淺談物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)構(gòu)建方案

安科瑞 陳聰

關(guān)鍵詞：高速公路；智慧供配電；電力監(jiān)控；配電室智能運(yùn)維托管；安全隱患

0、引言

隨著高速公路事業(yè)的不斷發(fā)展和路網(wǎng)的不斷延伸，傳統(tǒng)的管理方式已難以滿足日益增長的需求，動(dòng)態(tài)管理和安全隱患預(yù)警成為安全監(jiān)管中的兩大難題。為此，采用智慧配電室系統(tǒng)對配電房變電站內(nèi)供配電設(shè)備進(jìn)行信息化管理，可提高供配電系統(tǒng)的運(yùn)行管理信息化、自動(dòng)化水平，方便管理人員操作，提高安全保障。

福建省高速公路集團(tuán)有限公司漳州管理分公司（以下簡稱“漳州分公司”）立足實(shí)際，利用現(xiàn)有機(jī)電系統(tǒng)資源，構(gòu)建了一套“物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)"取得了良好的效果。

1、背景需求

目前，高速公路存在配電設(shè)備分布廣，配電室位置距離機(jī)電維護(hù)中心較遠(yuǎn)，現(xiàn)場無法做到實(shí)時(shí)值守，設(shè)備故障響應(yīng)慢，檢修及監(jiān)測數(shù)據(jù)無法有效完整存檔，安全隱患及信息數(shù)據(jù)無法實(shí)時(shí)傳輸?shù)葐栴}。特別現(xiàn)有的配電室運(yùn)維，仍然采用傳統(tǒng)的管理方式，人員巡視、手工記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)，長期統(tǒng)計(jì)及分析，無法進(jìn)行深化管理。

同時(shí)，缺乏專業(yè)的電力運(yùn)維人員，如果一旦發(fā)生故障將導(dǎo)致供電中斷，并且在短時(shí)間內(nèi)無法恢復(fù)正常，造成無法預(yù)料的財(cái)產(chǎn)損失甚至安全事件發(fā)生，后果不堪設(shè)想。

此外，由于運(yùn)行的變壓器有防護(hù)外殼相對封閉，且地方狹窄散熱有限，它的負(fù)荷情況、運(yùn)行聲響等都不易觀察，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

隨著電力自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，企業(yè)能源管理等理念被認(rèn)可，管理模式由“大而全”的粗?jǐn)U模式轉(zhuǎn)向更專業(yè)、更精細(xì)化的管理。為此，漳州分公司對“一站式、全托管”物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)構(gòu)建進(jìn)行初步研究，通過“配電室智能運(yùn)維服務(wù)平臺(tái)”對配電房設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及用電負(fù)荷情況進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)集中監(jiān)控，改變了傳統(tǒng)有人值守的電力運(yùn)維方式。通過該系統(tǒng)的構(gòu)建，不但可以降低企業(yè)用電成本，提升電力設(shè)備的管理水平，保障用電可靠性，還可以提升用戶電力設(shè)備的運(yùn)維管理水平，實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控的自動(dòng)化、集中化和智能化管理，及配電網(wǎng)設(shè)備全生命周期管理，將被動(dòng)搶修轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)全程監(jiān)控的先進(jìn)管理模式。

2、平臺(tái)架構(gòu)

“配電室智能運(yùn)維托管服務(wù)平臺(tái)”，通過一體化運(yùn)維平臺(tái)改變傳統(tǒng)有人值守的電力運(yùn)維方式，降低企業(yè)用電成本，提高設(shè)備維護(hù)水平，保障用電可靠性，滿足配電室監(jiān)控要求及無人值守需求。實(shí)現(xiàn)了配電室24小時(shí)線上平臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測及分析，事件觸發(fā)提醒報(bào)警推送WEB端及手機(jī)端。

“配電室智能運(yùn)維托管服務(wù)平臺(tái)”采用分布式和模塊化架構(gòu)，配電室監(jiān)控系統(tǒng)分層分布式結(jié)構(gòu)，即設(shè)備層、傳輸層、應(yīng)用層，如圖1所示。

1.設(shè)備層

設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能監(jiān)測終端和通訊網(wǎng)關(guān)設(shè)備組成。這些監(jiān)測設(shè)備將電氣量數(shù)據(jù)通過采集總線（RS-485通信總線、LORA/WIFI無線通信等）傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)傳輸層，網(wǎng)絡(luò)傳輸層對智能儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后，直接經(jīng)由傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳到數(shù)據(jù)中心，不經(jīng)由中間設(shè)備，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。主要是對以下設(shè)備進(jìn)行采集。

