机房低压配电监控预警系统方案设计

晋月辉 中国铁路上海局集团有限公司申铁信息工程有限公司

1 背景概述

随着铁路高铁网络密集程度的提高，铁路运输高铁站旅客客流大幅提升，旅客出行对信息系统的依赖日益增强，机房内信息系统设备的配置也日趋复杂，对用电的安全性也在不断的提高。

配电系统的稳定运行一直是客运组织工作的重点，由于目前机房低压配电系统仅以快速开关实现故障的切除等方式，每次系统发生故障都会造成旅客运输组织的混乱等。维修人员也都是在故障发生后，才进行相关的维修，不能够及时准确的对故障进行告警。同时，对于直接控制一级设备的380 V低压配电系统缺乏有效监测、控制技术手段。目前，380 V低压配电系统是客运车站内主要的供电系统，配电系统的运行稳定性直接影响其它所有系统的稳定性。

根据上述情况，拟设计开发一套配电系统设备安全监控预警系统，对机房低压配电系统进行全面、实时监控。将原先被动式维护变为主动式维护，当有低压配电系统设备发生故障或存在运行隐患时，能够第一时间发出告警，从而提高站内维护人员的响应时间和故障的处理速度。

2 设计原则与目标

2.1 原则

（1）采用面向对象的设计理念和模块化的设计原则。（2）确保采集信息的实时性和准确性。

（3）系统采用的通信协议、后台数据库表结构等与目前上海局普遍使用的ITSM系统及相关检修要求兼容和统一。

2.2 目标

该系统主要实现以下目标：

①配电设备的故障告警；

②配电设备的性能告警；

③主动式推送，数据单向传输。

通过该系统的应用，实现机房内配电系统设备监控的规范性和科学性。变人工巡检为自动化巡检和自动化告警推送。主要目的在于提高配电系统安全系统管理规范性、科学性、和实用性，最大限度降低过负荷等对设备的损害及人员伤害，以及事故的扩大。同时减轻管理人员和维护人员的劳动负荷，实现自动化、实时的工作模式。

3 系统方案设计

系统主要分为四大方面：

（1）温控系统（含温度采集单元、过流保护、温度控制保护单元、规约转换器）；

（2）弧光保护监测系统（含弧光采集单元、通讯终端、弧光控制单元）；

（3）负载监控系统；

（4）监控系统（包含服务器、监控软件、通讯转发终端）。

系统主要功能是实现当配电系统设备发生故障或不安全运行时，弧光保护监测系统及低压配电过流、温控系统自动提前预警或在故障时及时切除故障点防止事故扩大，同时通讯终端和规约转换器能够及时收集预警和故障信息同时发送监控系统，监控服务器收到告警后在后台进行数据记录和告警触发，通过短信发送、大屏展示进行告警。维修人员能够及时、准确的了解到告警设备的位置、故障情况、紧急程度，从而减轻劳动强度，提高工作效率。

配电系统设备安全监控预警系统，对机房低压配电系统进行全面、实时监控。将原先被动式维护变为主动式维护，当有低压配电系统设备发生故障或存在运行隐患时，能够第一时间发出告警，从而提高站内维护人员的响应时间和故障的处理速度。

3.1 系统总体架构

本方案的核心研究内容是建立面向智能配用电一体化的信息支撑平台，围绕核心平台构建一体化数据采集系统和信息集成交互平台，在此基础上提供面向智能配用电的各类应用系统。系统的总体结构如下图1所示。

图1 系统的总体结构

（1）智能配用电辅助决策系统：包括温度决策控制系统、电弧光决策控制系统、负载综合监测系统及三相不平衡检测系统。

（2）故障抢修指挥系统：包括配电网故障就地预警系统，配电网远程（无线）报警系统及配电网故障历史查询系统。

（3）报表管理系统：包括配电网负荷电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、电度及谐波等重要运行参数根据实际需要生成日报、月报及年报。

3.2 功能设计

3.2.1 过热数据采集系统

低压配电集中测温系统是通过对温度进行数据采集，达到有效的实时监测目的；同时通过数据采集、分析等手段，为管理者提供相关的温度数据，使管理者能清晰的了解设备运行时的温度情况，为设备的维护与检修提供参考。

