智能化低压配电网络平台的研究与应用

智能化低压配电网络平台的研究与应用

朱伟星   樊东

上海奉贤燃机发电有限公司  上海   411102

摘要：在配电数字化浪潮的影响下，企业需要进一步思考一些关键战略性问题，如何实现更细化的系统能效优化管理，如何通过资产管理实现主动化运维，做出提前的谋划和布局。这种战略性的影响趋势，总结为以下特征：一是为了满足“配网资产全生命周期管理”的需求，实现电气柜的台账数字化、运行数据监测、状态数据监测。二是以“营配贯通、配网精益化运行管理”为需求，实现集中管理、馈线能耗监测、故障定位分析等功能。三是通过智能元器、传感设备相结合采集数据，用标准化的接口和总线接入到后台监控系统。因此，重点介绍智能配电系统的实质，论述在实现低压配电系统智能化过程中涉及的关键技术。本文就智能化低压配电网络平台展开探讨。

关键词：低压配电网；智能化；

一、引言

在传统的低压配电网运检中，普遍，效果不稳定的问题。某公司低压厂用电采用的是施耐德MT系列框架式断路器及塑壳式抽屉开关组成的400V配电系统，低压抽屉开关内接触器、热载继电器发热烧坏现象频繁发生，开关低压柜断路器、指针式电流表缺少通讯功能，日常采用巡视的方式，人工查看设备运转状态，存在着效率低下无法实时了解设备和系统的运行状况，故障分析难度大，无法掌握设备绝缘的劣化趋势。此外，低压柜内母排和出线侧电缆由于紧固件松动、过负荷造成发热，仅依靠值班人员红外巡检，不能够及时发现隐患，同时由于距离带电设备较近，存在一定的安全隐患。目前国内配电房主要由高低压配电柜、变压器、直流屏以及继电保护系统等组成。受配电设备智能化水平和值班人力不足的限制，大部分配电房无法实现事故精准预防、能源高效管理等先进功能。现有配电房难以适应未来新型电力系统建设需要，开展数字化改造的需求正日益显现。

二、智能化低压配电网络基本组成原理

智能化低压配电网络最大程度利用了数字时代的技术成果，它以现有的断路器、接触器、继电器等为控制基础，结合新型的智能电力仪表、监控模块、现场监视器件和后台监视器件、网络I/O，实现对配电主回路和各分路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、电量、温湿度等参数的实时监测，对控制电器的分合进行控制和监视。借助现代计算机技术、网络技术和通信技术实现各子系统之间资源共享，达到配电系统分层分布式控制、保护。

智能化低压配电网络平台主要由智能配变终端、远程监控中心、软件平台以及云平台等几个部分组成。其中：

1.智能配变终端：包括终端硬件、数据采集传输模块以及传感器等，主要负责低压配电网智能化运检中的传感数据采集、实时数据处理，并将数据传递至运检中心以及上层平台进行分析处理。

2.远程监控中心：主要负责低压配电网运检信息的收集、处理以及运维服务等，协助人员对低压配电网进行实时监控和管理。

3.软件平台：用于数据分析、处理、设备管理以及异常报警等，能够实现终端设备的故障诊断、预测，同时也能够对网络进行虚拟化构建、网络安全监控等。

4.云平台：用于存储、处理、管理数据，能够提供远程管理、数据备份、云计算等服务，使得低压配电网的智能运检体系能够更加灵活高效。

三、改造方案

以原400V低压配电系统为研究对象，通过对现有配电系统存在的安全隐患进行分析，针对性的制定了一下相应的改造方案：

（1）布置无线无源测温系统

国内外由于接线松动导致变压器故障、电机损坏事故频发，针对低压柜内母排和抽屉没有发热点监测，变压器仅有线圈测温装置且无温度远传功能，无法预判故障发生的潜在风险。将所有电缆接头及母排连接部加装无线测温传感器，传感器通过自感方式供电，保证了设备的绝缘性。通过先进的频段通讯，穿透金属密闭空间的干扰，实现实时传输。

（2）布置电量监测及环境监测系统

针对低压柜断路器没有通讯功能，仪表为指针式电流表，不能采集数据，无法了解设备和系统的实时运行状况。将多功能电表接入每个配电装置，实现电量数据采集与监视。柜内安装温湿度传感器实现环境监测，并将上述采集数据通过网关和交换机汇集到后台监控系统，供监盘人员实时监控，并为设备状态分析提供历史数据。