（1）低壓配電柜。在不停電的情況下，對原有低壓配電柜每個(gè)回路加裝智能終端采集裝置，監(jiān)測每一回路的電流電壓等電量參數(shù)。主要在系統(tǒng)平臺(tái)上顯示每個(gè)回路的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)回路負(fù)載越限告警，并可調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，展示運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線圖，生成數(shù)據(jù)報(bào)等。

（2）10kV高壓柜。在不停電的情況下，對環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)、出線回路加裝智能終端采集裝置，監(jiān)測高壓環(huán)網(wǎng)柜的三相電壓、三相電流、頻率、功率因數(shù)、功率、電能等遙測數(shù)據(jù)。

（3）變壓器。利用原有變壓器自帶的溫控儀，通過485/WIFI轉(zhuǎn)換器傳輸數(shù)據(jù)，監(jiān)測變壓器運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警、越限告警等。

（4)UPS不間斷電源。通過智能數(shù)據(jù)接口開發(fā)，與UPS本地監(jiān)控裝置直接實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，采集UPS監(jiān)控裝置的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)平臺(tái)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測不間斷電源的輸出電壓、蓄電池電壓、蓄電池電流、蓄電池內(nèi)阻等工作參數(shù)數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)輸出過電壓、欠電壓、裝置失電、絕緣下降、系統(tǒng)接地故障報(bào)警等。

（5）柴油發(fā)電機(jī)。柴油發(fā)電機(jī)智能化采集可對柴油機(jī)發(fā)電控制柜的綜保進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。目前可對發(fā)電機(jī)電流、電壓、開關(guān)狀態(tài)、水箱狀態(tài)、油溫狀態(tài)、油壓狀態(tài)、轉(zhuǎn)速狀態(tài)、功率狀態(tài)、及其他電量參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，具體數(shù)據(jù)采集結(jié)果在現(xiàn)場確認(rèn)。

（6）隧道風(fēng)機(jī)。隧道通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)風(fēng)機(jī)軟啟動(dòng)柜中設(shè)置帶有DI/DO信號(hào)的電量參數(shù)采集智能表，并將風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等信號(hào)接入所設(shè)置的網(wǎng)關(guān)中，實(shí)現(xiàn)對每組風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、電量參數(shù)的監(jiān)測。

（7）視頻監(jiān)控。配電房使用監(jiān)控?cái)z像機(jī)進(jìn)行監(jiān)管，可減少人員的現(xiàn)場巡查頻次，達(dá)到實(shí)時(shí)巡視的等同效果。同時(shí)結(jié)合智能化系統(tǒng)平臺(tái)，對監(jiān)控區(qū)域及預(yù)警信息進(jìn)行復(fù)核，提前制定預(yù)案。

2.網(wǎng)絡(luò)傳輸層

網(wǎng)絡(luò)傳輸層主要包括智能網(wǎng)關(guān)等，通過專網(wǎng)通道將數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳及下達(dá)指令。

3.監(jiān)控應(yīng)用層

監(jiān)控應(yīng)用層采用了綜合能源信息服務(wù)有限公司開發(fā)的“配電室智能運(yùn)維托管服務(wù)平臺(tái)”，將配電室所有數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、電力運(yùn)行狀況的顯示、控制指令的下達(dá)均通過該部分完成。由路網(wǎng)中心對多個(gè)配電室實(shí)行遠(yuǎn)程、集中監(jiān)控，當(dāng)值班人員通過登陸WEB頁面或手機(jī)APP或微信小程序?qū)ε潆娛宜羞\(yùn)行的情況實(shí)時(shí)監(jiān)視。配電室實(shí)現(xiàn)了“無人值班”或“少人值班”，同時(shí)承擔(dān)了日常巡檢、清掃檢查、電氣預(yù)防性試驗(yàn)及設(shè)備改造、應(yīng)急搶修工作等。該平臺(tái)架構(gòu)合理，功能強(qiáng)大，協(xié)議開放，兼容性好，是一個(gè)集成度高、技術(shù)含量高、可靠性高的系統(tǒng)，既可以在PC上使用，也可以支持手機(jī)APP。

3、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

“物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)”與傳統(tǒng)管理方式相比具有如下優(yōu)勢。

1.云端服務(wù)部署

該平臺(tái)架構(gòu)采用公用云服務(wù)資源部署，用戶無需增加服務(wù)器及軟件相關(guān)投入，節(jié)約用戶硬件設(shè)備成本及相關(guān)設(shè)備維護(hù)成本，建立長效云端服務(wù)機(jī)制。

2.支持多種終端訪問

用戶通過IP瀏覽方式登錄云端系統(tǒng)，可采用PC、平板電腦、手機(jī)等移動(dòng)終端進(jìn)行訪問，下載或打印對應(yīng)數(shù)據(jù)報(bào)表或賬單報(bào)表，方便企業(yè)報(bào)表管理。

