ELECTRIC POWER ICT .......................................www.s-numen.com 中图分类号：TM641 文献标志码：A 文章编号：2095-641X(2019)12-0073-05 DOI：10.16543/j.2095-641x.electric.power.ict.2019.12.012著录格式：郑培昊,王满意,李建伟,等.智慧配电房升级改造建设研究及应用[J].电力信息与通信技术,2019,17(12):73-77.智慧配电房升级改造建设 研究及应用郑培昊，王满意，李建伟，沙博（北京中电普华信息技术有限公司，北京100000）Research and Application of Intelligent Power Distribution Room Upgrade and ConstructionZHENG Peihao, WANG Manyi, LI Jianwei, SHA Bo (Beijing China-Power Information Technology Co., Ltd., Beijing 100000, China) 摘要：传统配电房通常为无人值守状态，由运维人员定期巡检或者事故发生才去处理，其中造成的损失是不可避免的，因此需要进行智慧配电房升级改造建设来降低损失和提高配电房运行可靠性。为此设计了一种智慧配电房系统，通过配电自动化系统和自学习算法能够对配电房环境和电力设备运行状态进行有效的实时监测，可以实现数据远程实时监测、异常告警、日志记录，能有效实现从监测预警到管理取证的安全管理模式，从而提高配电房电能的供应质量、降低劳动强度。关键词：智慧配电房系统；配电自动化；自学习算法；实时监测；事前预警Abstract: Traditional power distribution rooms are usually unattended, which can only be handled by the operation and maintenance personnel after regular inspection or accidents occurred, thus losses are inevitable. Therefore, it is necessary to upgrade and rebuild smart power distribution room to reduce losses and improve the operation reliability of power distribution rooms. This paper designs an intelligent distribution room automation system, using automation system and self-learning algorithm to monitor distribution room environment and power equipment running status in real-time, and realizes the remote real-time monitoring, abnormal alarm, logging, which can effectively realize the safety management mode of monitoring and early warning, management evidence obtaining. So the power supply quality of distribution room is improved with low labor.Key words: intelligent power distribution room system; distribution automation; self-learning algorithm; real-time monitoring; early warning电力信息通信0 引言配电房作为城市配电网络的重要组成部分，同时是实现电力系统末端配电网中传输、分配电能的重要电气设备场所。配电房运维管理一直是供电系统运行管理最为薄弱的环节，配电房内常见的故障极易影响到用户正常用电，如设备局部放电、配电房开关跳闸、外来人员入侵、环境温湿度异常、配电房水浸等情况频繁发生。由于低压配电网络端目前主要由工作人员对配电装置进行逐个测量及巡检，缺乏这方面的在线监测手段，结果是费时费工，既不能及时反映真实情况，也不能及时解决实际问题。因此，在配电房加装综合检测系统，实现配电房环境和供电设备各种状态量的在线监测是十分必要的。通过后台系统集成开发，实现各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示，可以有效提高配电房的运行能力，保障配电房设备的安全运行，节省运维成本[1-2]。1 智慧配电房总体技术研究1.1智慧配电房智能管理一体化平台智慧配电房依托泛在电力物联网平台，以智能电网为基础，严格执行智慧配电房组织管理、标准和电力信息与通信技术2019年第17卷第12期www.dlxxtx.comCopyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.73www.s-numen.com ......................................ELECTRIC POWER ICT智慧配电房关键技术，通过对配电房电气设备数据、动力环境数据的实时采集，同时利用无线专网或光纤网络将实时数据传输至系统平台[3]，实现24 h在线基本功能和高级应用服务，可为管理人员提供全面的配电房智能管理一体化平台。