大数据平台在配电运行管理及维护中的运用

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(1.国网重庆市电力公司 江津分公司，重庆 402260；2.国网重庆市电力公司 经济技术研究院评审中心，重庆 401120)

用户所有配电室/箱变的产权属于用户，由用户运行维护管理。因为配电室/箱变是由业主自主建设的，而且配电系统/箱变配置标准作为一种隐性的指标不被物业所重视和了解，所以配电系统/箱变很容易成为开发商节省投资的“重点对象”，这会导致配套电力设施整体质量不高。另外，物业管理公司往往也对配电室/箱变缺乏重视和投入，容易导致设备维护不足，线路设备老化，存在一定的安全隐患。

用户配电大数据平台利用物联网、移动互联网、云计算等相关技术，实时采集配电室/箱变内一、二次设备电气参数，运行环境信息，如温度、湿度、烟雾浓度、水浸、实时视频图像等，经有线或者移动无线通信网络传送到大数据平台，在大数据平台完成对配电室/箱变实时监控，通过将体量更大、类型更多的配用电大数据作为分析样本，实现有效的配电运行状态水平评估及风险评估[1]；同时，大数据平台对配电室/箱变一、二次设备进行全生命周期管理，并配套提供运行维护管理，如巡视管理、检修管理等，可为用电单位大大减少运行维护人员，达到无人值班、远程集中运维管理的目的。 用户配电大数据平台系统定位于工业园区、厂矿企业、楼宇配电等用户所有的10 kV配电室、箱变。

大数据平台按层次划分，一般分为3层：采集层、网络层、中心平台层，如图1所示。用户配电大数据平台为了实现实时监控配电室、箱变，需就地安装各种仪表和设备，对配电设备的运行状态以及运行环境进行实时监控，随着物联网技术发展，监测方法和手段越来越多样，采集设备越来越多元化，监控也就越全面；同时用户配电场所地理位置具有分散特性，网络层采用互联网作为通信网络是最经济的选择；中心平台层为大数据平台最上层，实时接收采集层上传的数据，并进行数据处理、存储、展示，结合历史数据进行综合分析判断，完成数据的价值挖掘。

图1 大数据平台层次图

1 大数据平台系统组成

1.1 采集层

完成配电室、箱变各种数据采集及初级变换处理。采集层采集数据类型包括电参量和非电参量， 电参量由保护测控设备、电力仪表等设备采集，非电参量由状态感知设备及运行环境设备采集，如图2所示。

图2 采集层设备配置

采集层采集的电参量数据包括线(相)电压、线(相)电流、有功功率、无功功率、功率因素、谐波含量、直流电源状态、开关状态、各种故障及告警信息等；采集的非电量数据包括变压器温度、触头温度、环境温(湿)度、水浸状态、门禁状态、烟感告警、视频信息等。

采集层设备配置应依据无人值班标准设计，能对配电室、箱变达到全面监控要求。同时，设备选择应考虑新建和已建配电场地的安装施工方便性。

1.2 网络层

网络层处在采集层和中心层之间，起信息联通桥梁作用。随着移动互联网发展，移动4G网络已普及，极大满足了电力系统对实时性的要求，同时也满足了视频信号对带宽的需求，随着5G网络的发展，远程视频必将进一步满足全方位监视需求。

移动网络的优势满足了用户配电地域的分散性接入平台需求，同时安装部署方便快捷，与有线宽带网络相比，移动互联网更容易部署，可作为网络层主要网络接入方式。

因移动互联网属于公共网络，网络层必须采取纵向认证、传输加密等措施，保证数据传输的安全性、可靠性。

1.3 中心层

中心层实时接收各配电室、箱变的采集数据，并对这些数据进行加工处理、存储。中心层除了具备常规的电力系统五遥(遥测、遥信、遥调、遥控和遥视)功能外，还应具备运维管理功能，如设备管理、工单管理、各种报告管理等。

中心层采用B/S结构，提供远程访问服务，可在电脑端或者手机端进行系统访问。

2 大数据平台中心层

2.1 大数据平台中心层硬件配置

采用服务器集群配置的网络示意图如图3所示。对于自建中心大数据平台，需要具备较强的维护能力，各种配置需要齐全，如网络安全设备、不间断供电设施等。

图3 大数据平台硬件配置网络

而采用租用云空间服务的方式，则可以节省硬件采购和维护费用。这种方式只需要支持租用与接入规模相适应的计算资源、存储资源、网络带宽，并且具有很好的扩展性[2]。如图4所示。

