居民小区智能化配电室建设方案探讨

吕平，向珉江，赵嫄，马强，曹贵明

（1.国网山东省电力公司济南供电公司，济南250012；2.国网山东省电力公司经济技术研究院，济南250021）

居民小区智能化配电室建设方案探讨

吕平1，向珉江1，赵嫄2，马强1，曹贵明1

（1.国网山东省电力公司济南供电公司，济南250012；2.国网山东省电力公司经济技术研究院，济南250021）

近年来居民小区配电室的数量增长快且设备情况较复杂，以致巡视效果不理想、缺陷和事故处理不及时，亟需建立一套智能化的配电室监控系统。按照实用性、统一性、分层和模块化设计等原则，提出了“三层八纵”的建设方案，即由远方层、中间层和本地层组成层次结构，构建门禁、电气量遥测、电气量遥信、温湿度监测、视频、遥控遥调、直流和继电保护8个子系统。该方案层次结构清楚、功能模块化且易于扩展，具有较强的实用性。

配电网；智能化配电室；建设方案；功能子系统

0 引言

配电系统位于电力系统的末端，起到向用户供应和分配电能的作用。由于我国配电系统起步晚，长期得不到重视，加之经济社会发展迅速，用电量急剧增加，配电系统已成为我国电力系统可靠运行最薄弱的环节。虽然近年来推广实施的配网自动化系统显著提高了线路部分的可靠性，但配电室和变压器的管理仍存在问题，尤其是居民小区配电室的运维管理存在诸多困难。

近年来小区配电室数量激增，与运维人员数量严重不对称，导致巡视周期增长、巡视效果不理想；与柱上变压器、箱式变压器不同，小区配电室通常位于地下，且变电容量较大，一般由1个中心配电室和1～3个分配电室组成，总容量一般在5 000～12 000 kVA之间，停电影响范围大，增加了运维难度；设备多且情况复杂，除配电变压器外，还有中低压进出线、中低压开关柜、中低压母线、并联电容、直流、继电保护等多种设备；故障处理、双电源切换不及时，造成电梯困人、火灾系统失电等情况时有发生，客户投诉和安全形势突出。

利用传感技术、通信技术和计算机技术实现对供配电系统的远方监控，已进行过诸多有益的探索。文献［1-2］设计了配电变压器监控装置TTU，实现对变压器电压电流信号的遥测，文献［3－6］设计了对配电室温湿度、烟雾、明火、水位等环境参数监控系统，文献［7-8］设计了10 kV开关设备的SF6气体量的监测，文献［9］开发了针对低压设备检测和控制的系

统，但这些系统大都单独设计、相互独立、各自为政。它们的通信方式采取现场总线［1，2，9］、GPRS／GSM［3-5］或VPN［6］中的一种，相互间也难以兼容。

提出一套“三层八纵”的小区配电室自动化系统建设方案，具备完整统一的功能，通信方式也可灵活地兼容多种通信方式。

1 基本思路

1.1 设计原则

实用性原则。根据配电网基础薄弱、信息化水平较低、运维人员与配电室数量又严重不对称等特点，智能化配电室的设计应立足当前实际，坚持实用为先的原则，从实际需求出发，以减少人工、降低维护费用、提高供电可靠性和供电质量为目标。当实用性与先进性有冲突时，当前应坚持实用第一的原则。

统一性原则。虽然以往对配电室自动化运维也进行过诸多探索，如温湿度遥测、负荷监控等，但它们都相互独立，没有统一的信息平台，使用不方便，且不便于对相关数据进行统一分析。智能化配电室应坚持统一设计原则，做到接口多样化、系统开放化、数据集成化。

分层和模块化设计原则。具体设计方法上，纵向结构应按分层原则设计，横向结构应实现模块化。所谓纵向结构是指配电室从基础设备到后台系统的层级结构，横向结构是指实现监视、控制和分析功能的不同子系统。

分期建设原则。根据现有小区配电室数量多且运行中的设备情况复杂、各类智能化子系统实现难易程度差别较大，以及当前还处于智能化建设起步阶段等特点，对智能化子系统宜坚持统一设计、分期建设的原则，对那些实现难度大、投入费用多、运维要求高、实用性稍弱的子系统或功能可在今后逐步实现。分期建设的好处在于：减少投资、积累平台系统的维护经验、消除顾虑、提高改造覆盖率以惠及更多用户。

