高校建设中无人值守智慧配电监控系统设计.pdf

第 17 期2023 年 9 月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.17September,2023作者简介:李剑(1975),男,江苏南京人,高级工程师,硕士;研究方向:计算机信息技术的应用。高校建设中无人值守智慧配电监控系统设计李 剑(江苏开放大学,江苏 南京 210036)摘要:配用电系统及设备的数字化与智能化发展,使配电系统的自动监测和无人值守具备了技术上的可行性,实现了变电所无盲区无人值守可靠运行。这一技术对于我国高校建设而言,有着重要的实践意义。由于我国高校规模的扩大和现代化建设的进一步推进,高校电力配电系统正面临着越来越多的挑战,无人值守智慧配电监控系统能够确保高校电力供应的稳定性和安全性。文章对新建和改造配电系统时变电所无人值守管理存在的问题进行了研究并提出一体化解决方案,深入分析了无人值守智慧配电监控系统设计对高校建设的实践意义,并探讨其在高校电力配电中的作用和影响。关键词:无人值守;智能配用电监控系统;高校建设中图分类号:TP277 文献标志码:A0 引言 党的二十大报告提出“推进教育数字化,建设全民终身学习的学习型社会、学习型大国”1 我国高校基础建设将进一步充分提升规模和建设水平,其中,配电房是校园建设过程中必不可少的主要电气设备场所。多年来,配电房因系统运行管理工作较为薄弱,经常出现因跳闸、短路、超温等问题,这些问题既影响了系统的稳定可靠运行,也造成了生产和人身的安全隐患。为了解决这些问题,无人值守智慧配电监控系统应运而生。无人值守智慧配电监控系统设计是将先进的信息技术与电力配电系统相结合,实现对电力设备实时监控、故障诊断和智能化管理的系统。该系统利用传感器、数据采集设备和远程监控技术,实现了对高校电力设备的全方位监测和控制,提高了电力供应的稳定性和安全性。针对目前我国高校日益复杂的变电站机房布局以及配电类型,需要进一步加大资金和人力投入力度才能够实现维护。无人值守智慧配电监控系统能够实时监测电力设备的运行状态,若发现异常则可以第一时间报警,将损失降到最低。无人值守智慧配电监控系统可以大大减少电力设备故障和停电时间,提高电力供应的可靠性和稳定性。此外,无人值守智慧配电监控系统可以实时采集设备运行数据,通过数据分析和预测,提前发现设备故障的可能性,并进行相应的维护工作,提高维护效率,延长设备的使用寿命。依托工业物联网、大数据、云平台、人工智能等先进技术,打造数字化、信息化、智慧化的智慧配电及运维云平台,配套供配电运维服务管理体系,从而在保障供配电系统运行安全的前提下,精简现有人力成本,能够大大提高校园内的供配电系统整体运维管理水平。1 高校变电所设备及管理存在的问题及解决措施1.1 存在的问题 通过对校园内的变配电系统现场进行调研勘察,发现目前在开闭所、变电所基础设施及供配电运维管理方面,普遍存在以下问题:(1)目前由于难以招聘到专业的运维人员,导致运维管理工作长期存在难度,甚至出现疏漏。由于目前的硬件设施发展速度比人员的专业能力更新速度更快,相关运维人员对薪酬待遇的要求也开始日益增高,但是人员的专业能力和抢救及时性仍有待考究。能满足专业运维管理需求的人员甚少、招聘成本高。(2)部分变电所建设年代久远,部分配电系统的配电柜、电气设备等老旧且功能单一,运行维护成本高,普遍缺乏高低压智能断路器及配套电操机构等设备配置。除少量单位原有的监控系统实现了高低压配电系统配电回路的全面监控,大部分单位普遍存在原有的配电监控系统监控覆盖不全面或无配电监控系统的问题,无法对所有的高低压配电回路进行远程实时、连续、完整的数据监测,包括所有回路的用电参34第 17 期2023 年 9 月无线互联科技智能控制No.17September,2023数监测、电能质量监测、用电安全监测、电能计量等,这就无法实现对配电回路状态信息进行全面实时动态掌握,变电所供配电系统的监控管理水平受到影响。(3)供配电系统智能化程度较低。供配电系统主要依赖于工作人员的日常巡视,变电所未采取无人值守化的智能化监管措施,高低压回路运行的安全系数较低。供配电系统未实现全面的远程自动化监控,包括各个变电所的高压用电设备、高压综保远程监控、变压器远程监控、低压配电回路(含电操机构的)远程分合闸控制;供配电系统运行状态、故障和保护信息不能及时被电气运行管理人员掌握,无法实现故障快速定位、故障快速隔离、自愈联锁控制、异常报警管理等功能;部分变电所未实现远程视频监控,更无法实现与配电系统的视频联动监控。