沈亚峰
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：智能配电房的建设，对提高配电网可靠性及运行经济效益，电网智能化有重要意义。本文通过分析当前配电房建设需要考虑的主要因素，提供了一种智能配电房建设的方案，包括配电自动化监控系统、配电房安防系统、门禁系统、环境监测系统、一次设备状态监测管理系统、通信系统、备用电源系统和综合管理系统等建设方案及应用实例。
关键词：智能配电房；配网自动化；开关柜状态监测；配电房安防；综合管理系统；
0引言
智能电网是集成了传统和现代电力工程技术、高级感和监视技术、信息与通信技术的输配电系统，具有更加完善的性能并且能够为用户提供一系列增值服务。智能电网将各种新技术与传统的输配电技术有机结合，从提高电网整体性能、节省总体成本出发，使电网的构成、运行控制与管理方式、系统性能以及所提供的服务出现革命性的变化。
基于我国配电网设备基础和配电网架构的现状，规划建设具有配电自动化水平的主干线路配电房，应充分考虑如下因素：
（1）主干线路配电房应合理分段，有效缩小故障停电范围；
（2）配电房和电缆分支箱合理配置，主干线路开关支持远方遥控操作，有效缩短主干线路故障处理时间；
（3）配电房自动化技术要避免系统功能设计单一，自动化系统、安防系统等孤岛建设，信息不能共享。
（4）)配电房自动化设备要具有较高的性价比，功能实用，具有开放的系统集成功能；
（5）充分考虑运行维护方便，设备体积小，模块化设计，便于具有通信和自动化基础的复合人员维护管理，从而达到减人增效的目的；
（6）配电房自动化设备要支持设备状态检修的管理要求。
1智能配电房终端总体方案
智能配电房集配电自动化监控系统、配电房安防系统、门禁系统、环境监测系统、一次设备状态监测管理系统、通信系统、备用电源系统和主站系统等八大系统功能与一体，系统考虑了智能配电网自动化发展要求，可提高配网设备使用生命周期，实现对设备故障的提前预警，快速实现配网故障定位，缩短故障处理时间，从而提高设备运行管理水平。其总体框图如图1：
图1智能配电房自动化终端总体框图
智能配电房自动化终端总体设计思路如下：
1.1自动化终端通信
（1）通信组网采用了EPON光纤通信的方案。
（2）主干配电房作为光纤通信主干点，可支持其他通信方式接入；
（3）终端支持GPRS通信；
（4）通信支持图像传输；
（5）终端支持RS485、Canbus总线等现场总线，可方便智能传感器的接人和扩展；
（6）终端及主站支持以太网接人技术，接入P摄像机。
1.2配电网监控
（1）实现配电网“遥测、遥信、遥控”功能
（2）实现配电网短路故障监测，可通过主站实现故障定位；
（3）实现配电网接地故障监测，可通过主站实现故障定位；
（4）监测10kV线路的负荷电流；
（5）监测配电变压器的负荷；
（6）监测]OkV开关状态；
1.3馈线自动化功能
（1）可通过主站故障定位实现远方故障隔离功能，大幅缩短故障处理时间；
（2）支持遥控功能，实现非故障段恢复供电，大幅缩短故障停电时间；
（3）实现遥控操作，减少运行人员操作次数和降低运行人员工作强度。
1.4配电房安防功能
（1）采用IP摄像机技术，取消DVR硬盘录像机，大幅降低建设成本，提供系统可靠性和保护工作量；
（2）站房安防功能重点在站房开门时进人人员的拍照上传，远方遥视站房操作人员的操作，远方遥视站房设备运行状态，消防报警、水浸报警等异常情况拍照上传和远方遥视等四大方面；
（3）IP摄像机通过以太网(Ethemet)连接到光网络单元(0NU)设备，采用EPON方案接人到主站；主站通过特定IP可以直接与摄像头通信，进行视频监视与控制；由于给IP摄像头分配了对应的IP，当在主站对摄像头进行实时视频监控时，不会影响主站与DTU终端的正常通信。
（4）DTU检测配电房门开信号、消防报警信号、水浸报警信号时，通过网络向lP摄像头发出抓拍等命令。
1.5配电房环境监控功能
（1）监测站房温度、湿度；
（2）监测站房烟感、水浸等传感器信号；
（3）DTU根据采集到的配电房内温湿度及对应限值，
自动控制配电房内的风机和除湿设备。
（4）DTU检测到水浸信号、烟感信号等开关量变化时产生SOE事件向主站报告。
