智能型配电房的系统改造设计

吴金娟，吴小娟

（金川集团股份有限公司，甘肃金昌 737100）

智能配电是在传统电力系统基础上，通过智能采集监测终端，配备外围传感器，为配电房环境、动力、安防、设备的监控应用提供高可靠性、高适用性的产品，实现远程监测、无人值守、异常预警的数字化、网络化、智能化管理和维护，为确保配电房设备的安全运行、避免重大事故的发生、减少企业经济损失、提高运维效率提供保障[1]。与传统的配电系统相比，智能化配电系统变被动故障排查为主动监测，可实现提前预警、自动故障定位、远程数据分析与监控等功能，大大地提高了系统运行的可靠性。为了进一步提升配网运维的工作质量和效率，提高供电稳定性，缩小断电时间和范围，提高电能质量，缓解减能增效压力，支撑配网技术发展向数字化、自动化、智能化转型，本文拟对金川集团配电房现状进行分析，并结合现有监测技术，提出智能配电房系统构架和相应的系统设计方案。

1 项目现状

配电房是电网的重要组成部分。金川集团的部分原有配电房存在静电、潮湿、凝露、浸水、电缆沟积水、易爆气体超标等环境问题，配电柜及其控制元件老化严重，柜体机械结构损坏严重，配电柜操作机构失效，无法保证正常停送电；控制回路插件接触不良，配电柜操作机构失效，配电柜通风散热不良；电气元件及线路绝缘性能下降，极易发生短路和接地故障，严重影响电气设备的安全运行，对操作人员的人身安全存在严重的安全隐患。

该厂配电房现有控制系统为和利时1.0版本，目前，厂家已停止对该系统的服务支持，相关备件已经停产。在此情况下，控制回路插件接触不良、控制系统超高负荷运行和备件的缺失均会造成控制信号延时滞后或系统死机，导致生产系统和设备无前兆停车，给生产线的运行带来不安全因素。该系统在控制功能和运行负荷方面已经不能满足当前生产和后续发展的控制需求。为解决以上问题，顺应单位正常生产需要，金川集团按照国家发改委、能源局发布的《关于促进智能电网发展的指导意见》，开展了智能配电房的技术改造项目，以金川集团某车间配电网2021年全年事故作为采样数据对配电房现状及环境信息等问题进行数据分析，查找导致事故发生的主要原因；同时，在对厂家技术进行充分调研的基础上，制定了具有针对性、可行性、先进性的技术改造方案。

2 系统设计

2.1 系统设计原则

1）智能配电系统应具备对环境、安防、电气设备状态等信息的监测和控制功能，严格按照“实用、合理、经济、完善”和“无人值班、少人值守”的原则进行设计。

2）为保持技术上的先进性，设计时选用国内最新的专业厂家产品。系统的硬件和软件均采用技术成熟的产品，保证系统的高可靠性。

3）智能配电系统采用方便的组态界面，确保系统的可靠性、稳定性及易维护性。操作人员仅需通过简单配置即可以实现对配电室内设备的统一监控与管理。

4）智能配电系统应具有强大的自检功能，能对软件数据库、动态库等进行全面的自检，从而帮助用户减少值班人员，提高电力设备的可靠性和配电室的管理水平。

5）采用开放式体系结构，提供开放式环境，保证系统整体性能稳定可靠，尤其要适合在状况比较复杂、对可靠性要求较高的环境中运行。

6）智能配电系统须具有进一步扩展功能的能力，可以很好地适应现代智能管控的需求，保证用户有效地开发和使用，并为今后的发展提供一个良好的环境。

2.2 系统设计内容

智能配电系统采用CSSmart Link系统，系统组成见图1。

图1 智能配电系统组成

系统采用分层结构，网络结构简洁清晰，便于安装、维护和扩充。主站层安装监控主机，网络层通过分布式的网关可根据现场情况灵活地与局域网网络相结合，在长距离通信时可借助光纤进行组网。通过现场总线和以太网技术相结合，实现现场设备数据的高速交换，并快速响应各种远程控制命令。同一网段中的客户机可通过浏览器访问配电监控服务器，同样实现远程监控功能。

配电运维主要由常熟开关制造有限公司的CW3、CM5Z智能断路器，CD3马达保护器等低压电气元件组成，并增加了各回路温度检测功能。CEPA3断路器监控装置安装于进线柜，以RS485总线与串口服务器连接，以Modbus RTU协议实现数据采集。采集各断路器状态显示断路器测量值，并可以对各回路智能断路器保护参数查询及调整，实现对智能低压断路器的遥测、遥信、遥调等功能。

通信管理机通过串口服务器采集各种传感器和智能断路器状态，通过移动物联卡用IEC104协议向i380v配电运维平台上传各回路状态及测量值。通信管理机与断路器之间采用Modbus 03命令协议通信，不支持遥控、遥调等功能。i380v配电运维平台基于阿里云平台搭建，拥有ISO 27001信息安全管理系统认证、信息系统安全等级保护三级认证（以下简称“等保三级”）备案证明，以及12项综合能源及配售电领域的软件著作权。其中，等保三级是中国最权威的信息产品安全等级资格认证，是国家对非银行机构的最高级认证，属于“监管级别”。

