1. 系統(tǒng)背景
城市配電房和開關(guān)站數(shù)量多分布廣，遍布城市各個角落，大至片區(qū)，小至某一棟大樓，均配有配電房或開關(guān)站。而長期以來，配電室管理工作一直是供配電系統(tǒng)運行管理可靠性的薄弱環(huán)節(jié)之一，一些配電室開關(guān)跳閘和配電室環(huán)境過熱影響設(shè)備運行、配電室水浸導致設(shè)備損壞、配電室設(shè)備被盜等，既容易燒毀設(shè)備，也容易影響用戶正常的用電，而這些故障卻常常被人們忽視。多年來，由于配電網(wǎng)絡(luò)缺乏這方面的檢測手段，一般都在每年或每季的幾個規(guī)定日，由工作人員逐個測量配電裝置及點巡檢，結(jié)果是費時費工，既不能及時反映真實情況，也不能及時解決實際問題。
近年來在推廣泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和狀態(tài)檢修的大背景下，國內(nèi)的電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展勢頭有增無減，無論是在線監(jiān)測應用的規(guī)模還是在線監(jiān)測技術(shù)水平，與國外相比都不遜色。隨著在線監(jiān)測系統(tǒng)在配電房設(shè)備上的應用，對配電房進行智能化改造，建立配電房設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)配電房設(shè)備的實時狀態(tài)監(jiān)測，能夠?qū)崿F(xiàn)配電房設(shè)備由計劃巡檢向狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變，能夠及早發(fā)現(xiàn)安全隱患，降低運維成本減少事故損失。
本方案通過采集配電自動化裝置的接口信號、開關(guān)狀態(tài)信號、電氣參數(shù)信號實現(xiàn)四遙功能。安裝溫濕度傳感器、水浸傳感器、煙感探測器、溫感探測器、無線母排測溫裝置、變壓器（開關(guān)柜）局放監(jiān)測、門禁監(jiān)控設(shè)備、安防監(jiān)控設(shè)備等實現(xiàn)配電室的環(huán)境參量監(jiān)控功能。對巡檢人員進行系統(tǒng)管理，實現(xiàn)智能化運維管理。以滿足配電室智慧管理的需求。
本方案基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實施應用，可對設(shè)備全面實時的獲取運行狀態(tài)信息、實時信息融合處理等方面的綜合應用與展示，為電網(wǎng)運維管理提供更為全面的設(shè)備運行狀態(tài)信息和更精確的管控工況信息，以實現(xiàn)配電網(wǎng)信息化、自動化、互動化，進一步提高配電網(wǎng)運維管理效率、提升綜合服務(wù)水平提供信息支持。
2. 參考標準與規(guī)范
? Q/GDW1168-2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》
? DL/T 1430-2015《變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導則》
? GB50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準》
? Q/CSG114002-2011《電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程》
? GB/T11022《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標準的共用技術(shù)要求》
? 國家電網(wǎng)設(shè)備〔2018〕979號 國家電網(wǎng)有限公司關(guān)于印發(fā)十八項電網(wǎng)重大反事故措施（修訂版）的通知
? Q/GDW 1535 變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置通用技術(shù)規(guī)范
? Q/GDW 1921 智能變電站35kV及以下保護測控計量多功能裝置技術(shù)規(guī)范；
? Q/GDW 10766 10kV～110（66）kV 線路保護及輔助裝置標準化設(shè)計規(guī)范
? Q/GDW 10767 元件保護及輔助裝置標準化設(shè)計規(guī)范
? Q GDW 11085 真空斷路器開合容性電流老煉試驗導則
? Q/GDW 11398 變電站設(shè)備監(jiān)控信息規(guī)范
? Q GDW 11472 繼電保護和安全自動裝置用電子標簽技術(shù)規(guī)范
3. 方案概述
3.1. 變電站概況
設(shè)備基本概況
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序號 |
名稱 |
描述 |
數(shù)量 |
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1 |
高壓開關(guān)柜 |
2進線柜+2電容柜+2PT柜+10饋線 |
16面 |
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2 |
干式變壓器 |
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2臺 |
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3 |
低壓開關(guān)柜 |
MNS3.0 |
12面 |
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4 |
直流屏 |
DC220V65AH |
1套 |
3.2. 方案設(shè)計概況
? 配電房運行環(huán)境智能調(diào)控系統(tǒng)以“可編程擴展、智能控制”為核心，通過原有保護裝置技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集成應用，實現(xiàn)配電房內(nèi)環(huán)境的全天候狀態(tài)監(jiān)視和智能控制。
? 系統(tǒng)通過無線無源溫度傳感器、局放傳感器、行程傳感器對關(guān)鍵開關(guān)設(shè)備的導電特性、絕緣特性乃至機械特性進行在線監(jiān)測，動態(tài)掌握關(guān)鍵設(shè)備的健康狀態(tài)。并根據(jù)特性趨勢分析了解關(guān)鍵設(shè)備的壽命預測。
