居住区配电系统一体化智能信息监控平台研究

2014-09-01熊政尹飞刘忠

新媒体研究 2014年11期

熊政+尹飞+刘忠

摘要本文研究的居住区配电系统一体化智能信息监控平台，采集与监控小区变的实时运行数据，实现主辅设备、视频、消防、安防、门禁、环境等信息监控功能于一体，对采集的信息量、采集的频率进行筛选、分析，对出现的各类问题自动报警，提高无人值守小区变规范管理与设备经济安全运行水平，提高居住区的供电可靠性。系统具有一体化、实时化、智能化、规范化的特点，克服了传统小区变运行状态无法监控，配电设备故障停电时定位困难，故障排除时间较长，客户服务质量不高的缺点。

关键词居住区；配电系统；一体化；信息监控

中图分类号：TM734 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）11-0024-03

目前居住区配电系统建设标准已经统一，典型设计已经推广应用，居住区配电房（简称小区变）全部是按无人值班设计[1]。但对小区变的监控系统和辅助系统没有统一的规范。因此在小区变的建设过程中对辅助系统是否建设和建哪些的问题，意见不统一。为今后小区变的运行管理埋下了隐患。同时也无法适应今后智能电网的发展需要，会造成重复浪费。

目前供电公司配电部门运行的小区变数量较之35千伏以上变电站数量更多，而配电运行人员无论是人员数量还是技术水平都无法与变电运行人员相比；小区变的运行管理水平较低，直接影响着居民区的可靠供电、用户的安全等问题。

由于居住区配电设备的运行状态无法监控，当配电设备故障停电的时候，只有用户报故障后才能安排配电检修人员到现场查找故障点并排除故障，这个处理过程时间长，客户服务质量不高，是小区变运行维护部门面临的问题；如果能在设备故障停电发生时立即将告警信息发送到运维中心就可以大大加快故障处理的过程，降低故障造成的经济损失。

对小区变设备运行的状况没有统一监测，只有定期巡检来确定设备状况。运行环境情况没有监测，出现故障或隐患时不能及时发现并排除，将可能造成更大的损失。小区变全部无人值守，外人侵入造成故障或事故的情况也时有发生。

要管理好小区变运行，迫切需要研究并建设一套符合现代化管理的小区变智能监控系统。移植优化无人值班变电站的各类监控和辅助系统标准规范，建设简单、可靠、智能化的居住区配电系统集成监控装置，是一种行之有效地解决办法[2,3]。

1居住区配电系统一体化智能信息监控平台

居住区配电系统一体化智能信息监控平台，采集与监控小区变的实时运行数据，实现主辅设备、视频、消防、安防、门禁、环境等信息监控功能于一体。该系统总体结构如图1。

系统由三部分组成：小区变监控设备层、通讯信道层、监控平台层。

1）小区变监控设备层是数据的源头，负责采集现场设备的各类信息并上送至监控平台，同时接收并执行平台的各项控制指令。小区变监控设备包括一体化智能监控终端、门禁控制器、视频服务器，通过这三台设备接入小区变内主辅设备、视频、消防、安防、门禁、环境等所有监控信号。

2）通讯信道层采用光纤网络连接电力信息网管理信息大区，光纤链路由就近变电站引出先到居住区的主小区变，再分配至小区内其他小区变。居民小区内单独组网，小区变内设备的IP不直接暴露在电力光纤网中，主小区变配置防火墙进行访问控制，增强小区变站端网络安全。

3）监控平台层主要实现数据采集、通讯控制、智能分析、数据存储、人机交互等功能，监控平台分为后台采集通讯与数据分析部分和前台业务应用部分。后台采集通讯部分主要实现视频、门禁、SCADA、安防等设备的数据采集、指令下发与数据分析，为系统提供数据与通讯支撑，软件采用JAVA语言开发，构架为C/S方式；前台业务应用部分提供人机交互界面，采用Web+Flax技术开发。监控平台采用地市集中的部署方式，可实现全地市小区变运行设备的信息数据采集与监控。

系统监控平台对外接口包括：

①与配电自动化系统接口：通过信息交互总线进行数据共享。

②与生产管理系统（power production management system， PMS）系统接口：从PMS系统同步配电网模型以及接线图等信息。

③与用电信息采集系统接口：利用系统监控平台深入居住区的光纤网络为用电信息采集系统提供透明的网络通道用于居民用电信息采集通讯。

2小区变站端设计

2.1 站端监控设备组成

为了全面监控小区变内各类信息，需要在小区变内安装保护测控装置、DTU、温湿度传感器、红外三鉴、远程灯控、烟雾感应器、声光报警器、SF6探测器、变压器测温、空调远控、门禁、视频等监控设备，实现小区变主辅设备、安防、门禁、环境一体化信息监控。小区变站端结构如图2。

