基于泛在物联网的配电站房状态检修智能辅助系统

一、配电站房一般概况

1.1、应用场景：

配电站房一般设置在地上建筑物内或建筑物的地下部分。

1.2、配电站房概况：

配电站房的环境对配电站房内设备的正常运行有重大影响。温州地区春夏季天气炎热、湿度较大，冬季湿冷，用电负荷重，配电站房各分室内容易出现由于湿度大、温差大、温湿度分布不均匀等多种因素引起的凝露、局部放电等异常现象，导致故障高发；同时，电缆沟、电缆井也容易进水引起故障；电缆接头、开关触电温升情况、局放、变压器状态也是判断配电站房内部故障的重要因素；开关现实状态也是运检部门需要了解的重要状态参数。

因此，急需一种能够将配电站房环境、安防、消防、设备工况进行实时监控的在线监控系统，同时辅以设备健康管理、故障预警报价、智能巡检等功能，降低设备故障率，提高工作和管理效率，更大程度实现对配电站房设备的状态检修，保障配电站房各类设备的正常运行。

二、本系统的目的及意义

1、本系统可以加强无人值守配电站房设备的安全管理，提高设备管理水平和劳动生产率，减少维修费用和各种物料损耗，实现设备的经济运行。

2、本系统使事故隐患得到及时的处理，可以有效的提高事件反应能力，迅速定位故障点，减少事故处理时间和设备停运时间、避免扩大事故范围，减少事故损失。

3、本系统将技术手段应用于管理实践，通过智能巡检，及时了解无人值守设备的运行情况，消除设备故障隐患，减轻巡检人员的劳动强度，有效地提高企业的经济效益。

三、本系统解决的问题

1、解决目前无法实现状态检修的问题：运检部的检维修部门无法知道设备的运行状态，只能被动值守，以应急抢修为主，本项目可以在线实时监控配电站房内各类参数，分析出设备的健康状态，根据健康状态安排对应的检维修计划，可以解决这个问题，可以在更大程度上实现状态检修。

2、解决故障停电时间长，重复工作问题：目前，出现电力故障，需要用户报修或运行部门通知检维修部门，且因无法了解具体故障情况和无法预知故障原因，造成处理故障时，人力物力的浪费，停电时间长。本项目可以设置预警及报警机制，在设备存在故障隐患时预警，设备出现故障时即时报警，使检维修部门第一时间清楚故障状态，辅助定位故障点，可以有的放矢地安排检维修计划或应急预案。

3、解决各类监控系统无法统一和数据浪费问题：近年来，部分重点部位配电站房也安装了一些试点监控设备，但因为厂家多、设备杂、通讯复杂，数据或无法上传，造成数据孤岛，或者数据上传后无法纳入统一管控平台，无法发挥数据的作用。本项目建立状态检修辅助平台后，各类数据统一管理，统一纳入算法，数据潜力得以充分发挥。

4、解决各类监控系统维护量大问题：各类试点监控系统由于安装时间跨度长、厂家多而杂、规格型号较多、备品备件缺乏、数据格式不一，不但不能给运检部门解决问题，反而增加了故障点，给运检部门增加了额外的维护负担。本项目硬件鲁棒性极强，且可以自助注册，免调试即插即用，免维护，不给运检部门增加维护负担。

5、解决备品备件库存问题：运检部门确定备品备件库时，只能按照经验来配置库存，无法根据大数据分析来确定备品备件数量，无法与需求匹配。建立统一的状态检修辅助平台后，根据大数据模型，可以预知每种备品备件的现实需求和未来需求，可以科学匹配有效库存，避免浪费。

四、系统主要功能

本系统采用34U智慧机柜安装方式，标准化、模块化设计，可以方便地安装与扩展。智慧机柜内置空调系统、柜内动环监控及微环境调理系统，自带在线式UPS，可以在恶劣环境下正常工作。系统采用各类物联网传感器，注重配电站房动力、环境、工况、安防、消防监控，全面监控故障点。

本系统利用了泛在物联网、互联网、人工智能、大数据、边缘计算、现代通讯技术等先进技术，采用智能巡检机器人，搭载视频摄像头、全向特高频局放传感器、红外全局摄像，辅以三合一局放传感器、电缆接头无线测温传感器、电缆仓温度传感器、对地铁芯电流传感器、振动传感器等，对配电站房内的电控柜、电缆、配变等设备工况进行全面感知；采用标准消防系统，支持七氟丙烷、二氧化碳、S型气溶胶等灭火方式，感知消防状态；采用视频监控系统、红外对射传感器、红外移动传感器、门禁系统等，感知配电站房安防状态；采用温湿度、水位、凝露、有害气体、噪声等传感器，感知配电站房环境状态。

