呂平，向珉江，趙嫄，馬強(qiáng)，曹貴明

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

居民小區(qū)智能化配電室建設(shè)方案探討

呂平1，向珉江1，趙嫄2，馬強(qiáng)1，曹貴明1

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

近年來居民小區(qū)配電室的數(shù)量增長快且設(shè)備情況較復(fù)雜，以致巡視效果不理想、缺陷和事故處理不及時(shí)，亟需建立一套智能化的配電室監(jiān)控系統(tǒng)。按照實(shí)用性、統(tǒng)一性、分層和模塊化設(shè)計(jì)等原則，提出了“三層八縱”的建設(shè)方案，即由遠(yuǎn)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(cè)、電氣量遙信、溫濕度監(jiān)測(cè)、視頻、遙控遙調(diào)、直流和繼電保護(hù)8個(gè)子系統(tǒng)。該方案層次結(jié)構(gòu)清楚、功能模塊化且易于擴(kuò)展，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

配電網(wǎng)；智能化配電室；建設(shè)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(yīng)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(jì)社會(huì)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(yùn)行最薄弱的環(huán)節(jié)。雖然近年來推廣實(shí)施的配網(wǎng)自動(dòng)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(yùn)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(yùn)維人員數(shù)量嚴(yán)重不對(duì)稱，導(dǎo)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(gè)中心配電室和1～3個(gè)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(yùn)維難度；設(shè)備多且情況復(fù)雜，除配電變壓器外，還有中低壓進(jìn)出線、中低壓開關(guān)柜、中低壓母線、并聯(lián)電容、直流、繼電保護(hù)等多種設(shè)備；故障處理、雙電源切換不及時(shí)，造成電梯困人、火災(zāi)系統(tǒng)失電等情況時(shí)有發(fā)生，客戶投訴和安全形勢(shì)突出。

利用傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)供配電系統(tǒng)的遠(yuǎn)方監(jiān)控，已進(jìn)行過諸多有益的探索。文獻(xiàn)［1-2］設(shè)計(jì)了配電變壓器監(jiān)控裝置TTU，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器電壓電流信號(hào)的遙測(cè)，文獻(xiàn)［3－6］設(shè)計(jì)了對(duì)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(xiàn)［7-8］設(shè)計(jì)了10 kV開關(guān)設(shè)備的SF6氣體量的監(jiān)測(cè)，文獻(xiàn)［9］開發(fā)了針對(duì)低壓設(shè)備檢測(cè)和控制的系

統(tǒng)，但這些系統(tǒng)大都單獨(dú)設(shè)計(jì)、相互獨(dú)立、各自為政。它們的通信方式采取現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)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(shè)計(jì)原則

實(shí)用性原則。根據(jù)配電網(wǎng)基礎(chǔ)薄弱、信息化水平較低、運(yùn)維人員與配電室數(shù)量又嚴(yán)重不對(duì)稱等特點(diǎn)，智能化配電室的設(shè)計(jì)應(yīng)立足當(dāng)前實(shí)際，堅(jiān)持實(shí)用為先的原則，從實(shí)際需求出發(fā)，以減少人工、降低維護(hù)費(fèi)用、提高供電可靠性和供電質(zhì)量為目標(biāo)。當(dāng)實(shí)用性與先進(jìn)性有沖突時(shí)，當(dāng)前應(yīng)堅(jiān)持實(shí)用第一的原則。

統(tǒng)一性原則。雖然以往對(duì)配電室自動(dòng)化運(yùn)維也進(jìn)行過諸多探索，如溫濕度遙測(cè)、負(fù)荷監(jiān)控等，但它們都相互獨(dú)立，沒有統(tǒng)一的信息平臺(tái)，使用不方便，且不便于對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析。智能化配電室應(yīng)堅(jiān)持統(tǒng)一設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)原則。具體設(shè)計(jì)方法上，縱向結(jié)構(gòu)應(yīng)按分層原則設(shè)計(jì)，橫向結(jié)構(gòu)應(yīng)實(shí)現(xiàn)模塊化。所謂縱向結(jié)構(gòu)是指配電室從基礎(chǔ)設(shè)備到后臺(tái)系統(tǒng)的層級(jí)結(jié)構(gòu)，橫向結(jié)構(gòu)是指實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、控制和分析功能的不同子系統(tǒng)。

