5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。

6.4.6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。 

6.4.7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。

6.4.8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。

6.4.9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。

6.5系統硬件配置

7、結語

基于物聯網的智能配電室綜合監控系統以物聯網技術為依托，綜合運用大數據技術、傳感技術等先進技術，建立了完整的配電室信息化管理系統，有效地降低配電室管理的難度和復雜性，提高了運檢效率，為配電室電力設備的全生命周期運維管理奠定了基礎。