该平台以物联网平台为基础，通过软硬件结合的方式实现对传统配电房的升级改造，实现对传统配电房的信息化监测及管控。该平台主要解决配电房运维信息化落后、配电房管理混乱及低效、运维量大、运维成本居高不下、巡检效率低、安全隐患管理不善和安全风险居高等问题。通过解决以上问题提高用电质量和能效管理。1.2智慧配电房系统架构传统配电房升级改造是通过智慧配电房系统整合软硬件共同完成，以物联网平台为基础，实现将传感器和控制系统的有机整合，实现对传统配电房的信息化监测，从而实现对传统配电房的升级改造。该系统以物联网平台为基础，从上游监控中心至下游配电房监测传感器，其架构主要分为感知层、传输层、存储与应用层、应用管理层4部分，如图1所示。Ү可以实现与电力客户进行信息流与业务流之间的友好互动，提升供电质量和运维水平。2 智慧配电房前端监控系统2.1智能环境监控系统组成及功能智能环境监控系统由前端监控摄像部分、前端数据处理与执行部分、传输部分和监控中心部分组成。1）前端监控摄像部分：通过安放在配电房内部和周边的高速摄像机拍摄现场的图像画面，把数据传给前端的图像处理部分，除了摄像功能外，还可以将烟雾传感器、红外传感器等设备接入到系统的报警联动模块中。2）前端数据处理与执行部分：由摄像部分送来的视频信号通过传输部分将所有的视频信号24 h不间断地传送到监控中心处理。3）传输部分：移动机房提供光纤专网或无线专网，实现前端监控设备和监控中心的网络互联，保证视频信号和控制指令信息的可靠和高质量传输[4]。4）监控中心部分：提供Web服务功能，授权用户可以通过IE远程访问系统，浏览配电房监控视频信息。传输部分送来的视频信号将被中心监控终端发送到大屏幕显示。同时，监控中心将通过专门的大型存储设备保存近一个月的所有视频监控点视频信号，以备日后查询。智能环境监控系统对视频图像、叠加的数据信息、配电房的配电柜温度、配电房是否存在积水等进行安全监控；在监控配电房的同时，将配电柜温度叠加到视频画面，当温度超出阈值或地面积水超出阈电力信息通信ϱˀԯԻКζЏNjὈ͛ӬЊՋԟNjNjͳNjNjὈ˖ͳNjNjNjNjͺNjԪԌnj值时报警，可以减少配电房潜在的安全隐患。并根据系统制定规则进行设备联动，满足视频、环境信息以及配电房内部设备控制的需求，同时支持视频、环境信息等上报功能。智能环境监控系统具有如下功能：1）空调控制：空调温度自动调节，远程操作空调、控制排风扇，空调二次上电自启动。2）手机远程控制：远程开门，远程视频监控，远程图像抓拍，报警信息推送。3）变压器综合在线监测：对变压器局放、变压器铁芯、变压器振动、温度、风机状态、电气量等进行实时在线监测。4）开关柜综合在线监测系统：对开关柜局放、开关柜局弧光保护、开关柜门状态、智能用电终端、电Ԣ˖Ԣ̠տЙΥὋХnj҃ԢҮҩ图1智慧配电房系统架构Fig.1Systemarchitectureofintelligentpowerdistributionroom感知层为配电房传感器安置层，用来采集配电房运行参数、环境参数和电气量参数等；传输层将采集的数据安全稳定的传输至存储与应用层；存储与应用层实现对采集数据的存储与处理数据功能；应用管理层根据采集获得的数据进行分析，进而实现对配电房的监控。通过智慧配电房系统的四层结构74电力信息与通信技术2019年第17卷第12期www.dlxxtx.comCopyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.ELECTRIC POWER ICT .......................................www.s-numen.com 容器形变、温度、智能防凝露、配电所局放等进行实时在线监测。5）环境监控/报警：对SF6泄漏、无线烟雾、无线水浸、室内温湿度、无线水位、配电房断电、电流过载等进行实时监测和报警。6）无死角安防监控：联动机房红外、门磁、门锁等系统自动检测到非法进入者；自动抓拍现场告警，通过手机远程视频查看机房现场；误告警远程处理，远程关闭误告设备，无需人员到场处理。2.2电气能质量监测系统对电气能质量进行监测是获得电气能质量信息的直接途径，虽然这方面的检测仪器已有很多，但绝大多数只能局限于检测持续性和稳定性指标，而传统的基于有效值的检测技术老旧、检测时间过长[5]，公测有效值已不能精确描述实际的电气能质量问题，因此需要发展满足以下要求的新监测技术。1）能捕捉快速瞬时干扰的波形[6]。2）需要测量各次谐波的幅值、相位，达到足够高的采样速率，以便获得各次谐波的详细信息。其中利用快速傅立叶变换FFT和改进的快速傅立叶变换LFFT及PFFT，能够快速且有效地降低采样速率[7-8]。3）需要建立有效的分析和自动识别系统，才能使之反映各种电气能质量指标的特征及其随时间的变化规律[9]。电气能质量监测系统能够实现以下主要功能：电能质量数据采集与处理[10]；数据的查询分析与统计；图形化展示电能质量参数；数据库管理；电能质量报表生成功能；向上级电气能质量监测系统上传电气能质量数据功能等。针对配电房的10 kV部分及低压柜母线部分安装电气能质量监测终端装置，采集相关电流、电压信息进行电气能质量监测[11]。2.3配电房局放监测系统局部放电反映电气设备的绝缘状态及其发展趋势，对变压器的安全有重要意义。局部放电监测系统通过利用超声传感器对变压器的局部放电信号进行采集，实时监测变压器的局部放电情况。将对局部放电情况的实时监测作为变压器放电故障的判断依据[12-14]3 智慧配电房自动化系统及算法3.1配电自动化系统配电自动化系统是智慧配电房系统的核心控制系统，在具体运行操作时主要是借助计算机技术、网络技术、通信技术、电子信息技术等将配电房离线和在线数据、用户数据、电网结构、地理图形等信息集成处理后达到一种自动化。