1.6配电房门禁功能
（1）站房门口可安装感应1C卡读卡器，电锁采用通电开阴极锁，配合门上的机械锁使用，刷卡后门锁自动打开，设备故障时可用钥匙打开。
（2）门读卡器可记录运行人员巡查站房情况，便于运行管理；
（3）可实时监测站房门的开启状态，当门锁被异常开启时(如外力破坏、门锁故障)，终端将实现现场报警(警号报警)、并通过通信网络向管理中心传送报警信息。
（4）门禁系统可加强站房运行管理，便于对进入站房安
装调试的人员进行有效地管理，区分运行巡查人员和短时安装调试人员的进入权限；
1.7开关柜等一次设备的状态监控功能
（1）监测开关电缆头温度，预防电缆头接触不良发热现象；
（2）监测SF6开关的压力接点信号，上传SF6失压报警信息；
（3）监测配变油温接点信号，上传配变温度越限信息；
（4）监测开关柜内的温度，自动控制开关柜内的加热设备，以防止凝露。
1.8备用电源自动切换
（1）实现交流电源与备用电源的无缝切换。
（2）保证系统在外部电源失电情况下，仍可正常工作8小时。并显示开关的分合闸作。
（3）实现备用电源的电池状态监测。
2系统设计与实现
系统主要基于配电自动化终端，在实现三遥采集功能基础上，实现短路、接地故障告警及定位。通过现场CAN总线方式，连接分布于各个开关柜的智能温控装置，采集开关柜内一次设备状态，并实现开关柜防凝露控制；通过遥信状态与无源节点控制，实现对配电房内环境的监测及控制，如温湿度监测，烟感、水浸报警，风机开启等；通过R8-485总线监控门禁系统，实现门禁管理及开闭门信息上报，并与视频联动。
配网自动化终端和IP摄像机通过以太网(Ethemet)连接到光网络单元(0Nu)设备，采用EPON方案接人到主站，通过104规约，主站通过前置机将数据隔离，将配网自动化数据送入配网SCADA系统，本地综合运行管理主站实现本地安防、门禁、配电房环境监控及开关柜一次设备状态监控等功能。
其他子系统的设计分别主要如下：
2.1开关柜一次设备状态监控
2.1.1开关柜内温湿度控制
当前市场上通常采用的凝露控制器是利用凝露传感器来自动启动或停止加热器工作的，从其控制机理来说存在两个缺陷。其一：这种凝露传感器是被动型动作元件，即一定要在空气中的水汽压力饱和时，也就是物体表面到达露点温度，发生凝露时才会驱动加热器工作。而防凝露作为一个电柜的反事故重要措施来说，接近凝露的边缘再启动加热来消除凝露就缺少一个预防过程。从安全、可靠的角度来看，作为一个反事故措施在可靠性上还是远远不够的。其二，如果凝露传感器安装位置不当，或者凝露传感器的表面受到灰尘或气体的侵蚀后特已经改变，虽然柜内金属表面已经有结露现象，但凝露控制器仍不能及时启动加热器工作，也会带来严重后果。基于以上考虑，我们根据凝露发生和预防机理．不再采用凝露传感器，而是利用三路温度传感器，一个测柜体外部的环境温度；两个测柜体内部各隔室的温度，通过智能控制器控制柜内加热器方法调节机柜内外温差，使柜内温度始终比柜外环境温度高1～3"C；使之不具备凝露发生的条件，起到预防凝露的作用。同时在柜内再采用一路线性湿度传感器来测量并控制开关柜内的相对湿度，双重手段可以大大提高开关柜防凝露的灵敏度、可靠性和工作寿命。
2.1.2电缆头温度在线监测系统方案
电缆头温度在线监测考虑电缆头绝缘，采用间接测温方案，通过测量电缆头外部绝缘层温度依据预先由试验测定的环境温度修正值，得出铜芯导体发热温度的近似值，利用光纤通信实现传感器与采集器之间的高压隔离，传感器采用CT取电方式。电缆头温度在线监测系统框图如图2所示:
图2测温原理及方法
高压电缆头温度在线监测系统主要包括三相温度传感器、环境温度传感器、温度采集模块、开合式取电CT和数据采集远传模块等几部分组成，开合式取电CT安装在电缆头三指处其中一相上，作为电缆头温度传感器工作电源，温度传感器卡在肘型电缆接头的外围，温度取样点放置在传感器周围与肘型接头之间，周边用一些隔热材料保温，当电缆接头处发热，温度通过绝缘层传递到埋设在保温层的温度取样传感器，CPU的A／D转换器将温度信号转换成数字信号，通过光纤将数字信号传输至温度采集变送器，变送器自动把测得的温度数据和预先由试验测定的测温点与环境温度差的修正值进行比较修正，得出铜芯导体发热温度的近似值，通过通信总线上送至DTU主控通信单元，通过对运行的历史数据可以通过横向比较、纵向比较的方法，及时、准确地发现电缆头的故障状态。由于三相测温点的三个温度传感器几乎在同一外部环境下运行，因此，用作温度对比差的环境温度传感器只需要一个，从测得的三相温度值之间的横向对比和负荷电流大小的对比结果中，可以判定发热故障的部位和发热量的大小，当温度值或三相之间的温差超过一定的范围时，发出报警信号，可有效的避免电缆头由于接触不良发生的过热故障。
