浅谈物联网高速公路智慧配电房系统构建方案

关键词：高速公路；智慧供配电；电力监控；配电室智能运维托管；安全隐患

0、引言

随着高速公路事业的不断发展和路网的不断延伸，传统的管理方式已难以满足日益增长的需求，动态管理和安全隐患预警成为安全监管中的两大难题。为此，采用智慧配电室系统对配电房变电站内供配电设备进行信息化管理，可提高供配电系统的运行管理信息化、自动化水平，方便管理人员操作，提高安全保障。

福建省高速公路集团有限公司漳州管理分公司（以下简称“漳州分公司”）立足实际，利用现有机电系统资源，构建了一套“物联网高速公路智慧配电室系统"取得了良好的效果。

1、背景需求

目前，高速公路存在配电设备分布广，配电室位置距离机电维护中心较远，现场无法做到实时值守，设备故障响应慢，检修及监测数据无法有效完整存档，安全隐患及信息数据无法实时传输等问题。特别现有的配电室运维，仍然采用传统的管理方式，人员巡视、手工记录运行数据，长期统计及分析，无法进行深化管理。

同时，缺乏技术的电力运维人员，如果一旦发生故障将导致供电中断，并且在短时间内无法恢复正常，造成无法预料的财产损失甚至安全事件发生，后果不堪设想。

此外，由于运行的变压器有防护外壳相对封闭，且地方狭窄散热有限，它的负荷情况、运行声响等都不易观察，很难及时发现安全隐患，存在一定的安全风险。

随着电力自动化技术的进步，企业能源管理等理念被认可，管理模式由“大而全”的粗扩模式转向更精细化的管理。为此，漳州分公司对“一站式、全托管”物联网高速公路智慧配电室系统构建进行初步研究，通过“配电室智能运维服务平台”对配电房设备的运行状态以及用电负荷情况进行远程实时集中监控，改变了传统有人值守的电力运维方式。通过该系统的构建，不但可以降低企业用电成本，提升电力设备的管理水平，保障用电可靠性，还可以提升用户电力设备的运维管理水平，实现电力监控的自动化、集中化和智能化管理，及配电网设备全生命周期管理，将被动抢修转变为设备运行状态全程监控的先进管理模式。

2、平台架构

“配电室智能运维托管服务平台”，通过一体化运维平台改变传统有人值守的电力运维方式，降低企业用电成本，提高设备维护水平，保障用电可靠性，满足配电室监控要求及无人值守需求。实现了配电室24小时线上平台实时数据监测及分析，事件触发提醒报警推送WEB端及手机端。

“配电室智能运维托管服务平台”采用分布式和模块化架构，配电室监控系统分层分布式结构，即设备层、传输层、应用层，如图1所示。

1.设备层

设备层是数据采集终端，主要由智能监测终端和通讯网关设备组成。这些监测设备将电气量数据通过采集总线（RS-485通信总线、LORA/WIFI无线通信等）传输到网络传输层，网络传输层对智能仪表进行数据采集后，直接经由传输网络上传到数据中心，不经由中间设备，以确保系统的稳定可靠。主要是对以下设备进行采集。

（1）低压配电柜。在不停电的情况下，对原有低压配电柜每个回路加装智能终端采集装置，监测每一回路的电流电压等电量参数。主要在系统平台上显示每个回路的实时运行参数，实现回路负载越限告警，并可调用历史数据，展示运行数据曲线图，生成数据报等。

（2）10kV高压柜。在不停电的情况下，对环网柜进、出线回路加装智能终端采集装置，监测高压环网柜的三相电压、三相电流、频率、功率因数、功率、电能等遥测数据。

（3）变压器。利用原有变压器自带的温控仪，通过485/WIFI转换器传输数据，监测变压器运行状况，实现超温报警、越限告警等。

（4)UPS不间断电源。通过智能数据接口开发，与UPS本地监控装置直接实现互联互通，采集UPS监控装置的数据，系统平台远程实时监测不间断电源的输出电压、蓄电池电压、蓄电池电流、蓄电池内阻等工作参数数据。实现输出过电压、欠电压、装置失电、绝缘下降、系统接地故障报警等。

（5）柴油发电机。柴油发电机智能化采集可对柴油机发电控制柜的综保进行数据采集，对设备进行监测。目前可对发电机电流、电压、开关状态、水箱状态、油温状态、油压状态、转速状态、功率状态、及其他电量参数进行数据采集，具体数据采集结果在现场确认。

（6）隧道风机。隧道通风系统监测内风机软启动柜中设置带有DI/DO信号的电量参数采集智能表，并将风机正转、反转、停止等信号接入所设置的网关中，实现对每组风机的运转状态、电量参数的监测。