平台建设适度超前原则。具体功能上分期实现，但实现平台应适度超前，以保证向后的兼容性。这些平台包括：软硬件平台、接口平台、通信平台和用户界面等，使分期建设的各子系统能够集成和统一。

1.2 总体框架

“三层八纵”的建设方案如图1所示，即“2项需求目标、3个建设层次、8个模块化子系统”。

图1 “三层八纵”建设方案

2项需求目标为巡视管理的需求、预警报警的需求，均分为本地实现和远方实现两种模式。

3个建设层次为本地层、通信层、远方层。本地层包括安装在配电室内的本地计算机和各类感应传感设备；通信层采用光纤或无线通信技术；远方层为远方计算机。

表1 3个建设层次及其功能

8个子系统为门禁系统、电气量遥测系统、温湿

度监测系统、电气信息遥信系统、视频监视系统、遥控遥调系统、直流监视系统、继电保护监视系统。其中前5个为基本系统，现阶段可以全部实现，后3个系统可后续逐步实现，但这些系统内的一些子功能也可考虑在现阶段实现。

2 建设层次

根据设备处于的地理位置和功能，划分了远方层、中间层和就地层，它们各自包括的主要设备和应实现的功能如表1所示。

中间层联系着远方层和就地层，实现双向通信。通信模式有召唤和触发两种模式：召唤模式主要满足巡视管理的需求，数据路径是“远方层—中间层—就地层—中间层—远方层”，其特点是数据量大、实时性不高、对数据丢失不敏感；触发模式主要满足报警预警的需求，其特点是数据量小、实时性高、对数据丢失敏感，因此实行数据重发确认机制，即远方层收到信息后应告知就地层“已收到”，否则就地层将重发信息，其数据路径是“就地层—中间层—远方层—中间层—就地层”。

远方层与就地层均有计算机，但它们是有显著区别的，主要表现在：就地计算机需要在高温、潮湿的环境中保持长期正常运行，因此需要达到工业级计算机的要求；就地计算机需要记录大量原始数据，但对数据分析的功能要求不高。远方计算机则应具备强大的数据集成运算、自动分析、智能判断的功能；远方计算机的输入输出设备要求高于就地计算机。

就地层计算机向下联系着各子系统，将定期记录并保存各类监控数据，包含多种类型的接口，数量多、有预留并易扩展。它向上联系着中间层，接口应统一、带宽高、易于升级。由于有就地层计算机定期保存监控数据，为减少数据流量、保持通信畅通、保证重要的报警预警信息能及时送达，与以往各类实践不同［1-2］，本系统对一般的运维数据只实行召唤模式，不进行自动发送。

3 各功能子系统

在上述3个建设层次的总体框架下，按功能划分了8个子系统，其包含的设备和功能如表2所示。

各子系统的硬件虽然都属于就地层，但其相关的通信、软件系统却贯穿了中间层和远方层，因此本方案可以总结为“三层八纵”，即从横向上看是3个建设层次，纵向上看是8个子系统。

各子系统间是相互关联、并非相互独立的。例如超温、跳闸等情况也应启动门禁系统的灯光报警装置。此外，各系统采集的数据也应实现集成运算和综合判断。

表2 8个子系统及其功能

4 结语

坚持平台建设适度超前原则。在本地层设置了

本地计算机，集成各个子系统的数据，可就地存储查看，也可发送到远程计算机。对本地数据进行集成，统一存储、适时发送，避免各自为政，节约了通道；本地计算机有多种接口，便于子系统及功能扩展；可实现就地调用和查看数据；便于对采集的各种数据进行综合运算分析，提供计算机辅助决策。缺点是一次性硬件投入较大。

根据实现难度进行分级。立足当前，放眼将来，以实用性为依据进行分期建设。减少当期投资；积累平台设备运行管理经验；与当前运维水平相符合，人员不需进行过多培训即可掌握；坚持了整体布局。缺点是分期建设的投资总和大于一次性建设的投资。

