呂平，向珉江，趙嫄，馬強，曹貴明

（1.國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司，濟南250012；2.國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，濟南250021）

居民小區(qū)智能化配電室建設方案探討

呂平1，向珉江1，趙嫄2，馬強1，曹貴明1

（1.國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司，濟南250012；2.國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，濟南250021）

近年來居民小區(qū)配電室的數(shù)量增長快且設備情況較復雜，以致巡視效果不理想、缺陷和事故處理不及時，亟需建立一套智能化的配電室監(jiān)控系統(tǒng)。按照實用性、統(tǒng)一性、分層和模塊化設計等原則，提出了“三層八縱”的建設方案，即由遠方層、中間層和本地層組成層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建門禁、電氣量遙測、電氣量遙信、溫濕度監(jiān)測、視頻、遙控遙調(diào)、直流和繼電保護8個子系統(tǒng)。該方案層次結(jié)構(gòu)清楚、功能模塊化且易于擴展，具有較強的實用性。

配電網(wǎng)；智能化配電室；建設方案；功能子系統(tǒng)

0 引言

配電系統(tǒng)位于電力系統(tǒng)的末端，起到向用戶供應和分配電能的作用。由于我國配電系統(tǒng)起步晚，長期得不到重視，加之經(jīng)濟社會發(fā)展迅速，用電量急劇增加，配電系統(tǒng)已成為我國電力系統(tǒng)可靠運行最薄弱的環(huán)節(jié)。雖然近年來推廣實施的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)顯著提高了線路部分的可靠性，但配電室和變壓器的管理仍存在問題，尤其是居民小區(qū)配電室的運維管理存在諸多困難。

近年來小區(qū)配電室數(shù)量激增，與運維人員數(shù)量嚴重不對稱，導致巡視周期增長、巡視效果不理想；與柱上變壓器、箱式變壓器不同，小區(qū)配電室通常位于地下，且變電容量較大，一般由1個中心配電室和1～3個分配電室組成，總?cè)萘恳话阍? 000～12 000 kVA之間，停電影響范圍大，增加了運維難度；設備多且情況復雜，除配電變壓器外，還有中低壓進出線、中低壓開關柜、中低壓母線、并聯(lián)電容、直流、繼電保護等多種設備；故障處理、雙電源切換不及時，造成電梯困人、火災系統(tǒng)失電等情況時有發(fā)生，客戶投訴和安全形勢突出。

利用傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)實現(xiàn)對供配電系統(tǒng)的遠方監(jiān)控，已進行過諸多有益的探索。文獻［1-2］設計了配電變壓器監(jiān)控裝置TTU，實現(xiàn)對變壓器電壓電流信號的遙測，文獻［3－6］設計了對配電室溫濕度、煙霧、明火、水位等環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，文獻［7-8］設計了10 kV開關設備的SF6氣體量的監(jiān)測，文獻［9］開發(fā)了針對低壓設備檢測和控制的系

統(tǒng)，但這些系統(tǒng)大都單獨設計、相互獨立、各自為政。它們的通信方式采取現(xiàn)場總線［1，2，9］、GPRS／GSM［3-5］或VPN［6］中的一種，相互間也難以兼容。

提出一套“三層八縱”的小區(qū)配電室自動化系統(tǒng)建設方案，具備完整統(tǒng)一的功能，通信方式也可靈活地兼容多種通信方式。

1 基本思路

1.1 設計原則

實用性原則。根據(jù)配電網(wǎng)基礎薄弱、信息化水平較低、運維人員與配電室數(shù)量又嚴重不對稱等特點，智能化配電室的設計應立足當前實際，堅持實用為先的原則，從實際需求出發(fā)，以減少人工、降低維護費用、提高供電可靠性和供電質(zhì)量為目標。當實用性與先進性有沖突時，當前應堅持實用第一的原則。