(4)供配电系统缺少完善的电力运行数据统计分析、能耗报表及审计、智能分析及诊断、能源流向及负荷预测、设备运维管理、报警管理、移动终端等软件功能,无法通过大数据分析预测,合理调度电力系统,优化运行策略。1.2 解决措施 针对高校变电所设备及管理存在的问题,笔者认为应采取以下措施:(1)借助技术设备和系统,建立校园供配电系统运维保障服务体系,通过协调机器与人工的搭配来实现配电房的基本运维管理。(2)通过整合互联网、云计算、大数据,在专业电力监控系统加持下采用先进、可靠、集成和环保的智能电气参量采集设备,全方位监视配电系统的运行状态。(3)以全站信息数字化,通过实时监控等高级功能,能够在第一时间完成相关的信息采集工作,并且在线上形成及时的决策,这样能够快速定位、隔离故障,为后期维修工作的开展奠定基础。(4)系统配合专业团队的运维人员,能够让运维工作实现“集中监控、事故预防、快速抢修、经济运行”的目标,在提升供配电系统信息化、自动化水平的同时,也避免因人工运维导致盲区的出现,进一步降低隐患,同时也增强了信息传递的精准性,减少人员的成本支出。2 无人值守智能配用电系统设计2.1 无人值守智能配电室监控系统拓扑 配电智能化系统网络结构如图 1 所示。图 1 配电智能化系统网络结构44第 17 期2023 年 9 月无线互联科技智能控制No.17September,2023 无人值守智能监控系统有着一定的专业性和复杂性,为了进一步实现该系统在高校建设中的运用,本文主要从终端数据采集层、数据传输层展开实践内容分析。2.1.1 终端数据采集层 高低压柜和母联上安装多功能电力监控终端,完成开关柜电压、电流、功率、功率因素、频率、谐波等相关数据的采集工作,工作人员在系统采集了精准的信息之后,只需要对这些信息展开分析,就能够为系统的操作提供依据。把连续、高密度采集的电能输入相关平台之后,监控平台就可以代替人工对后续的控制工作进行专业化管理。此外,相关环境参数,例如烟感、温感、水浸、异常入侵、环境湿度等信息,也可以配置相关传感器进行数据采集和传输。2.1.2 数据传输层 分析数据传输层需要两种不同的通信方式。第一种是常见的以无线 4 G/5G 网络传输为主,通过网络传输相关数据,云服务器将采集到的相关信息传输到监控中心。第二种通信方式是有线传输模式。本地敷设专用光纤,跨区域单位通过 DDN 专线,通过网络控制器使整个系统和监控中心产生连接。第一种方案的优势在于避免出现过多的线路布局,通过无线网传输不仅便捷,同时也能够便于用户查看实时信息,但是由于通信流量费用较高,还需设置一根宽带才能够实现手机物联卡、云服务器空间内、监控室三者的连接2。第二种方案的优势在于一次性的线路布局,便能够满足终身需求。但是由于网线布局、敷设量较大,会增加更多的施工成本和后期维护成本,同时想要掌握相关信息,只能通过监控中心来完成传输,获取信息渠道不够直接。2.2 系统设计思路2.2.1 变电所高压侧回路智能监控(1)通过配置智能网关,将各变电所高压、中压回路上的微机综合继保装置纳入系统平台,实现综保远程监控。(2)可借助高压配电回路上综合继保装置对现有的线路进行控制。(3)通过配置多功能电力监控终端并配置互感器,实现各变电所高压侧配电回路的电力运行参数监测。2.2.2 变压器智能监控 (1)通过配置智能网关以及具备远传通信功能的变压器温度控制器(现场无远传功能的温控仪需更换),实现各变电所变压器远程安全监控。(2)通过配置拾音器(通过视频监控系统接入平台),实现各变电所变压器噪声远程监测。2.2.3 母排温度智能监控 通过配置无线测温传感器、无线温度采集器,实现高低压母排温度实时在线安全监测。2.2.4 低压侧回路智能监控(1)通过不同的变电所低压总进线、母联回路、低压出线回路,配置多功能电力监控终端,实现对应回路的电力参数监测、电能质量监测、线缆温度、漏电流实时监测。(2)多功能电力监控终端可结合已有的低压电操机构等电气装置,实现各低压总进线、母联回路和带电操机构低压出线回路的遥测、遥信、遥控功能。2.2.5 电容柜联动智能监测 通过配置智能网关,实现对电容柜无功补偿控制器运行状态的远程监控。2.2.6 变电所环境安防以及视频联动监控 通过在各变电所高压配电室、低压配电室等处安装轨道式智能巡检装置、网络摄像机、硬盘录像机、温感、烟感、红外、水浸、温湿度等探测器,实现所有变电所的视频移动巡检和配电系统联动监控、环境及安防智能监控。2.2.7 变电所空调及风机智能监控 通过在各变电所配置智能插座,实现已有空调、风机的远程监控。