? 系統(tǒng)通過無線無源溫度傳感器、局放傳感器、振動傳感器以及電流傳感器對配電變壓器外殼溫度、鐵芯溫度、局放、振動、鐵芯接地電流等進行在線監(jiān)測動態(tài)掌握變壓器設(shè)備運行狀態(tài)，并進行趨勢預警，支持智能運維。
? 遙信遙測功能：遙信，采集配電網(wǎng)的各種開關(guān)設(shè)備的實時狀態(tài)，通過配電網(wǎng)的信道送到監(jiān)控計算機；遙測，采集配電網(wǎng)的各種電能（如電流、電壓、用戶負荷、電度等）的實時數(shù)值，通過配電網(wǎng)的信道送到監(jiān)控計算機；
? 系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)通信為紐帶，完成站端音視頻、環(huán)境數(shù)據(jù)以及安全防范等數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，并將以上信息遠傳到監(jiān)控中心。
? 系統(tǒng)可把環(huán)境、視頻、通風、照明、安全防范、消防、一次設(shè)備輔助監(jiān)控等所有監(jiān)控量在監(jiān)控系統(tǒng)主界面上進行一體化顯示和控制。
? 系統(tǒng)可以設(shè)置內(nèi)部的環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)控、空調(diào)及設(shè)備聯(lián)動等各子系統(tǒng)之間進行聯(lián)動，并可以根據(jù)現(xiàn)場需求，完成自動的閉環(huán)控制和告警，如自動啟動/關(guān)閉空調(diào)、自動啟動/關(guān)閉風機、自動啟動/關(guān)閉排水系統(tǒng)等。
? 系統(tǒng)所有操作以及報警確認，都保留詳細的日志并生成相應報表。
4. 系統(tǒng)功能
4.1系統(tǒng)框架
SPM-500智能互聯(lián)配電運維管理平臺系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如下圖：
4.2系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)集成了電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)、運行環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)和配電運維系統(tǒng)管理平臺，如下：
4.2.1電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)：
? 開關(guān)柜狀態(tài)在線監(jiān)測子系統(tǒng)（局放、弧光保護、溫度、機械特性等）；
? 變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測子系統(tǒng)（局放、溫度、鐵芯、振動、風機等）；
? 智能配用電終端監(jiān)測子系統(tǒng)；
4.2.2 運行環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)：
? 環(huán)境監(jiān)測聯(lián)動控制子系統(tǒng)（溫濕度、水浸、SF6/O2氣體等傳感，空調(diào)、風機等聯(lián)動）；
? 安防監(jiān)控子系統(tǒng)（紅外探測，門禁）；
? 消防監(jiān)測子系統(tǒng)（煙感、明火探測、聲光告警）
? 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（槍機攝像頭、球機攝像頭）；
4.2.3、配電運維系統(tǒng)管理平臺：
? 信息通訊采集處理、存儲、展示；
? 電氣設(shè)備狀態(tài)評估；
? 專家在線自動診斷；
? 設(shè)備臺賬管理；
? 運維工單管理；
? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表管理；
4.3系統(tǒng)管理主界面
4.4電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)功能簡述
4.4.1 傳統(tǒng)SCADA數(shù)據(jù)采集監(jiān)視功能
對于舊站改造項目，可通過開關(guān)柜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或模塊單元輸出RS485采集信號，與SED-500FM裝置通信，后臺軟件實時采集各種信號量狀態(tài)遙測遙信數(shù)據(jù)，包括動力配電柜、高壓開關(guān)柜的運行狀態(tài)、負載參數(shù)等數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測預警，以及各種設(shè)備的供電情況的監(jiān)視。
對于新建配電室/變電房，該系統(tǒng)可集成開關(guān)柜保護功能或智能環(huán)網(wǎng)柜DTU在線監(jiān)測系統(tǒng)功能，可支持完成配電室高壓開關(guān)柜、動力配電柜的運行狀態(tài)、負載參數(shù)等數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測預警，包括電壓、電流、有功、無功等，以及各種設(shè)備的供電情況的監(jiān)視。
4.4.2 開關(guān)柜狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)
1）開關(guān)柜無線無源溫度在線監(jiān)測：
開關(guān)柜的內(nèi)部過熱現(xiàn)象已成為開關(guān)柜使用中的常見問題，由于開關(guān)柜體的密閉性，在一些負荷較重的地區(qū)，存在開關(guān)柜的溫升超標問題。開關(guān)柜的溫升超標，直接影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，而且，過熱問題是一個不斷發(fā)展的過程，如果不加以控制，過熱程度會不斷加劇，并對絕緣件的性能及設(shè)備壽命產(chǎn)生很大的影響。因此需要對開關(guān)柜溫度進行實時監(jiān)測，了解開關(guān)柜的運行狀態(tài)。
對開關(guān)的觸頭、電纜連接、母排連接等主要連接處溫升監(jiān)測，可診斷電器設(shè)備導電性能是否完好，提前發(fā)現(xiàn)導電體表面氧化、老化、接觸不良等問題；實時溫度、歷史曲線，如果出現(xiàn)超溫情況，可以快速定位并及時通知相關(guān)人員。
無溫度傳感器參數(shù)如下表所示：