分期建設(shè)原則。根據(jù)現(xiàn)有小區(qū)配電室數(shù)量多且運(yùn)行中的設(shè)備情況復(fù)雜、各類智能化子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難易程度差別較大，以及當(dāng)前還處于智能化建設(shè)起步階段等特點(diǎn)，對(duì)智能化子系統(tǒng)宜堅(jiān)持統(tǒng)一設(shè)計(jì)、分期建設(shè)的原則，對(duì)那些實(shí)現(xiàn)難度大、投入費(fèi)用多、運(yùn)維要求高、實(shí)用性稍弱的子系統(tǒng)或功能可在今后逐步實(shí)現(xiàn)。分期建設(shè)的好處在于：減少投資、積累平臺(tái)系統(tǒng)的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)、消除顧慮、提高改造覆蓋率以惠及更多用戶。

平臺(tái)建設(shè)適度超前原則。具體功能上分期實(shí)現(xiàn)，但實(shí)現(xiàn)平臺(tái)應(yīng)適度超前，以保證向后的兼容性。這些平臺(tái)包括：軟硬件平臺(tái)、接口平臺(tái)、通信平臺(tái)和用戶界面等，使分期建設(shè)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(shè)方案如圖1所示，即“2項(xiàng)需求目標(biāo)、3個(gè)建設(shè)層次、8個(gè)模塊化子系統(tǒng)”。

圖1 “三層八縱”建設(shè)方案

2項(xiàng)需求目標(biāo)為巡視管理的需求、預(yù)警報(bào)警的需求，均分為本地實(shí)現(xiàn)和遠(yuǎn)方實(shí)現(xiàn)兩種模式。

3個(gè)建設(shè)層次為本地層、通信層、遠(yuǎn)方層。本地層包括安裝在配電室內(nèi)的本地計(jì)算機(jī)和各類感應(yīng)傳感設(shè)備；通信層采用光纖或無線通信技術(shù)；遠(yuǎn)方層為遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)。

表1 3個(gè)建設(shè)層次及其功能

8個(gè)子系統(tǒng)為門禁系統(tǒng)、電氣量遙測(cè)系統(tǒng)、溫濕

度監(jiān)測(cè)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(hù)監(jiān)視系統(tǒng)。其中前5個(gè)為基本系統(tǒng)，現(xiàn)階段可以全部實(shí)現(xiàn)，后3個(gè)系統(tǒng)可后續(xù)逐步實(shí)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(shí)現(xiàn)。

2 建設(shè)層次

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

中間層聯(lián)系著遠(yuǎn)方層和就地層，實(shí)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(yuǎn)方層—中間層—就地層—中間層—遠(yuǎn)方層”，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性不高、對(duì)數(shù)據(jù)丟失不敏感；觸發(fā)模式主要滿足報(bào)警預(yù)警的需求，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量小、實(shí)時(shí)性高、對(duì)數(shù)據(jù)丟失敏感，因此實(shí)行數(shù)據(jù)重發(fā)確認(rèn)機(jī)制，即遠(yuǎn)方層收到信息后應(yīng)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(yuǎn)方層—中間層—就地層”。

遠(yuǎn)方層與就地層均有計(jì)算機(jī)，但它們是有顯著區(qū)別的，主要表現(xiàn)在：就地計(jì)算機(jī)需要在高溫、潮濕的環(huán)境中保持長期正常運(yùn)行，因此需要達(dá)到工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)的要求；就地計(jì)算機(jī)需要記錄大量原始數(shù)據(jù)，但對(duì)數(shù)據(jù)分析的功能要求不高。遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)則應(yīng)具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)集成運(yùn)算、自動(dòng)分析、智能判斷的功能；遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)的輸入輸出設(shè)備要求高于就地計(jì)算機(jī)。

就地層計(jì)算機(jī)向下聯(lián)系著各子系統(tǒng)，將定期記錄并保存各類監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，包含多種類型的接口，數(shù)量多、有預(yù)留并易擴(kuò)展。它向上聯(lián)系著中間層，接口應(yīng)統(tǒng)一、帶寬高、易于升級(jí)。由于有就地層計(jì)算機(jī)定期保存監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，為減少數(shù)據(jù)流量、保持通信暢通、保證重要的報(bào)警預(yù)警信息能及時(shí)送達(dá)，與以往各類實(shí)踐不同［1-2］，本系統(tǒng)對(duì)一般的運(yùn)維數(shù)據(jù)只實(shí)行召喚模式，不進(jìn)行自動(dòng)發(fā)送。

3 各功能子系統(tǒng)

在上述3個(gè)建設(shè)層次的總體框架下，按功能劃分了8個(gè)子系統(tǒng)，其包含的設(shè)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(guān)的通信、軟件系統(tǒng)卻貫穿了中間層和遠(yuǎn)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(gè)建設(shè)層次，縱向上看是8個(gè)子系統(tǒng)。