在该系统的作用下优化配电房配电管理，并在具体使用过程中对配电房以及相关设备的运行情况开展监测、保护和控制[15]。为使智慧配电房系统正常运行，配电自动化系统需在具体运行过程中，与变电站的自动化、电力MIS、调度自动化等形成密切的关联。具体通过对环网柜实施如下改造措施实现。1）加装监控装置，包括通信模块、遥测模块、遥信模块、遥控模块。2）加装自动化终端DTU柜，用于采集环网柜的电流、电压、开关分合位等信息。3）敷设通信光纤或无线专网通信模块，将采集的数据上传至配网自动化主站系统。主站系统能够根据采集到的数据对配电房配电线路的各个设备进行监控，包括变压器、柱上开关、组合设备等。3.2系统自学习算法通过人工智能和机器学习算法等技术手段助推客户顺利完成从智能建筑运营向智慧建筑运营的蜕变过程，从而提供有效数据支撑。本文设计的智慧配电房系统所采用的算法是基于深度自编码器匹配算法的局放图谱智能识别技术，如图2所示。首先将采集特征通过主成分分析方法进行特征空间降维；其次将特征向量通过Cosine距离计算的方式进行距离归一化；最后整合数据，得出匹配度。Βӛ$PTJOFՓʶӐ电力信息通信˞ѫѫԟӛ。局部放电监测系统通过实时记录超声传感器监测到局部放电的存在和位置，并根据实时监测图像进行综合判断，从而提高监测的有效性和可靠性。图2基于深度自编码器匹配算法的局放图谱智能识别技术Fig.2Intelligentimagerecognitiontechnologyofpartialdischargeatlasbasedonmatchingalgorithmofdeepself-encoder电力信息与通信技术2019年第17卷第12期www.dlxxtx.comCopyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.75www.s-numen.com ......................................ELECTRIC POWER ICT通过机器学习算法模型将采集的数据进行处理，从而实现对配电房运行情况的预测和分析，进而实现对电力设备运行状态的状态感知，诊断出设备运行状态隐患，结合线下业务流将状态检修模式转变为预防性检修模式，有针对性的在设备故障前将隐患解除，将事后处置变为事前预防，从根本上解决了传统阈值报警系统报警后紧急处理所带来的多种风险。同时，该模型还应用异常能耗诊断、设备全寿命周期管理等多个功能，综合提升能源效率和价值。通过系统实时在线遥测功能监测配电房内设备温度情况，例如双头螺栓松动造成连接不良引起的电流致热型缺陷、绝缘老化引起电场不均匀导致电缆屏蔽层发热、螺栓锈蚀或松动导致接地线与螺栓接触不良发热，如图5所示。4 改造应用实例通过应用本文所设计的智慧配电房系统对传统配电房进行升级改造后，可以有效实现对配电房电气设备和环境状态的实时监测和控制。通过系统实时在线遥测功能监测绝缘件沿面类放电和绝缘件内部或表面放电情况，例如开关柜上部母线仓部位发现严重的放电烧蚀痕迹、隔离开关间隔柜后仓中上部B相穿柜套管上发现明显的裂痕及放电痕迹，如图3和图4所示。图5配电房设备温度监测Fig.5Temperaturemonitoringofequipmentindistributionroom通过智慧配电房系统可以有效降低对配电房巡检的运维成本，将通过运维人员巡检获取配电房内部电气设备和环境状态信息的方式改变为通过在线监测手段实现对配电房内电气设备和环境状态信息的实时监测，提高配电房配电安全可靠性。电力信息通信5 结语本文基于物联网技术的实施应用，以物联网平台为基础，在智慧配电房系统四层架构下，以配电自动化系统为核心，可以全面实时的获取配电房设备放电痕迹运行状态信息、实时信息融合处理等方面的综合应用与展示，实现配电房自动化，从而进行对传统配电房的升级改造建设。放电痕迹通过智慧配电房系统，使工作人员在办公室就可以完成对配电房的巡查，减少了工作人员的劳动强度。通过对传统配电房的升级改造建设，不仅减少了运维人员实地巡查的次数、车辆的使用次数和费用，也极大地确保了配电房设备安全和用户用电可靠性。下一步将继续深化对配电房升级改造建设的研究和对系统的深化与升级。图3开关柜上部母线仓放电烧蚀痕迹Fig.3Dischargeablationmarksofupperbusbarbunkerofswitchgear参考文献：[1] 刘伟. 智能配电房的关键技术研究[J]. 数字技术与应用, 放电痕迹裂痕2013(1): 69, 72. 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Journal of Shandong Agricultural University(Natural Science Edition), 2018, 49(3): 463-466. 电力信息通信编辑 张京娜收稿日期：2019-06-28作者简介：郑培昊（1978–），男，高级工程师，研究方向为电力信息化；王满意（1986–），男，工程师，研究方向为大数据、人工智能等； 沙博（1984–），男，研究方向为计算机科学郑培昊与技术、配网自动化，调度自动化等；李建伟（1983–），男，工程师，研究方向为软件工程、物联网系统集成等，lijianwei1@sgitg.sgcc.com.cn。 电力信息与通信技术2019年第17卷第12期www.dlxxtx.comCopyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.77