（7）视频监控。配电房使用监控摄像机进行监管，可减少人员的现场巡查频次，达到实时巡视的等同效果。同时结合智能化系统平台，对监控区域及预警信息进行复核，提前制定预案。

2.网络传输层

网络传输层主要包括智能网关等，通过专网通道将数据进行上传及下达指令。

3.监控应用层

监控应用层采用了综合能源信息服务有限公司开发的“配电室智能运维托管服务平台”，将配电室所有数据的存储、电力运行状况的显示、控制指令的下达均通过该部分完成。由路网中心对多个配电室实行远程、集中监控，当值班人员通过登陆WEB页面或手机APP或微信小程序对配电室所有运行的情况实时监视。配电室实现了“无人值班”或“少人值班”，同时承担了日常巡检、清扫检查、电气预防性试验及设备改造、应急抢修工作等。该平台架构合理，功能强大，协议开放，兼容性好，是一个集成度高、技术含量高、可靠性高的系统，既可以在PC上使用，也可以支持手机APP。

3、主要创新点

“物联网高速公路智慧配电室系统”与传统管理方式相比具有如下优势。

1.云端服务部署

该平台架构采用公用云服务资源部署，用户无需增加服务器及软件相关投入，节约用户硬件设备成本及相关设备维护成本，建立长效云端服务机制。

2.支持多种终端访问

用户通过IP浏览方式登录云端系统，可采用PC、平板电脑、手机等移动终端进行访问，下载或打印对应数据报表或账单报表，方便企业报表管理。

3.基于产品优势和成熟的工程技术

在终端自动化改造过程中，基于不停电改造原则，全部采用无线通讯方式，大大缩短了部署周期，减少了改造过程中对用户正常用电的影响。

4.兼容能力强

通过智能网关，接入不同厂家的智能监控设备。

5.优化用电效率

以电能计量监测为基础,分为数据采集层、网络通信层、中心管理层,对用电能耗进行大数据的的长期跟踪分析,为设备使用单位提供降低用电能耗的决策依据。针对不同企业和客户,结合其不同的运行管理需求制定不同的方案,监管能源消耗，发现能源浪费，减少能源成本。

6.智能云平台管控

通过智能云平台有效将巡检设备、电网资源、人巡成果统一管控，避免人工巡检存在的无法及时有效发现隐患同时无法准确判断故障的短板，充分发挥云平台大数据分析整合的优势

4、实施成效

通过“物联网高速公路智慧配电室系统”在漳州高速的具体应用实践，其在技术和管理上不断做出调整和推陈出新，历经一年的测试、磨合，已具备了较好的稳定性、可靠性互动性和实用性等特点。在几次重大设备故障处置过程中，该系统都扮演了重要角色。从长远来看，不仅有利于企业发展，还能带来显著的经济、社会效益。

1.动态管理水平得到提升

该系统通过了模型结构、数据整理分析、运维巡检;通过了科学化、管理，保障设备安全经济运行,延长了设备使用年限,减少设备投资;规范化进行设备管理通过实时数据监测，对电流电压偏高或偏低、功率因数偏低、设备异常报警等现象及时采取技术手段,保证用电质量。

2.设备安全运行得到保障

通过实施“物联网高速公路智慧配电室系统”,实现低压回路的数据采集工作,能够及时发现并且消除设备安全隐患,有效防止设备处于不安全运行状态;分析后台监控数据,掌握设备运行状态，避免过负荷等情况发生,有效保障设备安全运行。

3.经济效益显著提高

通过“物联网高速公路智慧配电室系统”进行数据整理分析,能了解设备运行情况,及时采取技术手段，延长设备使用年限,减少设备投资;调整并平衡三相负荷,实现了节能减耗及经济效益显著的目的。

5、安科瑞配电室环境监控系统

5.1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）。

5.2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。

5.3系统结构

5.4系统功能

5.4.1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。

5.4.2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。

5.4.3曲线查询

可以直接查看各电参量曲线。

5.4.4运行报表

查询配电室内设备的运行数据报表。

5.4.5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。

5.4.6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。 

5.4.7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。

5.4.8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。

5.4.9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。

5.5系统硬件配置

6、结语

目前，“物联网高速公路智慧配电室系统”已处于应用推广阶段,虽然在数据采集、平台兼容性等方面仍有问题待解决，但随着电力自动化技术的飞速发展和管理体制的不断完善，这些问题都将迎刃而解。相关部门将继续充分发挥高速公路的资源优势，对系统进行进一步完善，减少因突发事件造成的人民生命财产损失,提升高速公路管理水平,让高速公路更好地服务于社会。

参考文献

[1]吴珠森.基于物联网高速公路智慧配电室系统构建.

[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版