3.基于產(chǎn)品優(yōu)勢和成熟的工程技術(shù)

在終端自動(dòng)化改造過程中，基于不停電改造原則，全部采用無線通訊方式，大大縮短了部署周期，減少了改造過程中對用戶正常用電的影響。

4.兼容能力強(qiáng)

通過智能網(wǎng)關(guān)，接入不同廠家的智能監(jiān)控設(shè)備。

5.優(yōu)化用電效率

以電能計(jì)量監(jiān)測為基礎(chǔ),分為數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)通信層、中心管理層,對用電能耗進(jìn)行大數(shù)據(jù)的的長期跟蹤分析,為設(shè)備使用單位提供降低用電能耗的決策依據(jù)。針對不同企業(yè)和客戶,結(jié)合其不同的運(yùn)行管理需求制定不同的方案,監(jiān)管能源消耗，發(fā)現(xiàn)能源浪費(fèi)，減少能源成本。

6.智能云平臺(tái)管控

通過智能云平臺(tái)有效將巡檢設(shè)備、電網(wǎng)資源、人巡成果統(tǒng)一管控，避免人工巡檢存在的無法及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)隱患同時(shí)無法準(zhǔn)確判斷故障的短板，充分發(fā)揮云平臺(tái)大數(shù)據(jù)分析整合的優(yōu)勢

4、實(shí)施成效

通過“物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)”在漳州高速的具體應(yīng)用實(shí)踐，其在技術(shù)和管理上不斷做出調(diào)整和推陳出新，歷經(jīng)一年的測試、磨合，已具備了較好的穩(wěn)定性、可靠性互動(dòng)性和實(shí)用性等特點(diǎn)。在幾次重大設(shè)備故障處置過程中，該系統(tǒng)都扮演了重要角色。從長遠(yuǎn)來看，不僅有利于企業(yè)發(fā)展，還能帶來顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

1.動(dòng)態(tài)管理水平得到提升

該系統(tǒng)通過了專業(yè)的模型結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)整理分析、專業(yè)化運(yùn)維巡檢;通過了科學(xué)化、專業(yè)化管理，保障設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,延長了設(shè)備使用年限,減少設(shè)備投資;規(guī)范化進(jìn)行設(shè)備管理通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測，對電流電壓偏高或偏低、功率因數(shù)偏低、設(shè)備異常報(bào)警等現(xiàn)象及時(shí)采取技術(shù)手段,保證用電質(zhì)量。

2.設(shè)備安全運(yùn)行得到保障

通過實(shí)施“物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)”,實(shí)現(xiàn)低壓回路的數(shù)據(jù)采集工作,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并且消除設(shè)備安全隱患,有效防止設(shè)備處于不安全運(yùn)行狀態(tài);分析后臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，避免過負(fù)荷等情況發(fā)生,有效保障設(shè)備安全運(yùn)行。

3.經(jīng)濟(jì)效益顯著提高

通過“物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)”進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析,能了解設(shè)備運(yùn)行情況,及時(shí)采取技術(shù)手段，延長設(shè)備使用年限,減少設(shè)備投資;調(diào)整并平衡三相負(fù)荷,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減耗及經(jīng)濟(jì)效益顯著的目的。

5、安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

5.1概述

配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括智能監(jiān)控系統(tǒng)屏、通訊管理機(jī)、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（云臺(tái)球機(jī)、槍機(jī)）、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統(tǒng)（燈光、空調(diào)、除濕機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵）、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監(jiān)控子系統(tǒng)（雙鑒檢測器）。

5.2應(yīng)用場所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測

能夠顯示配電室設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警等信息。

5.4.2數(shù)據(jù)查詢

在人機(jī)界面中，可以直接查看配電室中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

5.4.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

5.4.4運(yùn)行報(bào)表

查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)表。

5.4.5實(shí)時(shí)告警

具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟?、濕度、有害氣體、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

5.4.6歷史事件查詢

能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。 

5.4.7用戶權(quán)限管理

設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

5.4.8網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

5.4.9遙控功能

可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6、結(jié)語

目前，“物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)”已處于應(yīng)用推廣階段,雖然在數(shù)據(jù)采集、平臺(tái)兼容性等方面仍有問題待解決，但隨著電力自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展和管理體制的不斷完善，這些問題都將迎刃而解。相關(guān)部門將繼續(xù)充分發(fā)揮高速公路的資源優(yōu)勢，對系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步完善，減少因突發(fā)事件造成的人民生命財(cái)產(chǎn)損失,提升高速公路管理水平,讓高速公路更好地服務(wù)于社會(huì)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳珠森.基于物聯(lián)網(wǎng)高速公路智慧配電室系統(tǒng)構(gòu)建.

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.5版