概要性地提出了运维管理和预警报警两个核心需求。其中，运维管理针对日常性的巡视检查，采用计算机自动记录、人工调用的方式，目的在于节省人力物力；预警报警针对突发的不正常或紧急情况，采用计算机自动判断、自动报警的方式，提示运维人员及时排除不正常或紧急情况。抓住了核心要求，所有子系统都为这2个核心要求服务；有本地和远方2种输出方式。缺点是对不正常或紧急情况仍需人工处理，暂未提出由计算机自动处理部分不正常或紧急情况的要求。

对软件模块化设计、图形化显示的要求适应发展。远方和本地计算机均要求有图形化显示，现阶段至少应有一次接线图、关键点电压电流及温湿度、门禁等信息，可控制风机等设备，界面应达到现有配网自动化系统的信息显示要求。可以从子系统和设备两个维度查看信息，方便调阅；模块化设计，方便删减软件内容。缺点是对软件设计要求高。

对所有基础数据进行了集中，具备了进行数据高级分析的能力。此模式下本地和远程计算机集中了所用数据，而数据筛选、分析和决策也是未来主电网的发展的方向。由于进行了数据集中，因而只需在计算机上增加数据处理程序即可；单个配电室的整体数据量不大，集中处理可以满足处理速度的要求，投资较分布式处理、云处理较小；短期来看，可取代部分运维工作，如定时记录负荷、温度等信息，中期来看，自动处理部分不正常或紧急状况，如对白天超负荷运行的变压器可在夜间自动调整负荷，长期来看，计算机智能可取代人工。缺点是易造成数据丢失。

［1］刘沛骞，陈俊杰，王成文，等．基于GPRS的配电变压器实时监控一体化系统［J］．电网技术，2005，29（6）：82-84．

［2］何为，蔡梅园，刘细亮．基于GSM通信的配电变压器远程监控系统设计［J］．电力系统保护与控制，2009，37（1）：83-86．

［3］杨艳华，苏红军，周永录．基于PLC和Modbus的配电室现场环境监控系统设计［J］．云南大学学报（自然科学版），2013，35（S2）：211-216．

［4］严冬，龙国强，王平，等．基于Modbus协议的配电室环境监测系统设计［J］．四川大学学报（自然科学版）2015，52（3）：538-546．

［5］刘柳，王东兴．基于μC／OS-II的配电室监控终端的研究［J］．微计算机信息，2007，23（17）：68-72．

［6］刘春玲，张焕生，郝国芬，等．基于VPN技术的供配电监控系统的设计［J］．电源技术，2004，38（11）：2 180-2 181．

［7］何方，吕成军．高压开关配电室SF6环境监测系统的设计［J］．仪表技术与传感器，2007（3）：35-37．

［8］刘花锋，庞士信，徐洪，等．基于ARM的高压配电室SF6监测系统设计［J］．仪表技术与传感器，2009（S1）：418-419．

［9］张迎辉，邓松，陈素芳．基于CC-Link/LT总线技术的低压供配电监控系统设计［J］．电力系统保护与控制，2009，37（9）：129-134．

Construction Scheme Discussion on Smart Power Distribution Room of Residential District

LV Ping1，XIANG Minjiang1，ZHAO Yuan2，MA Qiang1，CAO Guiming1
（1.State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China；2.Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250021，China）

The number of power distribution room in residential districts is growing quickly in recent years.Conditions of equipment in power distribution rooms are complex，and the patrol effect result is non-ideal，the defect and accident treatment is non-timely.So a smart monitoring system of power distribution room is needed as soon as possible.According to principles of practicality，unity，hierarchical and modular design，a scheme of“three levels and eight verticals”is proposed，which is composed by remote layer，intermediate layer and local layer.It contains eight subsystems，namely，access control，electrical quantities telemetry，remote communication of electrical quantities，temperature and humidity monitor，video，remote control and adjustment of electrical quantities，DC and relay protection system.The scheme has a clear hierarchical structure，function modularization，easily expandable feature and strong practicability.

distribution network；smart power distribution room；construction scheme；function subsystems

TM641

B

1007－9904（2016）09－0046－04

2016-04-08

吕平（1971），男，高级工程师，从事配电运维和管理工作；

向珉江（1986），男，工程师，技师，从事配电线路和设备运维工作；

赵嫄（1985），女，经济师，从事电力工程监理工作；

马强（1985），男，工程师，从事配电安全管理工作；

曹贵明（1987），男，工程师，从事配电线路和设备运维工作。