統(tǒng)一性原則。雖然以往對配電室自動化運維也進行過諸多探索，如溫濕度遙測、負荷監(jiān)控等，但它們都相互獨立，沒有統(tǒng)一的信息平臺，使用不方便，且不便于對相關數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一分析。智能化配電室應堅持統(tǒng)一設計原則，做到接口多樣化、系統(tǒng)開放化、數(shù)據(jù)集成化。

分層和模塊化設計原則。具體設計方法上，縱向結(jié)構(gòu)應按分層原則設計，橫向結(jié)構(gòu)應實現(xiàn)模塊化。所謂縱向結(jié)構(gòu)是指配電室從基礎設備到后臺系統(tǒng)的層級結(jié)構(gòu)，橫向結(jié)構(gòu)是指實現(xiàn)監(jiān)視、控制和分析功能的不同子系統(tǒng)。

分期建設原則。根據(jù)現(xiàn)有小區(qū)配電室數(shù)量多且運行中的設備情況復雜、各類智能化子系統(tǒng)實現(xiàn)難易程度差別較大，以及當前還處于智能化建設起步階段等特點，對智能化子系統(tǒng)宜堅持統(tǒng)一設計、分期建設的原則，對那些實現(xiàn)難度大、投入費用多、運維要求高、實用性稍弱的子系統(tǒng)或功能可在今后逐步實現(xiàn)。分期建設的好處在于：減少投資、積累平臺系統(tǒng)的維護經(jīng)驗、消除顧慮、提高改造覆蓋率以惠及更多用戶。

平臺建設適度超前原則。具體功能上分期實現(xiàn)，但實現(xiàn)平臺應適度超前，以保證向后的兼容性。這些平臺包括：軟硬件平臺、接口平臺、通信平臺和用戶界面等，使分期建設的各子系統(tǒng)能夠集成和統(tǒng)一。

1.2 總體框架

“三層八縱”的建設方案如圖1所示，即“2項需求目標、3個建設層次、8個模塊化子系統(tǒng)”。

圖1 “三層八縱”建設方案

2項需求目標為巡視管理的需求、預警報警的需求，均分為本地實現(xiàn)和遠方實現(xiàn)兩種模式。

3個建設層次為本地層、通信層、遠方層。本地層包括安裝在配電室內(nèi)的本地計算機和各類感應傳感設備；通信層采用光纖或無線通信技術(shù)；遠方層為遠方計算機。

表1 3個建設層次及其功能

8個子系統(tǒng)為門禁系統(tǒng)、電氣量遙測系統(tǒng)、溫濕

度監(jiān)測系統(tǒng)、電氣信息遙信系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、遙控遙調(diào)系統(tǒng)、直流監(jiān)視系統(tǒng)、繼電保護監(jiān)視系統(tǒng)。其中前5個為基本系統(tǒng)，現(xiàn)階段可以全部實現(xiàn)，后3個系統(tǒng)可后續(xù)逐步實現(xiàn)，但這些系統(tǒng)內(nèi)的一些子功能也可考慮在現(xiàn)階段實現(xiàn)。

2 建設層次

根據(jù)設備處于的地理位置和功能，劃分了遠方層、中間層和就地層，它們各自包括的主要設備和應實現(xiàn)的功能如表1所示。

中間層聯(lián)系著遠方層和就地層，實現(xiàn)雙向通信。通信模式有召喚和觸發(fā)兩種模式：召喚模式主要滿足巡視管理的需求，數(shù)據(jù)路徑是“遠方層—中間層—就地層—中間層—遠方層”，其特點是數(shù)據(jù)量大、實時性不高、對數(shù)據(jù)丟失不敏感；觸發(fā)模式主要滿足報警預警的需求，其特點是數(shù)據(jù)量小、實時性高、對數(shù)據(jù)丟失敏感，因此實行數(shù)據(jù)重發(fā)確認機制，即遠方層收到信息后應告知就地層“已收到”，否則就地層將重發(fā)信息，其數(shù)據(jù)路徑是“就地層—中間層—遠方層—中間層—就地層”。