接触式测温探头原理见图2。

图2 接触式测温探头原理

低压配电测温系统工作原理图画面示意图3。

3.2.2 弧光数据采集系统

电弧光保护装置为变电站、电厂、工业企业等场合的中、低压母线提供快速保护。当发生弧光短路时，被弧光传感器覆盖区域的弧光短路可被快速定位，电弧光保护系统快速动作，切断故障电流，最大限度降低电弧光对设备的损害及人员伤害。电弧光保护系统采用弧光检测和电流检测双判据原理，具有保护动作速度快、可靠性高等特点。弧光保护系统包括主单元、子单元（弧光扩展单元或弧光电流卫星单元）、弧光传感器、连接光纤等。

智能配电站所解决方案运用经济、可靠、先进的传感、通信和控制技术来实现配电房的整体数字化、自动化和智能化，通过多种智能终端装置的组合形成一体化解决方案，监控配电站所环境运行数据、电气运行数据、设备状态数据等信息采集，实现对配电站所达到提高供电电压质量，降低线损，提供供电的经济效益的目的；通过对设备状态和运行环境等辅助信息的监测，实现防盗报警、设备闭环控制，减少运维工作量。

图3 低压配电测温系统工作原理

主要实现的功能包括：

（1）对配电站所运行环境的数据采集，包括环境温湿度、SF6气体浓度、电缆沟浸水、主变温度、电缆桥架内的温度等监控，同时实现对除湿机、排风机、抽水机等设备的闭环控制。

（2）配电站所防盗安全信息的采集和报警，包括红外移动监测、门禁、烟感等，实现对配电站所防盗监控的布防和撤防。

（3）配电站所视频的采集和控制和远方浏览。

（4）对配电站所低压开关的开关状态和电力运行参数的采集。

（5）对双主变的配电房，实现对双主变的经济运行控制。

（6）对低压开关提供来电自动重合的功能。

（7）提供对配电房内辅助设备的运行监测，包括UPS电源、灯光控制等。

其原理是：当母线发生短路或接地故障时，会产生破坏性的电弧光，电弧光保护可以检测电弧光强度，保护设备免受损坏。为了提高电弧光保护的可靠性，电弧光保护可选择是否经电流启动元件，电流启动元件包括突变量启动元件和电流常量启动元件，两个元件取或逻辑。

3.2.3 电量数据采集系统

电量数据采集模块通过多功能测量终端，实现对负载进行监控，主要功能如下：

（1）基础数据测量：电流、电压、有功功率、无功功率、频率、功率因数、有功电度、无功电度、2-21次谐波等几十种测量值。

（2）过负荷报警：通过测量电流，当电流过大，超过设定值后，启动报警信息，向后台监控系统上传信号，后台监控系统报警。

（3）测量负载不平衡度，设置不平衡报警，当不平衡指标过大，超过设定值后，启动报警信息，向后台监控系统上传信号，后台监控系统报警。

多功能测量终端测量三相四线制系统，精度可以到达0.5%；工作电源采用宽电压设计（100 V-264 VAC/DC），保证现场电压波动时也能正常工作；提供RS485通讯接口，方便组网传输数据；提供液晶显示窗口，方便就地观测。

3.2.4 可视化综合展现系统

图4 可视化主题设计

系统是一个应用范围涵盖非常繁杂的系统，为了综合展现智能配网的建设成果，提供给配网调度人员更好的系统体验，需要引入可视化主题设计和展现方式，系统应具有工具化的主题方案管理能力，用户可以根据展示的需要定制展示主题，不断地扩充主题库，并且在可视化展示时调用主题库，快速展开可视化内（见图4）。

3.2.5 故障研判与抢修智能手机联动

经调度人员甄别确定的配电网故障，可与现场运检人员的智能手机联动，将故障的范围、对应电网接线图、资料台账发送到对应手机上，为现场抢修人员提供帮助。

4 结论

本系统利用现代计算机技术和通信技术实现对站段低压配电装置的监控预警，可大大降低系统的成本费用，并可以对采集进来的数据进行实时、正确的处理，对故障做出及时的响应和预警。目前，380 V低压配电系统是铁路信息机房及车站的主要供电系统，配电系统的运行稳定性直接影响其它所有系统的稳定性。本系统的顺利实施，将会提供一套针对380 V低压配电系统有效监测、预警、控制手段，确保铁路运输生产的稳定运行。