CSSmart Link系统通过远程集中监控模式大大减少了值班人力，实现了配电监控、能耗管理、故障报警、事件记录、谐波分析、故障录波、报表打印、网页远程浏览等多种功能。现场设备的工作状态、电力参数、历史记录、远程操作等均可轻松浏览。CS Smart Link系统还支持各种智能配电设备，除本公司的智能化配电产品外，还包括第三方厂家的通用设备（如综保、变压器控制器、电容补偿控制器等）。

配电室综合监控系统实时监测配电室内各设备运行参数，提供高度稳定可靠的监控信息资源。系统软/硬件均采用模块化设计，监测中心可以根据系统运行情况，在系统出现故障时，第一时间发出故障警报，为维护工作人员提供信号以便及时处理。

此次设计在配电房内部新增了配电房视频监控系统、温湿度控制系统、防水浸系统、防烟雾火灾系统等，实现对整个配电房环境监控。

1）视频监控系统。视频监控采用数字监控系统，配置安防摄像头，配电房门口安装1台枪型摄像机，监控进出配电房人员情况。在配电柜前后墙设置云台球型摄像机，对配电柜进行监控。摄像机安装高度均为2.5 m。

2）温度控制系统。系统采用无源无线测温产品，该产品由主机（或收发器）和传感器两部分组成，主要应用在低压开关柜内母排搭接点，断路器触头、电缆接头、大电流设备等电气连接点和其他易过热点等位置的温度检测上，并把测量结果通过网络上传到监控中心服务器。通过软件分析，对过高的温度发出告警，实现温度故障的早期预测，防患于未然。

3）防水浸系统。在配电房电缆沟进线处设置水浸传感器监测配电房或电缆沟浸水状态。水浸传感器探针设置在墙壁上距地面1.5 m处，检测器装设在距离地面1 m以上的位置。通过监测关键地点的水位和传感控制，实现排水系统或水泵的自动或远程控制。

4）防烟雾火灾系统。配电房选用的烟雾探测器为离子型烟雾探测设备，每排配电柜运行设备上部署2个烟感探测器，吸顶安装，主要用于监测配电房内消防状态。当探测设备采集到火灾自动报警信号时，智能监测主机会把信号上传至系统监控软件，并联动视频系统进行录像。

该系统极大地节省了配电室的综合监控运行管理费用，能够达到短期投资长期受益的目的；同时也提高了监测环境管理工作效率并提供安全舒适的工作环境[2]。

2.3 系统实现的功能

智能配电系统主要实现的功能如下：1）实时动态显示配电系统一次系统图，以便于操作人员整体把控配电系统运行状况；2）实时监测系统中各设备电压、电流、功率、电能等电力参数；3）实时显示开关设备的通信状态、运行状态等状态量参数；4）设备故障时，能显示和记录故障原因、故障时间、故障电流、设备编号等故障信息，并通过声光报警和短信息的形式通知当值人员；5）对具有电动操作机构的断路器进行远程合分闸操作；6）将故障信息记录在数据库内，并提供故障信息查询功能；7）将重要出线回路的电能数据生成电能报表，并可根据用户需要根据时间区间进行查询；8）对重要出线回路的用电功率进行采集记录，以日期为单位生成回路运行功率曲线，并提供查询比对功能，对异常用电情况分析提供数据支持；9）具备遥视功能，根据现场监控需要安装和组建视频采集网络并与配电监控系统进行集成，可对现场情况进行实时监控与视频记录。

3 智能配电系统使用效果

1）降低成本，提高经济效益。以往某个区域发生故障停电，运维人员在处理复电时需要人工查阅多张蓝图，工作量大，耗时长。采用了该系统后，运维人员仅需在控制室甚至在办公电脑的显示屏上查看自动生成的低压线路电气拓扑图即可，极大地降低了人工消耗。同时，采用智能配电房系统可以做到“不坏不修”，对故障实现了从被动接受向主动监测、提前预警的转变，运维更安全和高效，实时监控少人值守，故障可查且有据可依，从而降低成本，杜绝过大的资源消耗。

2）提效增质，优化管理效益。智能配电房系统通过采集配电房的温度、湿度等参数并进行处理，将配电房内各项技术指标控制在合格范围内。系统能主动分析站点情况，预判设备故障，同时发出警报；支持手机、电脑端在线运维，无需人员现场实时检查、值守，十分方便。采用该智能配电系统后，配电房运行稳定可靠，降低了环境、电力、人为等因素的干扰，减少了故障，电力传输更加稳定。该系统实现了资产和运维管理的数字化、规范化、精细化，实现了对设备的全寿命周期管理，提高了供电可靠性。

4 结论

智能配电系统对各种用电设备的历史数据进行管理分析，整个系统既保证了现场设备的安全运行，具有较高的系统可靠性，又提高了配电柜配电质量和管理水平。目前，利用配电室智能运维系统打造无人值守配电室的技术越来越成熟，金川集团下一步拟借助前期工作所积累的经验，对集团内重要负荷配电房进行全面的智能化改造，并将研究成果应用到未来智能配电房建设当中，以期进一步提升配电网的智能化水平。