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工作環(huán)境 |
-25～125℃, ≤95%RH |
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工作頻段 |
433MHz |
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發(fā)射功率 |
<10dbm |
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傳輸距離 |
≥150m |
視距，實際情況據(jù)現(xiàn)場條件而定 |
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測溫方式 |
接觸式 |
體積輕小，優(yōu)先安裝動觸頭 |
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測溫范圍 |
-25～+125℃ |
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測量精度 |
±0.5℃ |
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測量間隔 |
5S |
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發(fā)送間隔 |
10～60S |
溫度越高發(fā)送間隔越短 |
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休眠功耗 |
<3.0uA |
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發(fā)射功耗 |
<15mA |
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供電方式 |
自取能，無線 |
一次回路電流≥5A |
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使用壽命 |
10年 |
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可維護性 |
后期基本免維護 |
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防護等級 |
IP68 |
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外形尺寸 |
27×22×10mm |
傳感器主體尺寸 |
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安裝方式 |
環(huán)繞固定式 |
可安裝動、靜觸頭以及母排、電纜進出線 |
2）機械特性在線監(jiān)測：
由于潮濕，塵污等惡劣的環(huán)境影響，開關(guān)機構(gòu)的零部件易銹蝕，卡澀，引起機械性能異常，例如脫扣器卡滯，傳動部件不靈活，分合閘速度降低，分合閘時間異常等，造成拒分，拒合，合閘不到位，分閘不到位等故障與缺陷，尤其是現(xiàn)在保護級差的縮小，對開關(guān)分合閘時間的長短及分散性提出了更高的要求，因此，實現(xiàn)開關(guān)設(shè)備及其機構(gòu)包括分合閘線圈的特性監(jiān)測，從而預測開關(guān)的機械故障及機械壽命是必要的。
以往的接觸式傳感器必須同軸安裝，否則傳感器的可靠性及壽命將大大降低，更有甚者會損壞傳感器，直接影響監(jiān)測的結(jié)果。本項目應采用無接觸式安裝的方式，克服了機械特性傳感器在機構(gòu)中安裝的困難，
采用基于一二次融合技術(shù)的智能終端，即可實現(xiàn)對分合閘線圈的電流波形、儲能電機電流波形及負荷開關(guān)電動操作機構(gòu)電流波形的監(jiān)測，并通過知識庫及故障庫實現(xiàn)對開關(guān)設(shè)備的機械性能狀態(tài)及機械壽命的評價。
位移傳感器參數(shù)如下表所示：
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供電電源 |
9-24V |
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功 耗 |
不大于0.5W |
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分 辨 率 |
±0.05° |
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采樣頻率 |
5kHz |
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記錄長度 |
200ms（可調(diào)） |
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數(shù)據(jù)格式 |
位移曲線，comtrade格式 |
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工作溫度 |
-40~80℃ |
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存貯溫度 |
-40~120℃ |
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測量方式 |
非接觸式 |
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通信方式 |
RS485 |
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波特率 |
19200 |
3）局放在線監(jiān)測：
配電設(shè)備中開關(guān)柜數(shù)量多，而人員基本保持了零增長，造成每年人均維護工作量大，維護成本不斷攀升。傳統(tǒng)試驗手段不利于發(fā)現(xiàn)局部微小缺陷和隱患，且?guī)淼墓╇娍煽啃詥栴}凸出。傳統(tǒng)的開關(guān)柜局部放電帶電監(jiān)測手段，以離線式開關(guān)柜局放監(jiān)測儀為主，受開關(guān)柜負荷變化的影響，在缺陷的早期階段，故障的檢出率不高。
開關(guān)柜局放在線監(jiān)測裝置，對開關(guān)柜局放實現(xiàn)在線監(jiān)測，能夠及時發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜局放的狀態(tài)變化，及時發(fā)現(xiàn)問題。
