浅析10kV配电室在线监控改造技术方案

摘要：目前，我国经济高速发展，社会在不断进步，国家加大了农村低压配电网络改造升级投入，低压配电网供电可靠性及供电质量得到明显提升，但低压配电网络自动化运维水平及农村电网用电安全尚处于较低水平。低压配电变压器、配电台区和配电室数量多，且分布范围广，漏电、过负荷跳闸事故频发，降低了配电网运维水平。本文基于无线通信技术及云端服务平台，实现了对现有10kV配电室的远程自动化监控系统改造。

关键词：配电室；在线监测器；方案

0引言

随着社会的进步和人民生活质量的提高，对供电质量和供电可靠性有了更高的要求，但用电端的环网柜及配电室较为分散，数量多、距离远，没有实时监测手段，一旦发生故障，只能断电后抢修，严重影响用电可靠性。另外，大部分用户配电室的运行管理目前主要依靠人工定期进行现场检测和记录，这种工作方式工作量大、数据多、检测记录时间较长，而且准确性得不到保证，运行成本也大大增加。为此，采用一种针对环网柜及配电设备具有实时监测功能的应用系统——基于公有云的用户侧配电网智能监控系统，通过实时监测保证用电可靠性。

1概述

起于20世纪60年代的电力系统自动监控技术随着微电子、电力电子、抗干扰等新技术的迅速发展，特别是计算机和网络通讯技术的成熟得到了发展。将设备正常及事故情况下的监测、保护、控制、电力计量等融合在一起，达到高层次、高透明度的良好管理，已成为一种必然趋势和发展方向。

210kV配电室远程在线监控改造技术方案与施工

2.1低压柜监测设备

为了采集低压柜电压、电流、温度数据与开关位置遥测、遥信信息，每面低压柜加装一台低压监控设备，包含测量传感器与数据处理通信模块。测量传感器实时采集低压柜的电压、电流和温度数值，通过有源遥信方式采集开关位置的遥测、遥信数据；经由数据处理通信模块上发至通信管理终端，完成采样数据传输。

2.2通信单元

配电室中采集子节点需要与监控主机进行通信，监控主机需要与在上位机系统进行通信。在采集子节点与监控主机的通信中，采用ZigBee无线通讯方式，使用CC2430通讯模块。该产品是TI公司（德州仪器）生产的一款专用于IEEE802.15.4和Zigbee协议通信的模块。该模块具有3种休眠模式,从休眠模式转换到正常模式仅需54us，特别适合要求电池长期供电的应用场合。监控主机与上位机系统通信方式主要参考配电室中的集中器的通信方式，一般地上配电室，集中器采用4G方式进行通信，而在地下配电室中，采用宽带网络进行通信。因此对于地上的配电室，监控主机也通过增加4G通信模块并安装有流量的电话卡实现与上位机系统的通信；对于地下的配电室，则借用配电室中集中器的网络与上位机系统进行通信。

2.3监控软件系统

系统实现集中监视、测量、控制和管理，事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数的查询、操作指导等。实现数据采集与处理、操作控制、人机联系、单耗管理、故障追忆及分析、运行报表及负荷曲线自动生成、报警处理和历史事件查询等功能。画面中都设置了帮助按钮，点击帮助按钮，弹出对整个画面的说明及在值班过程中针对每一配电室应注意的事项。1）遥信、遥测、遥控功能，保障设备安全运行系统实现远程控制功能，设备启停有启动和停机运行提示信息、设备运行标志、现场设备运行指示三重保护，确保安全可靠。实现了配电设备自诊断功能，包括开机自检、关机自检；系统采集到的遥测、遥信信息可作为运行分析、事故追忆的依据；控制操作具有操作权限和安全管理功能，实现网络化管理权限分层制的管理机制，系统自动校验操作者的操作权限及口令，自动分配操作者的操作范围，责任明确；提供远程集中管理，提升IT运维效率。2）“视频墙”实时监测、直观观测现场。系统采用“视频墙”实时显示各配电室运行信息，实时监测运行状况；发生故障时，可及时调度人员进行处理，避免由于故障延时而引发设备事故。3）梯度预警，自动化报警系统设置梯度报警，分为低报警、高报警、低低报警和高高报警。低报警或高报警提示时，起到了提醒值班员注意的作用；低低报警发生时，要求值班人员按照预案采取相应措施，否则将影响生产；高高报警发生时，要求值班员立即采取措施，否则将自动分闸。4）持续语音播报，人工手动消除系统报警方式为持续语音播报和大屏幕及视频文字显示，警示操作人员快速、准确找到故障原因，安排人员处理，及时解除故障；系统要求由值班人员手动确认才能取消语音。