2.2配电房环境监控设计及实现
终端对配电房的温度、湿度、水浸、烟雾进行环境监测，采用温度、湿度传感器采集信号，再根据预先设定好的告警限值判断是否越限，如果越限，立即提示告警。当湿度超出设定值时，则立即启动除湿设备发送报警信号；
2.3门禁系统设计及实现
（1）门禁可按区域、时间段及人员分组管理，对持卡人的出入时间和出入区域进行限制，并将时间与区域结合形成人员分组，将持卡人分配给不同的人员分组，即实现了持卡人在什么时间允许进入哪些区域的权限定义。
（2）临时卡管理功能。设置某人几月几日生效，几月几日卡片过期。生效日期以前，卡片尚未生效，不可使用；至生效日期时，将自动生效使用；至过期日期，卡片将自动作废不可以使用。
（3）可选择卡片单独下传。如果用户只是新增几个或者修改几个人的权限，无需将所有权限重新下传一次，新增和修改的权限可以单独下传。
（4）卡+密码功能。用户刷卡后输入正确的密码才可开门。可以一卡一密码，即每个人都拥有自己的密码。该功能可以防止卡丢失后被人拾到开门，增加系统的安全性。
（5）对于同一个门，可以设置某些人要求卡+密码，某些人只需刷卡就可以进入。密码可以为4--8位数。该功能必须使用密码键盘读卡器。
（6）手动输入密码开门功能。如果用户启用该功能，则无需带卡，只需输入密码，就可以进行开门，并且存储该出人记录。每个门可设置10个密码，密码为4—8位数字。
（7）消防报警紧急开门功能如果控制器接收到消防开关信号来的时候，控制器所辖的门全部自动打开，便于人员逃生。并可以启动消防警笛和存储记录消防报警记录的时间。
（8）联动输出功能。可接人出门按钮、门磁开关、红外传感器、火灾传感器等；可控制电锁、警铃、警灯等设备，实现安防各个系统功能联动。
（9）强行开门报警。强行开门，即没有通过合法方式(刷卡或按钮等)强行开门或者破门而入，可启动报警输出，现场驱动报警器呜叫，威慑犯罪人员和提醒保安赶来。
（10）在线巡查记录功能，记录巡检时问。
2.4配电房安防系统设计及实现
（1）通过通信网络通道，将被监视的目标动态图像以IP组播方式传到监控中心，报警信号、站端状态信息、配置信息和控制信息以TCP／IP方式与监控中心实时通信；
（2）支持帧率、码流、分辨率可通过软件操作界面进行参数设定，也可按预先设置的方案自动调整，支持25帧／S；
（3）运行维护人员可通过站端视频单元对站内设备或现场进行监视，对站端任一摄像机进行(左右、上下、远景／近景、远焦／近焦)控制，实现对摄像机视角、方位、焦距、光圈、景深的调整；对于带预置位的云台或球机，操作人员能直接进行预置位的操作。
（4）报警联动拍照功能
（5）终端站房事故报警、消防报警、防盗报警、防火报警、电力设备水浸报警、门禁报警、非法闯入及画面异动报警等多种报警类别联动拍照上传功能；当发生报警时，能联动相关设备，如启动现场照明、警笛等，相关设备启动后，在设定的时间内自动关闭；报警发生后，站端视频单元向客户端和监控中心发送报警信息，并同时启动录像，录像时间可设定；
（6）可设定非法闯入应用：设定监控范围，可有可疑人物闯入时，联动报警，拍照录像等并向主站以弹出输实时图像的方式告警。
（7）门禁告警：站房门打开时，联动拍照，并主站以弹出输实时图像的方式告警
3主站运行效果
智能配电房自动化系统涉及传统主站系统的有：SCA—DA系统、安防系统、门禁系统、环境监测系统以及一次设备状态监测管理系统等五个主站功能系统的建设，新构建的智能化管理系统打破以上五大系统的孤岛运行应用，整合、简化相关功能，构建实用化系统，主要思路是建设多功能的配电sCADA系统、综合运行管理系统等两套主站系统，具体设想如下：