2.2.8 门禁管理及联动 通过在各变电所配置门禁系统,实现刷卡入户,出入记录可查,提高安全性;通过配置照明控制终端对房间内照明进行远程监控,可与门禁、视频联动,当监测到有人且照度不够时自动开灯,人走后自动关灯。2.2.9 直流屏智能监控 通过各个变电所已有的直流屏或配置 UPS 电源,实现系统现场监控设备的可靠供电;配置智能网关,实现对直流屏/UPS 的远程智能监控。2.2.10 智能移动运维 通过智能移动运维手机 App 软件,实现线上智慧配电及运维云平台 724 h 远程集中监控,并帮助线下专业运维团队定期巡检与故障定位,实现联合闭环智能运维管理。3 系统功能和主要特点3.1 系统功能 系统功能包含供配电系统运行监控、智能巡检、智能运维、报警管理、手机 App 应用等方面的内容,实现对各变配电室 24 h 实时在线无人值守,有效保障电力供应的安全可靠,同时平台连通线上及线下电力54第 17 期2023 年 9 月无线互联科技智能控制No.17September,2023运维业务工作,提高运维的效率和质量,减少人力开支,提升经济效益(见表 1)。表 1 系统功能设备名称功能描述具体功能10 kV/6 kV 高压遥信开关状态 故障状态 远程/本地状态 开关位置 开关储能遥测常规电气参数 谐波 不平衡度 需量 零序电流遥控手车进出 断路器分合 接地开关分合遥视移动巡检 视频联动(AI 监控)自动巡航温度监控母排温度 动静触头 电缆接线桩 主支母线搭接部位 开关联动0.4 kV 低压遥信遥测遥控遥视变压器监控温度监控电能质量开关状态 故障状态 远程/本地状态 开关位置 开关储能常规电气参数 谐波 不平衡度 需量断路器分合闸 塑壳断路器分合 低压联锁控制移动巡检 视频联动 自动巡航变压器负载率 变压器声音 变压器温度(三相)风机状态 故障报警 超温报警 风机控制 开关联动母排温度 动静触头 框架断路器搭接桩 主支母线搭接部位 电缆温度 开关联动电能质量监测 电容柜状态反馈其他辅助控制直流屏状态 UPS 状态 智能化设备状态 动环联动 空调联动 风机联动 视频联动 移动运维手机客户端 网络报修 设备管理 工作票 信息发布 应急预案 移动巡检 人员识别 门禁联动统计分析历史曲线 统计报表 负荷预测 负荷流向 平衡分析地理信息地图导航3.2 系统特点3.2.1 远程监控、统一管理 无人值守智能配电系统将能够实现远程监控统一管理的特征,这样就避免了人员在值班巡视过程之中可能会产生的疏漏以及安全隐患。由于当今高校现代化基础建设要求专业性以及高效性,单纯的人工值班模式即使做到 24 h 不间断监测,也难以避免因人工监测出现的疏漏问题。采取该系统则能够实现智能运营维护,所获取的信息也更加精准,为专业人员的判断和决策提供更加具有参考价值的数据。同时,远程的监控模式可以统一进行配电室管理,集中性更强,减少人工成本。3.2.2 异常报警,快速抢修 无人值守智能配电系统对数据不间断实时监测,比如出现了温度异常、超负荷运行等常见的问题,可以第一时间通过系统报警,为专业人员及时到达现场抢修争取时间。该系统拥有三维地图查询功能,能够以最快的速度了解到距离最近检修人员的实时位置信息并智能派单,不仅能够实现快速抢修,也使后期的长期运维实现高速智能化。3.2.3 合理规划、定期巡检 根据设备所反映的具体情况能够通过系统判断出合理的巡检周期以及巡检方式。这些数据能够通过系统及时上传到云端,供专业人员进行决策。如果巡视过程之中出现了一些不能及时解决的问题,也能够在第一时间反馈问题,让服务中心进行处理。3.3 系统智能联动功能 无人值守智能配电房监控终端单元与执行设备具备系统联动功能,可以更加智能、自动化地保障配电设施的稳定可靠运行。3.3.1 门禁与红外布防/撤防、照明、风机联动 (1)电子钥匙如果在拥有合法权限的情况下,那么开门可以实现自动撤防,避免了因非法开门带来的安全隐患。(2)在任意一扇门打开的时候,室内自动照明、自动打开风机。关门则自动关闭,进一步节约能耗。(3)红外报警在被触发之后,会产生入侵报警时间;撤防红外失效,触发红外报警时,不产生入侵报警64第 17 期2023 年 9 月无线互联科技智能控制No.17September,2023时间3。3.3.2 温湿度与空调设备联动 (1)在超过额定湿度的情况下,空调除湿功能自动启用。正常情况下则自动关闭空调节约能耗。(2)在超过额定温度的情况下,空调制冷功能自动启用。正常情况下则自动关闭空调节约能耗。3.3.3 视频与门禁、红外、水浸、烟感联动 (1)实时监控功能的摄像头在监测过程之中,如果出现了非法入侵等异常行为,则摄像头会及时记录相关画面信息并发送上报,在关门状态下,摄像头则处于默认位置。