基于智能巡檢的配網(wǎng)狀態(tài)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

劉姣紅　王志勇

摘 要：為提供配電站室的巡檢效率，提高站室環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)信息的掌控能力，文章提出了依托配電自動(dòng)化系統(tǒng)搭建配網(wǎng)運(yùn)維管理平臺(tái)，在站控層基于智能傳感技術(shù)、嵌入式處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控、在線監(jiān)測(cè)、自我診斷、狀態(tài)預(yù)警等智能化功能，達(dá)到降低配網(wǎng)運(yùn)維和改造成本，提前發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，大幅提高供電安全及可靠性。文章主要介紹了系統(tǒng)架構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)方式，對(duì)配電站室的移動(dòng)運(yùn)維管理提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：配電自動(dòng)化；智能巡檢；狀態(tài)管理；運(yùn)維

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）36-0001-04

前言

目前，電力公司缺乏配電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，傳統(tǒng)配電設(shè)備的健康狀態(tài)及運(yùn)行環(huán)境主要以定期巡視和計(jì)劃檢修預(yù)試等離線測(cè)試方式進(jìn)行，無法實(shí)時(shí)獲取設(shè)備和環(huán)境的狀態(tài)信息。隨著配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的深入，對(duì)于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的定位也由傳統(tǒng)的調(diào)控應(yīng)用拓展為配網(wǎng)調(diào)控和配電設(shè)備管控雙方面，對(duì)于配電設(shè)備管控方面，主要滿足新技術(shù)推廣應(yīng)用的現(xiàn)狀及智能配電網(wǎng)安全運(yùn)行的要求，提升配電設(shè)備狀態(tài)管控能力，提高配電運(yùn)維效率?；谥悄苎矙z的配網(wǎng)狀態(tài)管理系統(tǒng)的研究與實(shí)踐，主要通過配網(wǎng)運(yùn)維管控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)開閉站的綜合狀態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與智能分析的功能。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于智能巡檢的配網(wǎng)狀態(tài)管理包括對(duì)配電網(wǎng)綜合環(huán)境和配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)預(yù)警、異常告警以及智能互動(dòng)，系統(tǒng)的整體架構(gòu)由系統(tǒng)層、主控層和感知層三層架構(gòu)組成。其中，配網(wǎng)運(yùn)維管控平臺(tái)為系統(tǒng)層，實(shí)時(shí)調(diào)取和展示由信息數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)收集并處理的配網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)整體運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、危險(xiǎn)預(yù)警和異常告警。主控層由智能主控終端構(gòu)成，負(fù)責(zé)對(duì)配電網(wǎng)環(huán)境及設(shè)備狀態(tài)信息處理、分析，并且實(shí)現(xiàn)傳感設(shè)備、控制器之間的智能互聯(lián)。感知層由配電網(wǎng)設(shè)備及環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器組成，負(fù)責(zé)配電網(wǎng)狀態(tài)信息采集并且通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議傳輸給智能主控終端。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)

智能化配電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)貫穿于系統(tǒng)感知層、主控層和系統(tǒng)層，主控層至系統(tǒng)層采用EPON或工業(yè)以太網(wǎng)光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，主控層與感知層之間的通信充分采用短距離無線、電力載波、TCP/IP協(xié)議、RS485/MODBUS等通信方式，減少二次復(fù)雜接線，提高通信組網(wǎng)效率。

2.1 感知層通訊方式

感知層的傳感器設(shè)備依據(jù)監(jiān)測(cè)的功能分為五類，分別為站室環(huán)境監(jiān)控類傳感器、電纜及通道監(jiān)控類傳感器、10kV設(shè)備監(jiān)控類傳感器、直流電壓屏監(jiān)控類傳感器、0.4kV設(shè)備監(jiān)控類傳感器，各類型的傳感器采用適合站室改造和安裝施工要求的通信方式，實(shí)現(xiàn)與智能主控終端的通訊。

（1）站室環(huán)境監(jiān)控類通訊方式

站室環(huán)境監(jiān)控類信息接入智能主控終端的站室環(huán)境組件，其中站室溫度、站室濕度、SF6/O2煙感、門禁、門禁控制等可采用RS485總線方式；水浸、煙感、火災(zāi)告警控制等可直接接入開關(guān)量；視頻可采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接入。通信方式如圖2所示。

