基于泛在电力物联网的智能变（配）电监控系统

2020-12-09杨兆权贾丽峰李钊史丽珍刘斌李红卫樊元龙

中国电气工程学报 2020年8期

杨兆权贾丽峰李钊史丽珍刘斌李红卫樊元龙

关键词：泛在电力物联网智能变配电监控系统

摘要：基于泛在电力物联网的智能变（配）电监控系统是在在配电环节部署具有一定感知、计算、执行和通信等功能的大数据管理系统。利用电力信息通信网络，实现电网各个环节上的智能终端、设备信息的高效传输、分析、处理，从而进一步提高智能电网各个环节的信息感知深度和广度、电力系统分析、预警、自愈及防范灾害的能力以及电网安全运行水平，实现电力从生产到消费各环节的精细化管理，达到节能降耗、经济高效的目的，其本质是智能电网建设的进一步深化。

1、研究背景

智能电网建设是我国在能源领域的重要战略部署，将逐步推动我国电力基础生产模式的改变，定位于先进的通信、信息和控制技术，构建信息化、自动化、互动化为特征的国际领先、自主创新、中国特色的智能电网，是电力行业的发展方向。智能电网的实现，首先依赖于电网各个环节重要运行参数的在线监测和实时信息掌控，物联网技术成为推动智能电网发展的重要技术手段。

国家智能电网建设中，输变电系统的智能化信息化已具备相当高的水平，而配电网由于其使用环境和结构的复杂性使得智能化信息化水平较低，随着智能电网工作的进一步深入，配网智能化信息化已成为下一步的主要工作之一。国家电网于2011年把配电网智能监测列入技术导则，但是由于存在信息采集种类繁多，缺少传输通道，缺少综合的主站软件等原因，国内应用较少。针对这一问题，利用现代最新的计算机技术、网络技术、图像技术、安防监控和防盗报警、安全环境综合监测技术，提出的基于泛在物联网的智能变（配）电监控系统，对区域配电系统实施全面的集中监测监控管理。

2、研究内容

基于泛在电力物联网的智能变（配）电监控系统是利用配电物联网技术，按照感知层、网络层、应用层的标准架构，对变配电系统中的开关站、配电站房、户外環网箱、箱式变电站、电缆及电缆井、柱上变压器和柱上开关等设备的各类环境和设备进行数据监测、动态展示和故障预警。

系统主要架构如下图所示：

配电物联网网络架构分为三个层次：感知层、网络层和应用层。

（1）感知层

主要利用多种传感器实现信息的采集、识别和汇聚，包括传感器层与数据汇聚层两部分，需满足对配电设备监测服务要求。

（2）网络层

网络层设备主要接入网关组成，配电物联网感知的数据既可已通过APN/4G/5G专用/光纤网络上传，也可以借助DTU/FTU的通信接口通过配电网自动化网络上传。

网络层负责实现终端设备和物联网平台之间的数据传输，包括终端上行发送的采集数据、应答信号和网络心跳等信息，以及物联网平台下发的控制命令、广播信息和应答信息等功能。

（3）应用层

应用层主要由各类系统主站及各类数据、应用服务组成，主要用于从接入网关接收传感器采集上传的监测数据，进行抽取、分析、展示等处理工作，共同构成一个完整的智能配电物联网应用系统一体化信息平台系统。

基于泛在电力物联网的智能变（配）电监控系统按照功能来讲，可以分为动态环境监控系统、视频监视系统、智能门禁管理系统、功能性监测系统、智能综合在线监控主站系统。

（1）动态环境监控系统：

配置红外探测器，配电室入口处安装探测器用于入室监测，防止入侵;

配置液位或水浸传感器，监测电缆沟内是否进水，并在电缆沟内进行防火封堵措施;

配置温湿度变送器均分布用于监测设备温度和湿度，环境温度和湿度;

配置SF6+O2传感器用于监测配电房SF6气体是否超标，防止运检人员进入造成伤害;

配置可燃气体、有毒气体检测报警传感器，甲烷、硫化氢、一氧化碳等有害气体上发服务器报警;

配置臭氧传感器用于测量环境中臭气浓度，防止设备氧化过快;

配置空调控制器用于控制现场空调;

配置主变超温温度传感器用于监测变压器外壳温度。并在每个配电室配置环境监控主机用于采集各传感器状态及数据信息，主机具有控制现场灯光、风机、空调、除湿机等功能，数据集中整理后上传至智能通信服务器。

视频监视系统：配置视频监视系统，用于工作人员远程对高压室内环境及高压设备进行巡视。

（2）智能门禁管理系统：

配置防火防盗不锈钢门：在配电房失火或者外部入侵时保证配电房安全。

配置门禁管理系统：用于管理人员进出，可远程开门，也可以远程进行开门操作，系统具备自动识别智能卡上的身份信息和门禁权限信息，持卡人只有在规定的时间和在有权限的门禁点刷卡后，门禁才能自动开门放行允许出入，否则对非法入侵拒绝开门并输出报警信号。并可与环境、动力数据结合，符合开门条件后，才可刷卡进入。

（3）功能性监测系统：

配置局放综合监测传感器、蓄电池在线监测传感器、倾角传感器、变压器接地电阻传感器。

（4）智能综合在线监控主站系统：

监控中心配置 1 套智能综合在线监控主站系统，主要包括硬件平台和软件平台，硬件平台包括网络通讯设备、服务器、短信报警模块等，服务器是整个系统的核心，基本任务是数据的维护和数据的处理。软件平台主要功能包括集中采集、管理各个站端系统，平面显示各站端实时情况，包括当地地图、主接线、设备工况、实时检测数据曲线与历史数据曲线等界面，直观的描述现场环境状态。

1）平台可采集多点配电房环境数据集中展示;

2）可实现历史数据的查询;

3）具备各配电房动力设备的远程遥控;

4）拥有自定义报表平台，可方面用户构建需要的报表数据;

5）平台具备组态系统功能，可任意接入其他厂家设备;

6）平台可实现浏览器远程查看系统，方便用户。

3、技术创新点

（1）终端：实现终端泛在接入，状态全面感知;感知终端存在感知部件覆盖不足、快速响应能力不足、取能技术尚待突破等问题，“高可靠性，小型化、集成化，低功耗、无源化，高安全性。

（2）网络：实现网络全时空覆盖，信息高效传输;配网物联网感知的数据既可以通过 APN/4G/5G 专网/光纤网络上传，也可以借助 DTU/FTU/TTU 的通信接口通过配网自动化网络上传。

（3）应用：驱动业务持续创新，应用便捷灵活;主要用于从接入网关接收传感器采集上传的监测数据，进行抽取、分析、展示等处理工作，共同构成一个完整的智能配电网物联网应用系统一体化监管平台系统。

4、结束语

本文基于泛在电力物联网的智能变（配）电监控系统利用现代最新的计算机技术、网络技术、图像技术、安防监控和防盗报警、安全环境综合监测技术，在配电环节部署具有一定感知、计算、执行和通信等功能的大数据管理系统。全面提升运行、规划、检修等各领域效率水平，实现精益化管理。