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基于物联网技术的配电室智能监控系统研发

范文

李爱锋

摘要：基于2020年年初“新冠疫情”的爆发，为了同时满足配电室安全运行和执行“新冠疫情”防控方案，该公司在对目前配电室视频监控系统分析的基础上，研发了一种配电室智能监控系统的研究方向。该智能监控系统由智能监控终端 / 客户端2个部分组成，智能监控终端安装在各配电室室内，由红外线监控器和智能三合一常闭式并联集成电路组成。客户端则分别安装在后期保证办公室和应急处理办公室内，由报警器、客户端服务器和应急配用电路启动开关组成。该公司研发的智能监控系统既能准确把握配电室应急突发情况，又能减少看管配电室的选配人员，以此来减少人工成本，无人监控又能防控突发事件，保证正常工作进行的同时又符合目前防控“新冠疫情”的要求。

关键词：配电室;智能监控;常闭式并联集成电路

中图分类号：TM76? ? ? ? ? 文献标志码：A

1 研发意义分析

1.1 配电室的重要性

1.1.1 电力中转

配电室是连接配电端和供电端的枢纽，是上级配电和下级供电的终端。厂区、办公综合楼、学校、医院等公共场所，都必须先将电力输送到配电室后，再通过配电室将电力送到需要用电的场所。

1.1.2 电力控制

发电厂给厂区、办公综合楼、学校、医院等公共场所输送过来的电力电压普遍是几十万伏。配电室通过变压器将上级的高压调变成稳定的正常工作电压（220 V）或者其他工作电压。

1.1.3 电力保护

配电室的电力保护主要分为上级供电的电力安全保护功能和下级配电的电力安全保护功能。

上级供电的电力保护就是要保护外部供电电路的安全稳定，部分特殊场合，要求24 h不间断供电，比如医院等。所以这个时候为了保护供电安全，还需要选配备用电源以及发电机等设备[1]。外部供电和备用电源分别连接在电路的双电源开关上，当外部电源突然停电或者出现其他故障时，备用电源就能及时供电。

下级配电的安全保护主要是靠电气元件完成的。首先是电源隔离，这个时候需要用隔离开关，然后是熔断器组，之后一般情况下就可以配塑壳断路器等部件，然后根据要求，直接配电给外部用电设备。

1.2 现状及发展趋势

近年来随着经济的迅猛发展，我国的用电需求越来越大。相关数据显示2019年全社会用电量总规模达到了66 873亿KWh。在用电规模急速扩充的状况下，用供电线路老化、变电设备配电布局不合理、专业电力维护人员短缺等诸多不利因素也逐渐浮出水面。由于配电室引发的触电、火灾等安全问题也不计其数。传统的解决方案就是分别安装环网柜、开关柜、变压器等监测设置，以及报警、视频以及环境监控等系统等[2]，但是这些系统有3个问题。1）诸多设备不发达地区配电室没有网络系统，只能进行本地监测和控制。2）配电室警报各系统之间独立运行，形成监控“孤岛”现象，无法有效进行管理，达不到安全管理的效果。3）多系统并存不但增加了投資成本，而且后期的维护成本也大大增加，并且多个厂家的设备同时运行，也会产生扯皮现象，浪费业主的时间和精力。在降低效率的同时产生不必要的资源浪费。

该公司研发的智能监控系统可广泛应用在市级、县级供电公司所管辖的，具备信息通信条件的配电室的运行管理上，为配电室的运维管理提供一个统一的、集中的智能环境与安全综合监控平台。无疑是“互联网+电力”推进电力工作安全运行的敲门砖，同样在这种社会背景下，市场迫切需要专业、高效、经济的运维模式替代当前的粗放管理模式。

2 智能监控系统设计原理

图1 所示为该公司研发的智能配电室监控装置示意图，由防盗防碰撞预警系统、防烟雾有害气体报警装置、防火灾温控报警装置和红外线监控组成监控终端。由计算机带动报警处理器和应急配电室组成客户端。

配电室正常工作时，由红外线监控系统执行24 h监控并存储功能。如果配电室出现猛烈撞击（判定为偷盗）、烟雾和火光等异常情况中的一种或多种，都会使常闭式并联开关闭合，闭合后电路信息通过客户端传递信息到报警器，从而发出警报，此时应急人员可以通过电脑监控查看配电室的情况，从而判断出危险预警等级，决定是否启用应急配电室等设备。

