低压配用电自动化智能系统的设计及工程应用

摘 要：低压配用电自动化智能系统在配网中具有非常重要的作用，鉴于此，基于智慧能源、配电物联网等先进技术，以新型边缘计算终端为核心，深入开展低压侧延伸应用实践，打造了一种兼具技术先进性、应用创新性和场景代表性特点的“全景感知、全息共融”的低压配用电自动化智能系统，综合利用配电自动化以及新一代低压宽带载波、5G等适宜的通信技术，重点实现配变、低压线路和用户的状态感知与故障识别、低压开关自动化控制、电能质量综合管理以及新能源智能管控等特色功能。

关键词：低压配用电自动化;状态感知;故障识别;低压宽带载波;电能质量综合管理

0 引言

本文将从系统架构、数据采集、边缘计算及工程应用等方面，详细介绍低压配用电自动化智能系统的设计及工程应用。

1 低压配用电自动化智能系统设计

1.1    系统架构

如图1所示，低压配用电自动化智能系统包含云平台层（主站）、边缘计算层（终端）、物联网端层（传感器），其中云平台层可以有效接入柔性负荷、分布式电源、电动汽车、调控分析组件、综合能源服务组件等，边缘计算层包括负荷预测、故障研判、线损分析、风险预警、充电桩接入、用户数据、无功补偿等，物联网端层包括分布式新能源、光伏、储能、智能电能表、智慧楼宇等。云平台层、边缘计算层、物联网端层三者之间主要采用新一代电力载波通信技术，有效保证了数据的顺畅交换。该系统主要具有统一性、安全可靠性、先进性、前瞻性、开放性、灵活性、易用性、可维护性等优点。

1.2    数据采集

数据采集模块包括用能检测模块、环境检测模块、安防检测系统、联动控制系统、局放监测模块、电缆头监测模块、视频监控模块、智能巡检机器人、智能分支终端。

（1）用能检测模块支持与边缘计算终端宽带电力载波PLC/LoRa无线通信，可有效减少有线安装工作，具有安装简便，能够带电操作，运行稳定可靠，电磁兼容性良好的特点[1]，可以实现低压电量监测、谐波检测、拓扑识别数据采集功能。

（2）环境检测模块包括温度传感器、湿度传感器、气体传感器、明火传感器、噪声传感器、振动传感器、水平倾斜传感器、驱动传感器等，可有效实现配电房温湿度、水浸状态及水位、SF6/O2/O3等环境数据、烟雾及火焰状态、噪声数据、变压器振动状态、用电设备水平倾斜度的检测，并且具备用超声波驱逐入侵小动物的功能。

（3）安防检测系统利用以太网实现数据交互[2]，可以采用刷卡、指纹、密码、人脸识别方式进门，可设置人员黑、白名单，发卡/授权机可供多个配电房公用，每个门配置一台搭配门磁锁（AC220 V供电）及出门按钮。远程语音对讲系统应实现与主站的双向语音对讲功能，可通过客户端形式实现，网络对讲必须借助（接入）已有网络对讲系统。

（4）联动控制系统包括门禁控制、照明控制、风机控制、除湿控制、视频联动、视频与门禁联动、视频與红外双鉴报警联动、视频与水浸联动、视频与烟感联动功能。

（5）局放监测模块实时采集局放监测仪器的数据，通过RS485传输到边缘计算终端，利用TEV暂态地波+AE超声波技术可以定位到产生局放的开关柜，利用高频电流法（HFCT）实现电极、尖端放电监测。

（6）电缆头监测模块用于实时监测变压器高低压接线柱、出线电缆头、断路器触头。当监测温度高于50 ℃时，系统延时120 s报警;当监测温度高于70 ℃时，系统延时50 s报警;当监测温度高于100 ℃时，系统延时20 s报警。

（7）视频监控模块利用高清摄像头实现对整个配电房360°无死角的实时监控，授权用户在系统上通过可视化界面能实时对配电房中的设备工作情况、室内环境、周边环境情况进行监控，以提升对各配电房的综合管理能力。此外，还可以根据环境及安防变量形成智能化联动控制。

（8）智能巡检机器人包括吊挂式轨道、机器人本体、升降机构、声光器、红外热成像、可见光相机、局放传感器等模块，能够实现机器代人巡检、数据快速采集、信息实时传输。智能分析预警数据由智能测控管理云终端进行汇总后上传到主站。