2.4数据传输端

采用自主研发的DTU（数据传输单元）与云服务器进行通信。DTU工作是基于移动/联通GPRS（通用分组无线业务）信道进行传输，即移动/联通为每张SIM（用户识别模块）卡分配1个号码，通过GSM（全球移动通信系统）加密技术拦截第三方的网络。其次，DTU传输原理采用ModbusRTU协议，服务器请求1次数据后，DTU工作1次，只能实现单向数据传输。

2.5自主开发数据远程传输装置

系统中采用的数据远程采集传输装置由石家庄公司自主开发，装置支持多种工业协议，具有对下位机的数据采集、暂存、分析、上传功能，同时对下位机通讯进行实时在线分析，设定通讯策略，对通讯超时进行3次通讯尝试，如果仍然通讯超时形成通讯报警。该装置还可以根据设备点检，定制设备的点检计划，对没有点检的设备进行强制点检，没有点检不允许设备运行，另根据用户需求可开发多种形式的运行策略。

2.6施工方案

施工采用不停电作业形式，总施工周期为2天。（1）高、低压开关柜改造施工1）低压柜施工。每个低压柜加装一个采集模块，开关位置采集直接接入低压断路器开关位置辅助触头；电压数据直接由断路器出线铜排处测量；电流信号由开口互感器测量，并进行功率计算；温度采样探头直接安装于刀开关出线铜排处；2）高压柜施工。高压柜施工与低压柜类似，每个高压柜安装一个采集模块，开关位置采集直接接入高压断路器开关位置辅助触头；电压数据直接由断路器出线铜排处测量；电流信号由开口互感器测量。（2）通信机柜安装施工通信管理单元安装于通信机柜内，采用4G无线通信与就地WiFi通信方式，天线放置于低压柜体外侧，长度为5m。每个低（高）压柜数据采集模块与通信管理单元间通过RS485总线连线，通信线选用2×0.75mm2屏蔽线，屏蔽现场电磁环境带来的干扰。每台低（高）压柜及通信机柜之间布置柜体出线孔及电缆沟，由抽屉后端出线孔布线，通信电缆不宜过长，且尽量与电源电缆分开，以避免不必要的信号干扰。

3安科瑞配电室环境监控系统

3.1概述

配电室综合监控系统包括智能监控系统屏、通讯管理机、UPS电源、视频监控子系统（云台球机、枪机）、环境监测子系统（温度、湿度、水浸、烟感）、控制子系统（灯光、空调、除湿机、风机、水泵）、门禁监控子系统（读卡器、开门按钮、磁力锁）、安防监控子系统（双鉴检测器）。

3.2应用场所

适用于轨道交通，工业，建筑，学校，商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。

3.3系统结构

3.4系统功能

3.4.1实时监测

能够显示配电室设备的运行状态，实时监测配电室环境参数信息，实时显示有关故障、告警等信息。

3.4.2数据查询

在人机界面中，可以直接查看配电室中各个设备的运行数据。

3.4.3曲线查询

可以直接查看各电参量曲线。

3.4.4运行报表

查询配电室内设备的运行数据报表。

3.4.5实时告警

具有实时告警功能，系统能够对配电室温度、湿度、有害气体、设备故障或通信故障等事件发出告警。

3.4.6历史事件查询

能够对产生的所有事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析。 

3.4.7用户权限管理

设置了用户权限管理功能，可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。

3.4.8网络拓扑图

支持实时监视并诊断各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构。

3.4.9遥控功能

可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

3.5系统硬件配置

4结语

通过此次技术改造，实现了10kV配电室的远程在线监控，进入无人值守运维阶段。不仅实现了电压、电流信号的远程在线监控，同时可监测低压断路器出线温度，以及配电室的温湿度状态信息。视频影像信息可辅助还原事故现场，排查故障原因。非法入侵报警系统可有效避免意外事故的发生。

参考文献

1. 王君明.电力工程安装的相关安全技术措施分析[J].科技创新导报,2017(34).

2. 岳玉山.10kV配电室远程在线监控改造技术方案.

3. 企业微电网设计与应用手册2022.05版.