遠方層與就地層均有計算機，但它們是有顯著區(qū)別的，主要表現(xiàn)在：就地計算機需要在高溫、潮濕的環(huán)境中保持長期正常運行，因此需要達到工業(yè)級計算機的要求；就地計算機需要記錄大量原始數(shù)據(jù)，但對數(shù)據(jù)分析的功能要求不高。遠方計算機則應具備強大的數(shù)據(jù)集成運算、自動分析、智能判斷的功能；遠方計算機的輸入輸出設備要求高于就地計算機。

就地層計算機向下聯(lián)系著各子系統(tǒng)，將定期記錄并保存各類監(jiān)控數(shù)據(jù)，包含多種類型的接口，數(shù)量多、有預留并易擴展。它向上聯(lián)系著中間層，接口應統(tǒng)一、帶寬高、易于升級。由于有就地層計算機定期保存監(jiān)控數(shù)據(jù)，為減少數(shù)據(jù)流量、保持通信暢通、保證重要的報警預警信息能及時送達，與以往各類實踐不同［1-2］，本系統(tǒng)對一般的運維數(shù)據(jù)只實行召喚模式，不進行自動發(fā)送。

3 各功能子系統(tǒng)

在上述3個建設層次的總體框架下，按功能劃分了8個子系統(tǒng)，其包含的設備和功能如表2所示。

各子系統(tǒng)的硬件雖然都屬于就地層，但其相關的通信、軟件系統(tǒng)卻貫穿了中間層和遠方層，因此本方案可以總結(jié)為“三層八縱”，即從橫向上看是3個建設層次，縱向上看是8個子系統(tǒng)。

各子系統(tǒng)間是相互關聯(lián)、并非相互獨立的。例如超溫、跳閘等情況也應啟動門禁系統(tǒng)的燈光報警裝置。此外，各系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)也應實現(xiàn)集成運算和綜合判斷。

表2 8個子系統(tǒng)及其功能

4 結(jié)語

堅持平臺建設適度超前原則。在本地層設置了

本地計算機，集成各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可就地存儲查看，也可發(fā)送到遠程計算機。對本地數(shù)據(jù)進行集成，統(tǒng)一存儲、適時發(fā)送，避免各自為政，節(jié)約了通道；本地計算機有多種接口，便于子系統(tǒng)及功能擴展；可實現(xiàn)就地調(diào)用和查看數(shù)據(jù)；便于對采集的各種數(shù)據(jù)進行綜合運算分析，提供計算機輔助決策。缺點是一次性硬件投入較大。

根據(jù)實現(xiàn)難度進行分級。立足當前，放眼將來，以實用性為依據(jù)進行分期建設。減少當期投資；積累平臺設備運行管理經(jīng)驗；與當前運維水平相符合，人員不需進行過多培訓即可掌握；堅持了整體布局。缺點是分期建設的投資總和大于一次性建設的投資。

概要性地提出了運維管理和預警報警兩個核心需求。其中，運維管理針對日常性的巡視檢查，采用計算機自動記錄、人工調(diào)用的方式，目的在于節(jié)省人力物力；預警報警針對突發(fā)的不正常或緊急情況，采用計算機自動判斷、自動報警的方式，提示運維人員及時排除不正?；蚓o急情況。抓住了核心要求，所有子系統(tǒng)都為這2個核心要求服務；有本地和遠方2種輸出方式。缺點是對不正常或緊急情況仍需人工處理，暫未提出由計算機自動處理部分不正?；蚓o急情況的要求。

對軟件模塊化設計、圖形化顯示的要求適應發(fā)展。遠方和本地計算機均要求有圖形化顯示，現(xiàn)階段至少應有一次接線圖、關鍵點電壓電流及溫濕度、門禁等信息，可控制風機等設備，界面應達到現(xiàn)有配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的信息顯示要求。可以從子系統(tǒng)和設備兩個維度查看信息，方便調(diào)閱；模塊化設計，方便刪減軟件內(nèi)容。缺點是對軟件設計要求高。