图4 租用云计算硬件平台

采集服务器、数据服务器、应用服务器采用集群模式部署，可根据接入规模灵活配置。功能分布如下。

采集服务器：接入配电室、箱变实时数据，并进行各种数据前期处理。

数据服务器：作为SCADA服务器。

高级应用服务器：根据历史数据及实时数据进行综合分析预警。

WEB发布服务器：对外提供访问服务，包括电脑端的WEB访问和手机端的APP访问。

工作站及大屏幕：值班人员监视平台。

2.2 大数据平台主要功能

2.2.1 基础平台管理功能

基础平台管理功能主要包括权限管理、系统运行状态管理、数据存储管理、报表管理等功能。

权限管理：对系统用户进行角色分类，不同角色配置不同权限，保证不同用户只能访问权限内的配电项目服务。

系统运行状态管理：对平台内各服务器、工作站、应用软件及网络的运行状态进行管理和控制。

数据存储管理：包括实时数据存储、历史数据存储。

报表管理：提供数据访问接口，以及各种统计报表制作服务。

2.2.2 实时监控功能

实时监控功能主要包括SCADA功能、告警服务、数据发布。

血脂检查的重点对象包括:1.有动脉粥样硬化性心血管病病史者。2.有高血压、糖尿病、肥胖、吸烟等多种心血管病危险因素者。3.有早发性心血管病家族史者（指男性一级直系亲属在55岁前或女性一级直系亲属在65岁前患缺血性心血管病），或有家族性高脂血症患者。4.皮肤或肌腱黄色瘤及跟腱增厚者。

SCADA功能：数据处理、事故追忆、人机界面展示等。

告警服务：运行过程中的告警信息及时推送到客户。

数据发布：采用B/S结构对外发布数据，WEB方式和APP方式同时支持。

2.2.3 设备管理功能

设备管理功能主要包括设备台账管理、设备缺陷管理、设备检修管理。

设备台账管理：对配电主要设备的类型、编号、安装地点、生成日期、投运日期、主要参数、配件清单进行登记管理，作为设备运行、维护、检修的主要记录和参考依据。

设备缺陷管理：对设备故障及异常、部件更换、设备变更等进行登记管理。

设备检修具有提示功能，触发条件可灵活设定，如指定时间提示、固定周期提示、累积运行时间提示、累积停运时间提示、一次连续运行时间提示、一次连续停机时间提示等，一个设备可设定多个提示内容。

2.2.4 工单管理

工单管理，对代维过程中的现场服务进行登记管理。具备工单提醒、工单查询以及工单过程管理功能，工单过程包含创建、审核、接单、执行、评价五个阶段。工单按照巡视工单、预试工单、安装工单进行分类。不同工单均包含配电项目、日期、内容、结果、执行人等内容，并提供资料文件作为附件进行详细说明。

配套APP提供完整的工单流程管理功能，使用者可以在APP上快速处理工单各个流程，并可在工单流程内启动导航功能导航到具体配电场所。

2.2.5 高级应用

高级功能主要根据历史数据，发现设备运行变化趋势，集配电各类指标进行综合统计分析，如提供变压器运行效率分析、电能损耗分析、电能质量分析、经济运行优化分析等。

3 应用效果

大数据平台自运行以来，在用户配电系统运维过程中发挥了重要作用。以某工业园区箱变及配电室为列，系统对其中一个配电室的电容投切设备进行了告警，配合巡检工作，发现了部分电容已损坏，图5所示为功率因素曲线图；另外，对其中1个315 kV·A的箱变变压器多次短时间超负荷运行进行了预警，及时通知用户进行处理，避免了高温季节运行时设备长期超负荷运行的隐患，图6所示历史功率曲线。

图5 功率因素曲线

图6 负荷曲线

4 结语

大数据平台在配电系统运行管理及维护中的应用，能解决用户级配电系统的运行安全，切实达到无人值守的效果。为用户搭建从被动应对到主动预防的安全、可靠、节能、高效的用电环境，能大大促进配电系统的建设和智能化发展，还能减员增效，提高配电服务管理水平和服务质量，适应城市智能化发展。