（3）部署数字化物联网平台

在变压器柜及低压配电柜各间隔中配置网关、交换机、多功能表、温湿度模块、无线测温传感器、24V电源模块等设备基于数字化物联网平台，进行本地部署，配合智慧配电软件搭建组成数字化物联网平台。智能平台根据开关量及模拟量状态、结合故障检测数据库、网络拓扑分析，进行故障判断和设备健康分析，实现全景监测、智能监测、运维管理（工单管理）、3D智慧配电房全景展示、移动App等数字化功能，实现数字化资产管理，从端到端保证配电系统安全健康。

四、改造后的使用效果

项目实施后，智慧配电监控平台能够实现能效管理的精准计量、精益管理、精确诊断，满足能效精细化管理需求，实现电气柜的台账数字化、运行数据监测、状态数据监测、集中管理、馈线能耗监测、故障定位分析等功能。配电回路运行电压、电流、功率因素、有功功率异常与提醒。断路器各类脱扣事件频次减少。100%掌握核心随机性事件分布规律、幅值、持续时间，掌握负载对电能质量耐受性，保障企业作为上海电网主力调峰电厂供电安全、可靠性。

全景监测

全景监测页面通过整体概览数据，能够方便用户直观掌握站点宏观情况，重点体现资产以及运维两大主要内容信息，包括设备接入信息，站点告警情况等。同时，全景监测页面与智慧运维界面紧密耦合，点击具体站点即可跳转至相应运维界面。

智能监测

通过一次接线图和配电房建模，清晰还原配电房资产信息、告警信息以及关联告警处理等的运维操作。用户可以通过智慧运维界面，直观的掌握配电房各回路的运行数据、设备状态、以及告警信息。使运维人员无需去到现场即可掌握第一手的运维信息。

资产管理

针对用户配电资产的管理，如变压器、开关柜等、资产管理页面与物联平台紧密连接，可以一键导入配电资产信息，并进行实时数据的查看。同时，直接反应资产当前状态，有无告警，健康状态如何等信息。用户通过资产管理可以清晰定位资产位置以及从属关系，针对断路器等重要设备，用户也可进行设备详情的查看（设备需带通讯功能）。本模块同时与智慧运维，告警管理，运维工单，事件管理，设备健康度分析（如有）等模块紧密耦合。

告警管理

告警管理页面将告警分为未解除与已解除两大类供用户进行查询。同时，告警管理页面作为整个产品告警功能的依托，是大部分告警详情跳转的承载页面，与其他功能模块的告警信息紧密耦合。本模块展示告警信息的具体内容，包括告警的设备、所属位置、告警类型、告警级别、告警时间、当前状态、告警时间等内容，给处理人员准确、直观的信息，判断设备状况及处理方案。

运维管理（工单管理）

满足用能企业用户、物业配电运维服务商用户及地方供配电管理用户的配电运维需求。支持分配部门管理员、班组长用户和工作班成员用户3级使用角色，调整工单生成的流程，增加多级派发、执行完成审核的部分。

电能质量监测

支持对配电房各进线线路电能质量进行智能检测与分析，包括功率因数过低、电压偏差、三相电流不平衡、谐波等典型的电能质量问题，支持用户开展电能质量原因分析。能提供电能质量监测，核心指标监测覆盖率100%，实时提醒后台监控人员，给出辅助意见，有效提高电能质量，保证生产连续性和设备效率。此分析预测能力需具备离线横向比较和迭代能力。

结束语

总体而言，随着低压电气行业的智能化发展，实施“集中控制、少人值守”远程监控系统将是未来发展的必然趋势。而集成的大数据智能分析应用系统是减少值班人数、提高人员利用效率的关键。智能低压配电系统是通过信息技术改造现有的供电设备,其目的在于最大限度地提高能源利用效率和能源供应安全水平。配电自动化技术是智能配电网络支持系统的重要组成部分。智能化低压配电网络正在向小型化、多功能方向发展,现场总线技术的发展与应用将提高智能化低压电器产品在网络上的兼容性。因此，打造低压电气设备的大数据分析应用系统，可提高设备的可用性，实现统一协调、优化管理、集中监控、系统集成，实现配电资产的远程智能运维。

参考文献

[1]秦立军.智能配电网及其关键技术.中国电力出版社. 2010年9月.

[2]程利军.智能配电网.中国水利水电出版社. 2013年9月.

[3]盛万兴.智能配电网建模理论与方法.中国电力出版社. 2016年6月.