在状态全面感知的条件下，数据通过本地物联网网关设备，汇入本地前端控制器，由物联网智能通讯模块传递到后台，利用系统平台，对数据进行展示、分析、计算，给出设备健康状态，合理安排检维修计划，更大程度实现状态检修，保障供电安全。

本系统硬件即插即用，免调试、免维护，不额外增加配电检修部门的负担，前端设备安装（除柜内设备安装调试外）不需要停电。

系统配电站房端由设置在配电站房内的站端设备、多功能通讯模块、各类传感器及环境治理装置等组成。系统局端由智能维保后台设备及状态检修智能辅助系统软件组成。

4.1、标准化、模块化的站端控制设备

1、主控模块

机架式1U设计

输入输出控制

通信控制

显示控制

存储控制

时钟等

内置黑匣子

内置超级电容电源支持模块

2、输入模块

机架式1U设计

32路开关量输入

16路模拟量输

自带常见各类传感器变送模块

可级联

3、输出模块

机架式1U设计

16路输出控制模块

支持远程控制

支持本地多变量闭环控制

支持联合控制

配合内置配电箱，可以控制16个大功率设备

4、通讯模块

机架式1U设计

1000M以太网通信模块、光模组

2G/3G/4G无线通讯模块，支持5G扩展

433MHz/470MHz/2.4G现场总线无线自适应组网智能通讯模块。

WIFI方式与与智能巡检终端通讯

5、视频模块

机架式2U设计

8-16路视频录像机

1-4块硬盘

视频控制单元（带视频识别功能）

6、安防模块

机架式1U设计

门禁信息、红外防入侵信息、电围栏、双鉴探头采集的信息统一处理

7、消防模块

国标消防系统，支持七氟丙烷、二氧化碳、S型气溶胶等灭火装置。

消防多防区控制器

各类消防传感器变送接口

8、局放监测模块

机架式2U设计

三合一TEV传感器输入接口

全向特高频传感器输入接口

局放监测仪

9、配变监测模块

机架式1U设计

变压器铁芯地电流传感器输入接口

变压器绕组温度传感器输入接口

变压器异常振动噪声传感器输入接口

变压器检测仪

10、智慧机柜

19吋机柜标准配置，1.6～2.4米高度可选

24口交换机，千兆带光口

物联网智能网关

自带UPS，在线式，12小时

柜内微环境监测系统

柜内火灾监测及自动灭火系统

柜内微环境恒温恒湿调理系统

柜内电源监测系统

标准端子排/配线架

内置电控柜，配合闭环控制系统，控制大功率设备

10吋触摸屏:现场显示数据/鉴权/参数配置

防护等级：IP55

4.2、环境监控

环境温度监测

环境湿度监测

漏水监测

设备表面结露监测

电缆沟实际水位监测

电缆沟入口水浸监测

SF6浓度监测

氧含量监测

臭氧浓度监测

运行噪声监测。

各类传感器数量均可以根据现场情况灵活配置。

4.3、安防监控

门禁部分：

门禁控制器

电磁锁/电插锁

门禁发卡主机

多种方式鉴权，支持双鉴开门

红外双鉴入侵检测

红外对射传感器

门禁报警机制：合法进入不报警，非法闯入报警

门禁联动机制：通过闭环自动控制系统，可以联动摄像头、灯光等各类设备

门禁数据存储：记录所有进出时间、事件等

4.4、消防监控

四线离子式烟雾探测器

红外明火探测器

各类探测器按照消防需求数量及位置布置

火探管触发器

二氧化碳或七氟丙烷自动灭火装置

自动消防系统按照消防规范要求配置数量及位置

手动报警装置

本地声光报警器

4.5、工况监控

超声、暂态地电压、温度三合一传感器：设置在各电控柜缆仓正表面上

特高频智能传感器：设置在每列开关柜后侧墙壁或站房中心位置，或智能巡检机器人移动平台

电缆头温度传感器：无源/有源无线电气接点温度传感器，设置于电缆接头处，免中继设计

电缆仓沟温度传感器：无线测量电缆沟内或电缆温度

柜内微环境治理装置：每个柜子一套，设置于电缆进线仓内

3M封堵：每个柜子一套

主变绕组温度传感器：需原主变带有远传接口

主变铁芯对地电流传感器：不需停电安装，吸附式

主变异常震动监测：不需停电安装，吸附式

4.6、视频监控

微光高清固定枪式摄像机

高清微光球机，可自动巡航

硬盘录像机，可堆栈式存储3个月图像

智能事件触发报警

人工控制主动全室智能巡检

智能图像/视频识别

图像/视频识别结果联动控制各类设备

4.7、多变量智能闭环控制

1、强排风机控制：利用前端控制器闭环控制输出模块，采用多变量智能闭环控制，在SF6超标、出现烟雾、室内温湿度异常等情况下，启动强排风装置。

2、新风风机控制：利用前端控制器闭环控制模块，采用多变量智能闭环控制，在氧含量不足、室内温湿度异常等情况下，启动新风装置。根据不同情况，算法可联动新风与强排风装置，在特定情况下，达到一鼓一引主动式对流目的。