對所有基礎數(shù)據(jù)進行了集中，具備了進行數(shù)據(jù)高級分析的能力。此模式下本地和遠程計算機集中了所用數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)篩選、分析和決策也是未來主電網(wǎng)的發(fā)展的方向。由于進行了數(shù)據(jù)集中，因而只需在計算機上增加數(shù)據(jù)處理程序即可；單個配電室的整體數(shù)據(jù)量不大，集中處理可以滿足處理速度的要求，投資較分布式處理、云處理較??；短期來看，可取代部分運維工作，如定時記錄負荷、溫度等信息，中期來看，自動處理部分不正?；蚓o急狀況，如對白天超負荷運行的變壓器可在夜間自動調(diào)整負荷，長期來看，計算機智能可取代人工。缺點是易造成數(shù)據(jù)丟失。

［1］劉沛騫，陳俊杰，王成文，等．基于GPRS的配電變壓器實時監(jiān)控一體化系統(tǒng)［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（6）：82-84．

［2］何為，蔡梅園，劉細亮．基于GSM通信的配電變壓器遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計［J］．電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37（1）：83-86．

［3］楊艷華，蘇紅軍，周永錄．基于PLC和Modbus的配電室現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計［J］．云南大學學報（自然科學版），2013，35（S2）：211-216．

［4］嚴冬，龍國強，王平，等．基于Modbus協(xié)議的配電室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計［J］．四川大學學報（自然科學版）2015，52（3）：538-546．

［5］劉柳，王東興．基于μC／OS-II的配電室監(jiān)控終端的研究［J］．微計算機信息，2007，23（17）：68-72．

［6］劉春玲，張煥生，郝國芬，等．基于VPN技術(shù)的供配電監(jiān)控系統(tǒng)的設計［J］．電源技術(shù)，2004，38（11）：2 180-2 181．

［7］何方，呂成軍．高壓開關配電室SF6環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計［J］．儀表技術(shù)與傳感器，2007（3）：35-37．

［8］劉花鋒，龐士信，徐洪，等．基于ARM的高壓配電室SF6監(jiān)測系統(tǒng)設計［J］．儀表技術(shù)與傳感器，2009（S1）：418-419．

［9］張迎輝，鄧松，陳素芳．基于CC-Link/LT總線技術(shù)的低壓供配電監(jiān)控系統(tǒng)設計［J］．電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37（9）：129-134．

Construction Scheme Discussion on Smart Power Distribution Room of Residential District

LV Ping1，XIANG Minjiang1，ZHAO Yuan2，MA Qiang1，CAO Guiming1
（1.State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China；2.Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250021，China）

The number of power distribution room in residential districts is growing quickly in recent years.Conditions of equipment in power distribution rooms are complex，and the patrol effect result is non-ideal，the defect and accident treatment is non-timely.So a smart monitoring system of power distribution room is needed as soon as possible.According to principles of practicality，unity，hierarchical and modular design，a scheme of“three levels and eight verticals”is proposed，which is composed by remote layer，intermediate layer and local layer.It contains eight subsystems，namely，access control，electrical quantities telemetry，remote communication of electrical quantities，temperature and humidity monitor，video，remote control and adjustment of electrical quantities，DC and relay protection system.The scheme has a clear hierarchical structure，function modularization，easily expandable feature and strong practicability.

distribution network；smart power distribution room；construction scheme；function subsystems

TM641

B

1007－9904（2016）09－0046－04

2016-04-08

呂平（1971），男，高級工程師，從事配電運維和管理工作；

向珉江（1986），男，工程師，技師，從事配電線路和設備運維工作；

趙嫄（1985），女，經(jīng)濟師，從事電力工程監(jiān)理工作；

馬強（1985），男，工程師，從事配電安全管理工作；

曹貴明（1987），男，工程師，從事配電線路和設備運維工作。