（2）電纜及通道監(jiān)控類通訊方式

電纜及通道監(jiān)控類信息可由各類傳感器采集，通過電力載波的方式上送至電纜及通道信息采集器，采集器進(jìn)行信息解碼后，通過RS485總線方式上送至智能主控終端電纜及通道組件。通信方式如圖3所示。

（3）10kV設(shè)備監(jiān)控類通訊方式

電纜頭、母線溫度由無源溫度傳感器采集，通過433MHz無線通信實(shí)現(xiàn)傳感器與無線集中器的通信，無線集中器通過RS485總線方式實(shí)現(xiàn)與智能主控終端中的10kV設(shè)備組件信息通訊；開關(guān)特性和開關(guān)局放的裝置均采用RS485總線方式實(shí)現(xiàn)與智能主控終端中的10kV設(shè)備組件信息通訊。通信方式如圖4所示。

（4）0.4kV設(shè)備監(jiān)控類通訊方式

低壓電纜頭、分支箱電壓、電流、母線溫度由無源溫度傳感器采集，通過433MHz無線通信實(shí)現(xiàn)傳感器與無線集中器的通信；低壓開關(guān)柜電壓、電流、開關(guān)位置由三相多功能儀表采集，無線集中器、三相多功能儀表、干變智能溫控器、風(fēng)機(jī)控制器等設(shè)備均通過采用RS485總線方式實(shí)現(xiàn)與智能主控終端中的10kV設(shè)備組件信息通訊，通信方式如圖5所示。

（5）直流電源屏監(jiān)控通訊方式

直流電源屏的直流母線電壓、蓄電池電壓、充電電流的測(cè)量是通過智能主控終端采用RS485總線或MODBUS協(xié)議從直流綜測(cè)儀中直接讀取。

2.2 主控層終端通訊方式

（1）主控層與過程層通訊交互

過程層傳感類設(shè)備分為五類接入智能主控終端對(duì)應(yīng)組件中，智能主控終端每塊組件有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)和串口，并且直接MODBUS、DL/T 645、CDT、IEC-60870-101/104等多種協(xié)議。

（2）主控層與系統(tǒng)層通訊交互

智能主控終端通過光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與主站數(shù)據(jù)的交互，通信規(guī)約采用104規(guī)約。智能主控終端將傳感器匯集傳感器數(shù)據(jù)后，進(jìn)行處理、分析，然后將結(jié)果數(shù)據(jù)通過IEC104規(guī)約上傳至配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站前置，再由配電自動(dòng)化系統(tǒng)的配網(wǎng)運(yùn)維管控模塊處理。智能主控終端與主站數(shù)據(jù)交互內(nèi)容包括時(shí)鐘對(duì)時(shí)、遙測(cè)、告警遙信等，以文件形式交互開關(guān)特性、局放錄波數(shù)據(jù)等，支持事件主動(dòng)上送和主站召喚時(shí)上送。

3 智能主控終端架構(gòu)及功能

3.1 智能主控終端架構(gòu)

智能主控終端硬件可采用高性能的32位MPU數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，具備可靠性高、集成度高、實(shí)時(shí)性好、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)；結(jié)構(gòu)上采用模塊化設(shè)計(jì)理念，可擴(kuò)展，維護(hù)方便。

智能主控終端由六大類組件組成，分別為站室環(huán)境組件、電纜及通道組件、10kV設(shè)備組件、0.4kV設(shè)備組件、直流屏組件和核心單元組件。核心單元組件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理、分析、儲(chǔ)存、與主站數(shù)據(jù)傳輸并且實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)動(dòng)功能；傳感器接入類組件具有豐富的接口，支持多種通信規(guī)約，滿足各類傳感器裝置的直接接入。具體的功能軟件架構(gòu)如圖6所示。endprint

（1）通訊處理功能

通訊處理功能包括主站互動(dòng)模塊和傳感器信息交互模塊，其中主站互動(dòng)模塊負(fù)責(zé)智能主控終端與主站的信息交互，實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)傳和遙控功能。傳感器信息交互模塊負(fù)責(zé)智能主控終端與傳感器、主站之間的通信規(guī)約實(shí)現(xiàn)。通訊規(guī)約包含支持多種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，包含DL/T 645、CDT、IEC-60870-101/104等。

（2）數(shù)據(jù)分析、處理功能

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，對(duì)接近閥值和超越閥值的檢測(cè)量進(jìn)行預(yù)警和告警并且實(shí)現(xiàn)與風(fēng)機(jī)控制器、攝像頭、水泵的智能聯(lián)動(dòng)。