（9）智能分支终端由低压拓扑识别模块、电能质量综合治理装置组成，能实现拓扑识别线路、停电事件告警、低压分支线路的电气量监测。1）低压拓扑识别装置具有低压配网拓扑自动生成、拓扑变化自动识别、体积小巧、容易安装在用户表箱内、配置自动保护装置、运行自动注册、运维方便、功能丰富等特点，能实现电能表监测数据采集、低压断路器数据传输。2）电能质量综合治理装置（如图2所示）主要包括电容器组、换相开关、SVG装置等，其在电能质量综合治理方面作用突出，但也存在应用单一，局限性大，设备按照标准容量配置，投运率和可用率低，各治理技术分割明显，无法做到系统层面上电能质量的最优控制等缺点。

1.3    边缘计算

边缘计算模块包括负荷预测、故障研判、线损分析、风险预警、DG管理、拓扑识别、无功补偿、三相不平衡计算等功能，具有模块化设计，结构紧凑，分析计算及通信能力强大，分布式储能，安装简单方便，运行安全可靠等特点。边缘计算架构如图3所示。

2 低压配用电自动化智能系统工程应用

某低压配用电自动化智能系统工程按照《南方电网标准设计和典型造价V3.0（智能配电）》和《广东电网有限责任公司配网工程标准设计和典型造价细化方案》要求，电房外形打破了传统电房的设计理念，融入了地方建筑特色，项目总投资180.05万元，主要工程规模如下：新建中压架空线路70 m，敷设电缆线路85 m，新建配电房1座，自动化断路器柜7面，35 kV干式变压器1台，低压柜3面。工程严格遵循国家基本建设程序，符合国家的法律法规和有关规定，各项合规性文件齐全，建设期间实现了安全、质量零事故，过程严格落实创优规划及实施细则，全面执行工程建设标准强制性条文。工程未使用国家明令禁止的材料及产品，分部、分项工程质量全部合格，建筑和安装单位优良率均达到100%，工程质量评价验收结论为优良。

图4为该低压配用电自动化智能系统工程外观图。

该工程主要具有以下6个特点：

（1）该工程新建的配电站为预制式配电房，分工厂生产预制、现场安装两大阶段完成，避免了传统电房施工周期长、污染大、噪声扰民、容易开裂等缺点，现场吊装及拼装可在两天完成，缩短了现场施工时间，减少了对周边居民及环境的影响。预制式配电房采用钢结构，结构强度大，绿色环保，钢结构骨架可100%回收再利用。

（2）该配电房造型结合了侨乡的传统建筑特色设计，具有中西合壁的碉楼特色外形，电房外表面采用优质复合材料水泥板，喷涂仿古色调的真石漆，与古校的建筑完美融合，成为一座具有碉楼文化特色的艺术精品。工程采用新型的预制材料，以简单、美观、通用为设计原则，全预制而成，减少了施工对周边环境的影响。

（3）工程按《南方電网标准设计和典型造价V3.0（智能配电）》要求，配置设备状态监测单元、环境监控单元、安防监控单元，数据上传至南网物联网平台。

（4）该工程配置发电车快速接入箱，适用于高考保供电任务，能确保高考顺利进行。

（5）分散固补装置按线路需要灵活配置，提高了整体补偿效果。

（6）设置了起宣传作用的企业文化墙，利用电房外墙展示公司安全文化，进行电价政策、用电安全知识及供电服务宣传，突显了人民电业为人民的社会责任。

3 结语

本文详细介绍了一种低压配用电自动化智能系统的设计及其具体的工程应用，该系统兼具技术先进性、应用创新性和场景代表性特点，综合利用配电自动化以及新一代低压宽带载波、5G等适宜的通信技术，重点实现配变、低压线路和用户的状态感知与故障识别、低压开关自动化控制、电能质量综合管理以及新能源智能管控等特色功能。该示范工程采用预制式配电房、碉楼文化主题外形设计、全新的数字化智能电房，配置发电车快速接入箱、分散固补装置，同时企业文化墙能起到很好的宣传作用。

[参考文献]

[1] 聂峥，章坚民，傅华渭.配变终端边缘节点化及容器化的关键技术和应用场景设计[J].电力系统自动化，2020，44（3）：154-161.

[2] 杨文俊.基于电力系统电气工程自动化的智能化应用探究[J].装饰装修天地，2020（3）：376.

收稿日期：2021-08-30

作者简介：司徒健兴（1981—），男，广东开平人，电气工程师，主要从事10 kV电力施工管理与技术支持工作。