智能配电室监控系统中，常闭式并联开关的开启与闭合是控制整个系统的关键，常闭式并联开关示意图如图2所示。

当配电室防盗门发生猛烈撞击后，压力作用到感应面板，产生瞬时压强Pa，当瞬时压强Pa超过额定数值时，S1开关闭合，形成完整通路，报警器发出防盗警报。

当配电室中有烟雾和有害气体（SF6、CO、H2S、O3等）时，烟雾颗粒进入烟感装置内，使发射管发出的红外光发生散射，散射的红外光的强度与烟雾浓度有一定线性关系，达到预定浓度后，S2开关闭合，形成完整通路，报警器发出烟雾警报。

配电室火灾报警系统是由分析设备、火灾报警设备、联动输出设备以及具有其他辅助功能的设备组成的，经大量数据分析，在配电室火灾诱发原因中，外界物理因素导致火灾概率38%，内部负荷过量，功率超标导致内部电路短路因素，最终导致火灾的概率为62%。所以该公司研发的防火报警也分为外界因素引发方案和内部因素引发方案2种。当外部因素产生的火光折射到控制器后，控制器将首先感知室内温度上升速率，然后通过分析燃烧产生的烟雾、热量、火焰等物理量后，S3开关闭合，形成完整通路，报警器发出火灾警报。该公司研发的智能控制系统可以实现配电室高压开关柜带电显示、电流电压等负载运行监控、母线测温检测、电缆测温监控。如果因为电流电压临近额定数据时，火灾分析装置同样会闭合S3开关，形成完整通路，报警器发出火灾报警。

3 智能监控系统优势分析

3.1 视频与现场实时结合

智能配电监控系统的主要功能在于全方位实时信息监控。此时视频监控系统和其搭载的音频监控系统，是对配电室实时信息监控的一种完善和补充。其主要是通过安装红外监控器、监听器以及对讲系统等来实现监控。只有智能监控终端和客户端实时与相关工作人员进行通信，提供更加直观的环境信息，以便进行及时有效控制。同时，对于配电室出现的异常情况，也能够及时判断异常情况的诱导因素，及时处理，从而实现无人值守配电系统的远程监控功能。

3.2 对紧急情况进行精准分析

该公司研发的智能监控系统打破了配电室监控系统中的信息孤岛问题，通过应用物联网技术，实现各采集数据的互相传输。首先提高了数据利用率，提升了系统诊断配电室运行状态的精确性。其次提升了系统的智能化水平，设备间相互通信，可以自主调节工作模式和参数。最后由于使用统一规范化的平台，因此易于兼容扩展更多其他设备，提高了实用性和使用率。

3.3 智能系统带来的人性化特征表现突出

3.3.1 开放性

智能监控系统能够接入不同厂家/品牌的站端设备、传感器、控制器、摄像头等。

3.3.2 统一性

智能监控系统需要包括通信规约（RS-485/RS-422/RS-232

/IEC61850/开关量等）的转换，带有自动对时功能，可以实现不同站端设备的集中和管理，包括环境监测、音视频、照明、安防等的完整集中统一管理。

3.3.3 易用性

智能监控系统采用B/S架构设计，从应用角度出发，系统平台的功能应符合实际需要，有良好的可操作性，操作人员通过简单的培训就能掌握系统的操作要领，能够在实际工作中运用系统。

4 结语

该公司研发的智能配电室监控系统避免了防盗、防碰撞、烟雾、火灾以及各种有害气体吸入可能会危害监控人员安全的问题出现。实现监控环境最优化，避免由于运行环境失控，导致配电设备出现运行故障。不仅保证了维护人员的安全，而且可以延长设备的使用寿命，降低成本，同样实现了配电动力环境的分布式远程管理，是配合当下“疫情防控”预案的最佳方案。

参考文献

[1]段雨梅.人工智能背景下视频监控系统的应用[J].科技风，2019（29）：2.

[2]王瑞军.智能配电监控系统在配电工程中的应用[J].民营科技，2017（10）：255，264.

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