（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能

對(duì)相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)、及文件數(shù)據(jù)進(jìn)行本地存儲(chǔ)。

3.2 智能主控終端主要功能

（1）通信功能

具備RS485、RS232、RJ45等種類豐富的接口，通訊規(guī)約支持多種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，包含DL/T 645、CDT、IEC-60870-101/104。

（2）告警功能

智能主控終端根據(jù)信息類別進(jìn)行分析，并且異常時(shí)分類告警，告警信號(hào)如表1所示。

表1 告警信號(hào)分類表

（3）智能聯(lián)動(dòng)功能

智能主控終端根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)分析以及告警信息實(shí)現(xiàn)與視頻、風(fēng)機(jī)控制器、水泵控制器之間的智能聯(lián)動(dòng)，智能互動(dòng)功能分類如表2所示。

表2 智能互動(dòng)功能分類表

（4）門禁管理

門禁二維碼信息的讀取和識(shí)別，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維人員進(jìn)入配電站室的工作許可管理，防止和報(bào)警無關(guān)人員的非許可進(jìn)入，加強(qiáng)配電站室的安全管控。

（5）數(shù)據(jù)本地記錄功能

具備動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)本地可靠存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)循環(huán)存儲(chǔ)，滿足裝置（服務(wù)器）停電數(shù)據(jù)不丟失、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過程只循環(huán)改寫不支持外部改寫及刪除功能。

4 配網(wǎng)運(yùn)維管理系統(tǒng)組成及功能

4.1 配網(wǎng)運(yùn)維管理系統(tǒng)組成

配網(wǎng)運(yùn)維管理平臺(tái)分別由三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，分別為配網(wǎng)運(yùn)維管理系統(tǒng)、信息數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)和移動(dòng)作業(yè)指揮平臺(tái)（移動(dòng)作業(yè)APP）（如圖7）。

配網(wǎng)運(yùn)維管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)配網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與異常告警信號(hào)的統(tǒng)計(jì)展示，所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與信號(hào)由信息數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)進(jìn)行上傳。配網(wǎng)運(yùn)維管理系統(tǒng)同時(shí)聯(lián)動(dòng)移動(dòng)作業(yè)指揮平臺(tái)，可對(duì)運(yùn)維人員進(jìn)行工作指派及下發(fā)。信息數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)為后臺(tái)數(shù)據(jù)平臺(tái)。該平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)所有配網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，將實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)上傳至配網(wǎng)運(yùn)維管理系統(tǒng)；該系統(tǒng)可存儲(chǔ)站內(nèi)主控系統(tǒng)上傳的各類傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)業(yè)務(wù)要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、計(jì)算分析，如計(jì)算出站室的溫度、濕度已超出規(guī)定范圍的數(shù)據(jù)。移動(dòng)作業(yè)指揮平臺(tái)負(fù)責(zé)接收配網(wǎng)運(yùn)維管理系統(tǒng)的工作任務(wù)管理，對(duì)運(yùn)維人員進(jìn)行工作計(jì)劃和工作內(nèi)容的派送。

4.2 配網(wǎng)運(yùn)維管理系統(tǒng)功能

4.2.1 站端狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視

（1）基于地理背景的站端監(jiān)視?；诘乩肀尘盎A(chǔ)上的站端監(jiān)視，實(shí)時(shí)監(jiān)視全部站端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過畫面、音響等多種報(bào)警手段，提供站端設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)異常信息的實(shí)時(shí)告警；為檢修人員進(jìn)行快速地理位置定位，預(yù)判站端設(shè)備故障及異常處理方法，提高檢修人員的響應(yīng)能力及決策能力。（2）設(shè)備監(jiān)測(cè)。通過采集配電室高低壓設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電室設(shè)備電壓、電流、電量、開關(guān)位置、變壓器負(fù)荷、功率因數(shù)等信息實(shí)時(shí)監(jiān)視。（3）狀態(tài)監(jiān)視。通過對(duì)配電室高低壓設(shè)備電壓、電流、電量、開關(guān)位置、變壓器負(fù)荷、功率因數(shù)等信息實(shí)時(shí)監(jiān)視，對(duì)配電室高低壓設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，包括設(shè)備狀態(tài)信息變化及異常信息告警提示等。