通過聲音/超聲波聯(lián)合檢測，利用聲納技術(shù)，采用先進的音頻識別算法，監(jiān)測電氣設(shè)備的局放特性，定性判別設(shè)備的絕緣狀態(tài)，提前預警。
功能參數(shù)
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使用環(huán)境溫度 |
-40～＋85℃； |
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供電電源 |
9-12V |
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功 耗 |
不大于1W |
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通信方式 |
RS485 |
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波特率 |
9600 |
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信號調(diào)理 |
前置放大，硬件濾波 |
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檢測靈敏度 |
-75dBm ～-15dBm。 |
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放大倍數(shù) |
2000 |
支持開關(guān)柜不掉電安裝
采用磁鐵直接吸附在開關(guān)柜表面；
4.5一體化信息管理軟件平臺簡述
后臺建模：
主功能界面-間隔數(shù)據(jù)顯示視圖
主功能界面-特性曲線
主功能界面-告警信息
主功能界面-數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表
5. 典型配置
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名稱 |
項目范圍 |
備注 |
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配電室環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng) |
溫度、濕度監(jiān)測 |
環(huán)境量監(jiān)測 |
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煙感監(jiān)測 |
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電纜溝水浸監(jiān)測 |
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紅外探測 |
安全防護監(jiān)測 |
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小動物探測 |
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配電房門禁 |
智能門禁 |
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空調(diào)聯(lián)動 |
設(shè)備聯(lián)動 |
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風機控制 |
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燈光控制 |
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攝像球機、槍式攝像頭視頻監(jiān)控 |
視頻監(jiān)控 |
關(guān)鍵電氣
設(shè)備開關(guān)柜狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng) |
電壓/電流/有功/無功監(jiān)測 |
電氣設(shè)備主參量遙測遙信 |
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主觸頭/電纜連接處/母排連接處溫升監(jiān)測 |
導電特性監(jiān)測 |
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開關(guān)柜/環(huán)網(wǎng)柜/配電柜局放監(jiān)測 |
絕緣特性監(jiān)測 |
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開關(guān)柜/環(huán)網(wǎng)柜/配電柜弧光保護監(jiān)測 |
絕緣特性監(jiān)測 |
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高壓斷路器分合閘線圈電流/行程/儲能電機監(jiān)測 |
機械特性監(jiān)測 |
6. 項目施工方案
6.1 無線溫度傳感器安裝方案
6.1.1產(chǎn)品外觀：
無源無線溫度傳感器廣泛應用于高低壓開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜接頭、干式變壓器、低壓大電流柜等電氣設(shè)備的溫度在線監(jiān)測；我公司無源無線溫度傳感器避免使用電池所帶來的局限，體積小巧，僅相當于傳統(tǒng)傳感器的一顆電池大小，可以安裝在動觸頭等狹小的空間內(nèi)，所以優(yōu)先推薦安裝動觸頭。
5.1.2通過對工程實際情況的了解，確定傳感器安裝主要安裝開關(guān)柜動觸頭位置。
5.1.3傳感器安裝采用自取電式，通過特殊合金帶將傳感器固定于需測溫節(jié)點的就近位置，并保證傳感器感溫部位與被檢測部位表面充分接觸以保證測溫效果。
5.1.4嚴格保證傳感器安裝后的電氣間隙不低于對應電壓等級的最低安全間隙。
6.2 機械特性傳感器安裝方案
6.2.1行程傳感器采用非接觸式角位移傳感器，無需精確安裝，無需改動一次設(shè)備。斷路器器機械特性行程傳感器安裝于進出線等關(guān)鍵高壓開關(guān)柜斷路器上，通過特殊航空插引至開關(guān)柜二次室與SIM終端處理器連接。
6.2.2分合閘脫扣器/儲能電機電流采集采用定制霍爾傳感器，無需改變原有控制回路。裝于開關(guān)柜二次室。
6.2.3局放傳感器安裝于高壓柜電纜室/斷路器室等關(guān)鍵部位柜壁上，嚴格保證傳感器安裝后的電氣間隙不低于對應電壓等級的最低安全間隙。
