智能区域用电安全公共综合服务系统

王 菌，司 丰，罗云鹏，赵继超

(西安电子科技大学 电子工程学院，陕西 西安 710071)

现代人类的各种活动都离不开电，电能广泛应用的同时，用电安全问题也愈发地突出。一旦发生故障停电，就会带来重大损失，甚至会威胁到人身安全。由于诸多原因，我国配电系统的技术水平明显落后于发电和输电，以致用户遭受的停电故障，95%以上都是由配电系统故障造成的［1］。

要使配电系统正常稳定可靠地运行，对配电系统的维护必不可少，传统的维护方式无论是周期维护还是事后维修，都不能有效地提升其运行可靠性，而且浪费大量的人力、物力和财力，甚至造成不必要的损失。

本文提出了一种基于分布式网络的综合服务系统，通过对配电系统运行状况的在线监测和分析，预测配电系统的运行状况，预知配电系统的维护需求，及时调度专业维护人员进行维护，有效缩短故障停电时间，减少维护配电系统所需的人力、物力和财力资源。

1 系统架构

1.1 现场数据采集

为保证配电系统的可靠运行，首先需要监测配电系统的运行状况。电能的广泛应用使得配电系统的种类数量也增多，对于这些功能各不相同，形态各异的配电系统，需要监测的参数繁多归纳起来有以下6 类［2］:

(1)状态参数。配电系统中各开关断开或闭合的状态，配电系统中的设备位置状态等状态参数。包括断路器状态、接地开关、储能位置、手车位置等。这些开关的状态直接表达了配电系统的运行状态，本文设计的系统可以实时监测和记录配电系统的开关状态信息。

(2)运行参数。配电系统运行时的电力参数，参照有关电能质量的相关国家标准，包括电压、电流、频率、谐波、功率、电压波动与闪变、三相不平衡等。理想的电能应该是标准的50 Hz 正弦波，但在实际应用中，电能经过发、输、变、配等诸多环节因素的影响，会引起电压、电流或者频率的扰动或偏差，导致用电设备不能正常工作、缩短设备寿命甚至损坏。

(3)雷击信息。配电系统遭受雷击的信息，包括雷击发生时间，雷击电流，雷击造成的跳闸等。雷击信息表征了配电系统的防雷性能，也从侧面表征了配电系统是否接地良好。

(4)环境状态。配电系统所处环境的状态信息，包括环境温度、环境湿度等。环境温度和湿度不合适可造成配电系统出现凝露、漏电或者短路等故障。实时监测配电系统环境的温度和湿度，配合电热器等设备，升高环境的露点可防止凝露。

(5)节点温度。配电系统中关键连接点的温度信息。配电系统中的回路由多部分的电路组成，有相互连接的节点，由于节点连接不牢靠或者连接老化等原因，会造成节点电阻增大，造成电能在配电系统上的损耗增加和电能质量下降等后果。配电系统的节点电阻升高直接表现为节点的温度异常升高，甚至会烧坏节点造成断电。本文设计的系统可实时监测配电系统中关键的节点的温度信息，发现异常的温度信息随即报警提示处理。

(6)视频信息。配电系统所处环境的视频监视信息。有时配电系统的故障可能不是由配电系统本身性能引起的，不可控的自然因素或者人为破坏都可能造成配电系统的故障，对配电系统的视频监控可及时发现这类故障的原因，以便及时采取相应措施以防再次出现同样的问题。

图1 配电系统现场SCADA 节点

通过以上6 类参数即可监测配电系统的完整运行状况，数据可直接从配电系统的运行现场采集。

现场数据采集节点结构如图1 所示，6 种数据采集模块分别实时采集配电系统的6 类参数，并通过工业现场总线连接到现场数据采集计算机，计算机实时对采集的数据作相应的运算，通过路由和防火墙连接到网络。配电系统的运行状况数据实时上传至网络的同时也被存储，用户可通过网络查看配电系统的实时和历史运行状况［3－6］。配电系统的实时运行状况信息也会被显示在监控画面上，图2 显示了被监测配电系统的部分电能质量信息、开关状态信息和环境状况信息的监控画面。