3、除湿控制：可将除湿机控制纳入前端控制器闭环控制模块，由系统自动控制除湿机启停。

4、排水控制：利用前端控制器闭环控制模块，采用多变量智能闭环控制，在电缆沟水位达到一定值时，自动启动水泵向外排水，排水完毕自动停机。

5、空调控制：根据室内温湿度设置，自动启停空调机，保持动态恒温恒湿

6、灯光控制：可以与门禁、视频识别等各类传感器监测结果联动、与非法闯入事件联动或远程控制。

4.8、智能巡检机器人系统

轨道自带DC48V，免拖缆。

平台搭载高清微光摄影相机、红外热成像仪、局部放电传感器或其他仪器设备等。

可设置自动巡航智能巡检，可预设256个固定巡检点位。

控制中心可主动操作机器人做主动巡检。

仪表示数智能识别。

开关各类状态参数智能识别。

局放监测。

红外温度场分布监测。

4.9、现场展示系统

现场智慧机柜触摸屏现场显示

可配置65吋4K显示屏，配合工控机做现场展示

工控机：配置在智慧机柜内

4.10可扩展部分

1、柜内微环境调理装置：可自动控制柜内微环境调理装置，控制柜内湿度，采用半导体主动露点式除湿

2、开关状态指示器接入

3、SF6浓度/压力、氧气含量等各类其他传感器

4、智能巡检：基于有限范围专用WIFI热点的智能巡检系统，将智能巡检、工作流程管理、前端设置合为一体。

五、配电站房状态检修智能辅助平台

5.1、智能维保后台：

设置智能维保服务器，配置于局端，同时在需要的工位，设置若干客户端，可同时供多个部门或多个维保监控人员使用。

在多个配电站房监控时，各配电站房的主站前端控制器采用自主注册技术，不需要现场设置，不需要局端软件平台组态，即插即用。

配置短信报警模块，发送报警信息。

5.2、智能维保软件平台：

直观显示：所有配电站房各分室内的各类监控量均在界面上直观显示，有列表、图形两种显示方式，支持地理信息系统，支持分层显示。

数据分析：数据可以查询、检索、统计、分析、报表。

预警报警：遇超限事件，系统可以在监控计算机或智能手持终端上实时发送预警信息；遇故障事件，系统自动在监控计算机或智能手持终端上发送报警信息，同时支持向相关责任人发送报警短信。

智能维保：系统软件开放式支持专家诊断系统和检维修辅助系统。可联动物料管理、备品备件管理等系统。

智能巡检：智能巡检终端接收巡检指令，到位后自动智能巡检，记录巡检信息，并可与设备台帐、地理信息、巡检维修信息、工作票有机结合，可上传巡检信息进入数据库。

数据积累到一定程度，可增配专家辅助诊断子系统、检维修预案子系统、工作过程管理子系统等。

六、系统主要特点

6.1、扩展性强

双总线设计，方便随时添加各种类型的传感器，扩展性强；理论上可以添加任何类型的传感器，便于扩展。

6.2、鲁棒性强

智慧机柜一体化设计，生存能力超强；低功耗设计，前端主控制器功耗小于5W，适合长时间恶劣环境工作；防护等级：IP65；电磁兼容性4级；

6.3、监控量全面

监控量全面涵盖了运行环境、消防、安防和设备工况，基本覆盖了配电站房常见故障的90%以上范围；

6.4、多方式智能巡检

除智能巡检机器人及视频定时巡检外，本系统具有基于有限范围专用WIFI热点的智能巡检系统，将智能巡检、工作流程管理、前端设置合为一体；

6.5数据安全

基于哈西散列算法的数据加密传输，多级鉴权机制，保护数据安全；

6.6多功能智能通讯模块

既包括现场无线通讯433MHz/470MHz/2.4G,也包括远程通讯以太网/2G/3G/4G /GSM/WIFI，智能切换；同时预留5G接口，可以升级到5G通信系统。

6.7、预警报警机制

完善的预警报警机制，正常运行对应智能巡检，带缺陷运行对应状态检修，故障状态对应应急抢修辅助系统。

6.8、个性化定制

适合多种应用场景，按形式分：有电控柜壁挂式、机柜式及智慧机柜一体化式。软件硬件均可以定制。