图2小区变站端结构

2.2 站端监控信号分层分类上传

1）监控信号分类。

表1监控信号分类

电网设备变压器变压器油温，低压侧电电压，高低压侧电压

电容器无功电流，无功功率

开关三相电流，有功、无功功率，

功率因数，开关状态

采集设备智能监控终端通讯状态，运行状态

保护测控装置遥控记录

视频监控视频摄像机视频监视，摄像头控制

视频服务器图像数据传输，历史图像

门禁设备门禁控制器开门记录，门禁卡权限，

控制器状态，布撤防信号

安防设备温湿度传感器环境温度值，环境湿度值

红外三鉴红外报警信号

烟感报警器烟感报警信号

灯光控制器 LED灯信号，远程遥控

空调控制器空调开关控制，模式控制，温度调节

图3站端监控信号分层处理与上传机制

2）监控信号分层处理与上传。

小区变的各类监控信号数据量较大，为了减少上传数据量，提高数据处理的有效性，系统数据采用分层处理分层上传的设计思路，研发了小区变一体化智能监控终端，采用IEC61850标准，实现除门禁、视频以外所有信号的采集、预处理、分层上传、数据暂存、指令执行等功能。信号分层处理与上传机制主要有：遥测信号超过变化率或越限进行上传、遥信信号变位上传、门禁有开关动作上传、视频图像存储在本地相应用户调阅。信号分层处理与上传机制见图3。

3监控平台设计

监控平台分为三部分：采集控制子系统、智能分子系统、Web业务应用子系统，如图4。

图4监控平台软件结构图

3.1 采集控制子系统

采集控制子系统的功能是采集各类数据和下发控制指令，包括SCADA、视频、门禁三大类数据与指令。SCADA为主要软件模块，采集数据的种类多、数量大，不仅包括传统的电网主设备电气信号，还包括辅助设备、环境、消防、安防等各类信号。因此在设计时采用采集集群结构，可积木式扩展采集通讯能力，同时站端智能终端进行数据分层预处理，有效减少数据传输量，使整个系统可适应一个地市万座规模小区变的采集监控接入。

3.2 智能分析子系统

智能分析子系统的功能是对采集的各类数据进行分析、判断，并根据分析结果进行告警推送与控制相关设备联动。智能分析就像整个系统的大脑，感知到小区变的运行情况、设备的运行状态，实现在设备可能故障前发出预警（比如变压器或线路负荷过高、变压器油温过高、小区变室内环境异常等），在设备故障后及时分析定位故障，通过实时和历史数据的分析，减少故障处理时间。智能分析子系统还可以根据告警信息和分析结果自动联动控制现场视频录像、灯光、空调、报警等设备按需工作。

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3.3 Web业务应用子系统

Web业务应用子系统的功能是提供人机交互功能，用户所有业务应用功能均通过Web页面方式提供，并且通过Flex技术增强用户体验，使页面功能强大且使用便捷。下面介绍两个较有特点的功能。

1）Web-SCADA。Web-SCADA功能包括一次接线图绘制工具和电网运行信息实时监控页面。一次接线图绘制工具可以通过拖拽方式便捷的绘制图形，并在图形上定义动态测点；展示页面实现电网设备测点数据在一次接线图上的实时展示，并且可以在图形上点击相关元件进行控制操作。见图5。

图5Web-SCADA

2）基于Flex的小区变3D全景展示。研发了基于Flash 3D引擎Alternative 3D的可维护小区变3D建模技术[4]，可以自定义绘制二维房屋平面图，通过算法自动转换为三维场景，通过拖拽系统提供的丰富设备元件，建立小区变运行环境全景模型。小区变3D全景展示页面可以直观实时的监控现场运行信息，增强易用性。

图6小区变3D全景展示

4本系统的特点

本系统可以对小区变进行全方位的信息实时采集与监控，具有如下特点。

1）一体化。针对小区变较变电站规模小但设备种类繁多的特点，建设统一的一体化监控系统，避免了分立建设多套小监控系统，减少建设成本与运维费用，提高管理效率，为小区变运行管理方式的转变提供技术支持。

2）实时化。利用电力光纤网络实时监控小区变运行状况，及时发现故障隐患，及时修复，提高安全生产保障能力。提高供电可靠性。

3）智能化。小区变各类信息自动分层分类专家分析，分等级多手段自动告警，支持设备自动联动控制，支持设备从定期巡检向自动巡检、状态检修过渡，减少人工工作量，提高供电可靠性。

4）规范化。提出了小区变监控管理标准，规范小区变内各类监控设备配置标准、设备通讯规约以及运行监控管理方法。

5结语及展望

本文居住区配电系统一体化智能信息监控平台，较好地解决了居住区配电设备的运行状态无法监控的生产难题，具有较强的实用性，并且一体化建设减少了投资与运维费用，提高了小区变配电设备安全运行水平，提高了居住区的供电可靠性。本系统可进一步研究智能分析功能，可以更好的分析设备运行情况，最大限度的把故障隐患控制在萌芽状态。

参考文献

[1]何永秀，李艳，李德智，等.中国新建小区配电网建设投资机制[J].中国电力，2008，41（9）：1-5.

[2]沈祥，祝项英，金乃正，等.无人值班变电站远方监控系统的设计和应用[J].电力系统自动化，2004，28（2）：89-90.

[3]赵家庆．220 kV无人值班变电站远方监控系统建设[J].电力系统自动化，2003，27（8）：78-80.