图2 查看配电系统实时运行状况

1.2 系统架构

系统架构如图3 所示。区域内多个现场SCADA节点将实时采集配电系统现场运行状况数据并实时上传至区域子中心，子中心计算机存储这些数据并在监控画面上显示各配电系统的运行状况信息［7－10］。根据实际情况，可设多级子中心，现场数据实时逐级上传到系统中心，系统中心将显示分析和存储系统内所有配电系统的运行状况数据。系统中心负责整个系统的监视控制、管理调度、信息挖掘和决策支持，各级子中心服从上级中心的管理调度并对下级系统进行监视控制和管理调度。

图3 智能区域用电安全公共综合服务系统架构

2 预知维护

通过对配电系统运行状况的实时监测与分析，智能区域用电安全公共综合服务系统可预知配电系统的维护需求，在缩短停电时间的同时也减少配电系统的维护成本。

系统可通过变化曲线将参数的实时和历史变化趋势直观地表示出来，图4 中显示了数据记录中电压和电流的变化曲线，图中电压均基本稳定在10 kV，而一天内电流的变化较大。当系统检测到配电系统的某些参数超过限定的值时，就会发出报警信息，包括报警触发时间和参数值都将被存储。

图4 电压趋势图和电流趋势图

结合报警信息和趋势图形分析，可预测配电系统的运行状况，预知配电系统的维护需求，在配电系统发生故障之前，及时调度专业的维护人员赶赴配电系统现场进行维护处理，从而避免故障的发生，实现主动维护服务。按需求对配电系统进行维护可减少维护次数，缩短磨合期，延长运行时间，有效缩短故障停电时间［11－12］。

3 结束语

系统基于网络浏览器，可完成工程建立、维护、配置等操作，易于远程维护;系统基于分布式网络架构，易于后期增加需监测的设备或参数、配电系统现场SCADA 节点、子中心等扩展操作。通过实时监测及管理配电系统的状态、运行、雷击信息、环境状态、节点温度和视频信息6 类参数，用户可通过远程查看配电系统的实时和历史运行状况。

分析配电系统的运行状况数据，预测系统的运行趋势，预知系统的维护需求，实现主动维护服务，避免或者减少故障的发生。按需求进行维护可减少维护次数，缩短磨合期，减少盲目维护带来的不稳定因素的介入，延长稳定运行时间，有效缩短故障时间。另外，对配电系统的按需维护服务可减少维护工作造成的资源浪费，区域内集中维护，通过系统调度管理满足区域内所有配电系统的维护需求，可雇佣少量更加专业的维护人员，以提高维护效率，提高维护服务质量，提高人力资源的使用效率，减少维护所需的成本。

［1］ 余贻鑫，栾文鹏.智能电网的基本理念［J］.天津大学学报，2011(5):377－384.

［2］ 张仁杰，高军伟.网际组态软件［M］.北京:机械工业出版社，2010.

［3］ 刘振亚.智能电网技术［M］.北京:中国电力出版社，2010.

［4］ 龚静.配电网综合自动化技术［M］.北京:机械工业出版社，2008.

［5］ 黄汉棠.地区配电自动化最佳实践模式［M］.北京:中国电力出版社，2011.

［6］ 汪永华，李端超，王正风，等.供配电系统自动化实用技术［M］.北京:中国电力出版社，2011.

［7］ 郭玉泉.基于Web 的SCADA 系统设计与实现［D］.吉林:吉林大学，2006.

［8］ KING R L.Information services for smart grids［C］.Power and Energy Society General Meeting－Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century，2008 IEEE，2008.

［9］ 王曦.智能化系统集成简介［J］.精密制造与自动化，2011(4):61－65.

［10］Buffalo Inc.WebAccess［M］.Ult USA:Buffalo Inc，2013.

［11］NAREN M.Comprehensive budget management of smart grid based on value chain［C］.Proceedings of 2010 The 3rd International Conference on Power Electronics and Intelligent Transportation System，2010.

［12］谢明.基于Internet 的SCADA 数据传输系统研究［D］.南京:南京理工大学，2004.