4.2.2 配電站室門禁和視頻管理

（1）門禁監(jiān)視。采用基于二維碼識(shí)別的門禁系統(tǒng)對(duì)配電站室人員進(jìn)出情況進(jìn)行管理，并輔以視頻監(jiān)控對(duì)人員進(jìn)出實(shí)現(xiàn)二次監(jiān)測(cè)，確保站室的安全運(yùn)行。配網(wǎng)運(yùn)維管控平臺(tái)及站內(nèi)主控終端對(duì)每一次門禁開閉形成記錄，保證配電站室進(jìn)出人員情況有據(jù)可查。（2）視頻監(jiān)視。通過攝像頭或與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)站室場(chǎng)地、設(shè)備實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視。輔助門禁監(jiān)視對(duì)人員進(jìn)出實(shí)現(xiàn)二次監(jiān)測(cè)。

4.2.3 智能告警分析

智能告警分析實(shí)現(xiàn)告警信息在線綜合處理、顯示與推理，支持匯集和處理各類告警信息，對(duì)大量告警信息進(jìn)行分類管理和綜合/壓縮，采用形象直觀的方式提供全面綜合的告警提示，以及具備入侵告警等防護(hù)功能。出現(xiàn)異常，系統(tǒng)支持在列表內(nèi)進(jìn)行拓?fù)渲?、閃爍，以提醒工作人員主動(dòng)檢修。

4.2.4 設(shè)備臺(tái)賬管理

（1）自定義設(shè)備臺(tái)帳管理。根據(jù)實(shí)際需求，自定義設(shè)計(jì)設(shè)備臺(tái)帳結(jié)構(gòu)，支持設(shè)備臺(tái)賬自維護(hù)。（2）支持設(shè)備臺(tái)帳導(dǎo)入。支持與其他已有系統(tǒng)交互導(dǎo)入設(shè)備臺(tái)賬，例如PMS、GIS、配電自動(dòng)化系統(tǒng)等。（3）設(shè)備臺(tái)帳查詢統(tǒng)計(jì)。根據(jù)設(shè)備臺(tái)帳字段值組合成查詢條件，最后根據(jù)組合條件查詢?cè)O(shè)備。（4）巡視人員臺(tái)賬信息。支持巡視人員信息的臺(tái)賬導(dǎo)入與錄入，支撐巡視人員進(jìn)入門禁系統(tǒng)的安全登記。

4.2.5 信息交互

按照電力行業(yè)統(tǒng)一信息標(biāo)準(zhǔn)，與PMS2.0系統(tǒng)、用電信息采集等應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息集成和業(yè)務(wù)應(yīng)用必須依據(jù)“源端唯一、全局共享”原則，“配網(wǎng)運(yùn)維管控平臺(tái)”功能實(shí)現(xiàn)所需基礎(chǔ)、圖形、模型、電子地圖數(shù)據(jù)，通過“數(shù)據(jù)中心”進(jìn)行信息交互實(shí)現(xiàn)；圖形宜采用SVG、CIM-G格，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互應(yīng)采用CIM-E格式，模型交互應(yīng)采用IEC61970/61968標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.6 移動(dòng)作業(yè)終端應(yīng)用APP

通過基于無線公網(wǎng)通信的智能巡檢儀（PDA移動(dòng)終端）應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)巡視人員與指揮中心互動(dòng)應(yīng)用。通過巡視作業(yè)終端應(yīng)用APP，實(shí)現(xiàn)巡視工單處理、處缺的工單處理等移動(dòng)作業(yè)應(yīng)用，支持檢修人員PDA接收巡視工單，工單查詢，工單填報(bào)等功能，實(shí)現(xiàn)代維作業(yè)電子化、規(guī)范化管理。

5 結(jié)束語

基于智能巡檢的配網(wǎng)狀態(tài)管理系統(tǒng)，旨在充分利用智能感知，移動(dòng)互聯(lián)等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)配電站室環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)信息的在線獲取，風(fēng)險(xiǎn)分析和精準(zhǔn)巡檢，降低因配電站室大量投運(yùn)需要增加的運(yùn)維人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。本文提出了充分利用智能傳感器技術(shù)、結(jié)合配電站室實(shí)際情況提出了短距離無線、RS485總線等多種通信互聯(lián)方式，實(shí)現(xiàn)智能感知和運(yùn)維管理之間的數(shù)據(jù)通信，通過配電運(yùn)維管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控、在線監(jiān)測(cè)、自我診斷、狀態(tài)預(yù)警等智能化功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的異常、缺陷和其他安全隱患，結(jié)合移動(dòng)作業(yè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)配電運(yùn)行管理工作的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化，保證設(shè)備和電網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

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