(2)如在红外探测器出现异常警报的情况下,摄像头也会在同一位置进行画面拍摄。(3)如出现了室内被水浸泡,摄像头则会在水浸探测器同一位置进行画面拍摄。(4)如出现烟雾,摄像头会在烟雾探测器同一位置开始摄像。3.3.4 烟雾与消防设备、视频、主站报警联动 在出现烟雾的情况下,除了进行摄像头的画面录制以外,还将自动启用风机,监控主站将在第一时间报警至数据中心,通知专业人员抢修处理。4 结语 无人值守智慧配电监控系统在高校中具有重要的实践意义,它可以帮助高校实现电力设施的有效管理、能源的节约利用、安全的运行和数据驱动的决策支持,提升高校的整体管理水平和可持续发展能力。未来,研究人员还可以进一步研究系统的优化和改进,以更好地满足高校建设的需求。建设无人值守智能配电系统,可以以信息化促进用户科学用电、安全用电、节约用电,不仅为高校校园用电提供“可调、可控、在控”的工具价值,还实时掌握用电情况,保障用电安全,以自动化提高用电效率,提高运营管理水平。参考文献1陈乃林.国际视野下学习型城市建设的中国特色探析 以中国四个国际获奖的学习型城市为样本J.广州城市职业学院学报,2022(4):1-8.2蒋振铨.配电室智能监控系统的设计与实践探索J.居业,2020(12):21-22.3周梦渊.海岛智能配电房设计方案研究J.自动化应用,2018(12):125-126.(编辑 王雪芬)Design of unmanned intelligent power distribution monitoring system in university constructionLi Jian Jiangsu Open University Nanjing 210036 China Abstract The digital and intelligent development of power distribution systems and equipment has made automatic monitoring and unmanned operation of distribution systems technically feasible achieving reliable operation of substations without blind spots and unmanned operation.This technology has important practical significance for the construction of universities in China.Due to the expansion of the scale of universities in China and the further promotion of modernization construction the power distribution system in universities is facing more and more challenges.The unmanned intelligent power distribution monitoring system can ensure the stability and safety of power supply in universities.The article studies the problems of unmanned management in substations during the construction and renovation of distribution systems proposes integrated solutions and deeply analyzes the practical significance of the design of unmanned intelligent distribution monitoring systems for university construction and explores their role and impact in university power distribution.Key words unattended intelligent power distribution monitoring system university construction74