各子系統(tǒng)間是相互關(guān)聯(lián)、并非相互獨(dú)立的。例如超溫、跳閘等情況也應(yīng)啟動(dòng)門禁系統(tǒng)的燈光報(bào)警裝置。此外，各系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)也應(yīng)實(shí)現(xiàn)集成運(yùn)算和綜合判斷。

表2 8個(gè)子系統(tǒng)及其功能

4 結(jié)語

堅(jiān)持平臺(tái)建設(shè)適度超前原則。在本地層設(shè)置了

本地計(jì)算機(jī)，集成各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可就地存儲(chǔ)查看，也可發(fā)送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行集成，統(tǒng)一存儲(chǔ)、適時(shí)發(fā)送，避免各自為政，節(jié)約了通道；本地計(jì)算機(jī)有多種接口，便于子系統(tǒng)及功能擴(kuò)展；可實(shí)現(xiàn)就地調(diào)用和查看數(shù)據(jù)；便于對(duì)采集的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合運(yùn)算分析，提供計(jì)算機(jī)輔助決策。缺點(diǎn)是一次性硬件投入較大。

根據(jù)實(shí)現(xiàn)難度進(jìn)行分級(jí)。立足當(dāng)前，放眼將來，以實(shí)用性為依據(jù)進(jìn)行分期建設(shè)。減少當(dāng)期投資；積累平臺(tái)設(shè)備運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)；與當(dāng)前運(yùn)維水平相符合，人員不需進(jìn)行過多培訓(xùn)即可掌握；堅(jiān)持了整體布局。缺點(diǎn)是分期建設(shè)的投資總和大于一次性建設(shè)的投資。

概要性地提出了運(yùn)維管理和預(yù)警報(bào)警兩個(gè)核心需求。其中，運(yùn)維管理針對(duì)日常性的巡視檢查，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄、人工調(diào)用的方式，目的在于節(jié)省人力物力；預(yù)警報(bào)警針對(duì)突發(fā)的不正?；蚓o急情況，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)判斷、自動(dòng)報(bào)警的方式，提示運(yùn)維人員及時(shí)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(gè)核心要求服務(wù)；有本地和遠(yuǎn)方2種輸出方式。缺點(diǎn)是對(duì)不正?；蚓o急情況仍需人工處理，暫未提出由計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理部分不正?；蚓o急情況的要求。

對(duì)軟件模塊化設(shè)計(jì)、圖形化顯示的要求適應(yīng)發(fā)展。遠(yuǎn)方和本地計(jì)算機(jī)均要求有圖形化顯示，現(xiàn)階段至少應(yīng)有一次接線圖、關(guān)鍵點(diǎn)電壓電流及溫濕度、門禁等信息，可控制風(fēng)機(jī)等設(shè)備，界面應(yīng)達(dá)到現(xiàn)有配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的信息顯示要求?？梢詮淖酉到y(tǒng)和設(shè)備兩個(gè)維度查看信息，方便調(diào)閱；模塊化設(shè)計(jì)，方便刪減軟件內(nèi)容。缺點(diǎn)是對(duì)軟件設(shè)計(jì)要求高。

對(duì)所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行了集中，具備了進(jìn)行數(shù)據(jù)高級(jí)分析的能力。此模式下本地和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)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(jìn)行了數(shù)據(jù)集中，因而只需在計(jì)算機(jī)上增加數(shù)據(jù)處理程序即可；單個(gè)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?。欢唐趤砜?，可取代部分運(yùn)維工作，如定時(shí)記錄負(fù)荷、溫度等信息，中期來看，自動(dòng)處理部分不正?；蚓o急狀況，如對(duì)白天超負(fù)荷運(yùn)行的變壓器可在夜間自動(dòng)調(diào)整負(fù)荷，長期來看，計(jì)算機(jī)智能可取代人工。缺點(diǎn)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(shí)時(shí)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(xì)亮．基于GSM通信的配電變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．電力系統(tǒng)保護(hù)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(chǎng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．云南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，35（S2）：211-216．

［4］嚴(yán)冬，龍國強(qiáng)，王平，等．基于Modbus協(xié)議的配電室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．四川大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)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(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)［J］．電源技術(shù)，2004，38（11）：2 180-2 181．

［7］何方，呂成軍．高壓開關(guān)配電室SF6環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［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(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［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(shè)計(jì)［J］．電力系統(tǒng)保護(hù)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(jí)工程師，從事配電運(yùn)維和管理工作；

向珉江（1986），男，工程師，技師，從事配電線路和設(shè)備運(yùn)維工作；

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

馬強(qiáng)（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(shè)備運(yùn)維工作。