（1）配电SCADA主站系统，实现配网监控功能，监测站房环境监测实时数据，监测一次设备运行状态异常信息等；
（2）综合运行管理主站系统，利用视频监控系统，实现站房日常巡视、工作现场监护、异常情况监视等功能；利用门禁管理系统，实现按区域、时间段及人员分组管理，持卡人各级权限管理，站房Et常管理；利用一次设备监测历史数据统计，建立一次设备运行状态监测、一次设备故障早期判断及一次设备失效模型等多项功能。综合运行管理主站展示效果如图3所示：
图3综合运行管理主站展示效果图
4安科瑞配电室环境监控系统的介绍与选型
4.1简介
安科瑞电气股份有限公司根据配电室实际情况，结合多年的变电站和配电室的运行管理经验，自主研发了安科瑞配电室综合监控系统，实现了智能开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、电流电压等负载运行监控、母线测温监测、电缆测温监测、环境监测、有害气体监测、安防监控、采暖通风、门禁、灯光、风机、除湿机、空调控制等功能。实现动力环境各数据的检测与设备控制，实现动力环境优化，避免运行环境的失控导致配电设备运行故障，保证维护人员，延长设备使用寿命，减少配电室粗放式管理导致成本过高，同时实现配电动力环境的分布式远程管理。
4.2系统功能
4.2.1 通信管理
安科瑞智能配电室综合监控系统可以完成对整个配电室范围内的通信设备进行管理、添加、删除、控制和数据的实时监测。
4.2.2实时监测
安科瑞智能配电室综合监控系统人机界面友好，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，如视频、温度、湿度、漏水/水浸、水位、有害气体和电参量等。实时显示有关故障、告警等信息。
4.2.3 数据查询
在人机界面中，可以直接查看配电室个设备的运行数据。
4.2.4曲线查询
在曲线查询界面，可以直接查看遥测参量曲线，包括温度、湿度、水位、有害气体、电压、电流等曲线。
4.2.5运行报表
查询配电室内设备的运行数据报表，包括日报表、月报表、年报表和查询报表等。
4.2.6实时告警
科瑞智能配电室综合监控系统具有实时告警功能，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。告警如右图所示：
4.2.7 历史事件查询
安科瑞智能配电室综合监控系统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。
4.2.8 用户权限管理
为保障系统稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的保障。
4.2.9网络拓扑图
安科瑞智能配电室综合监控系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构。可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。
4.2.10遥控操作
安科瑞智能配电室综合监控系统可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。
4.3Acrel-2000E/B配电室环境监控系统推荐配置选型
序号 | 名称 | 型号及主要参数 | 单位 | 数量 |
1 | 壁挂箱/组屏 | |||
1.1 | 智能监控系统屏 | 2260*800*600mm | 面 | 1 |
1.2 | 综合监控主机（12"触摸屏） | TPC6000-A122-T-4G-HDD1T | 台 | 1 |
1.3 | Acrel-2000E/B软件 | Acrel-2000E/B配电室综合监控软件 | 1 | |
1.4 | 显示器 | TPC190-M210-AKR，嵌入式安装 | 台 | 1 |
1.5 | 网络交换机 | TP-LINK 8口 | 台 | 1 |
1.6 | ARTU四遥单元 | ARTU-KJ8辅助电源220V | 个 | 1 |
1.7 | Acrel-2000E/B机箱 | 480*420*200mm | 个 | 1 |
1.8 | 串口转换隔离器 | AF232TO485 |