智慧配电间巡检系统的研究及应用

国网湖南省电力有限公司长沙市湘江新区供电分公司 刘 翀

配电间是配电网重要组成部分，是实现电力系统末端配电网中传输、分配电能的重要电力设备场所，直接担负为企业、商业、住宅小区等用户供电的任务。配电间数量多，且离散分布在城市和农村各处，运行维护难度较大。目前，大多数配电间为无人值守，一旦发生设备运行故障或事故，容易因设备缺陷发现不及时，或运维人员专业能力不足而导致缺陷处理不当或失误，给电网或用户带来较大的经济损失和不利影响。因此，在配电间推广智能巡检系统，实现配电间内环境和运行设备的全面感知与智能分析，满足配电网的智能监测和安全稳定运行要求，构建基于物联网和云平台技术的新型配电系统，具有重要的现实意义。

1 智慧配电间巡检系统总体技术研究

1.1 智慧配电间巡检系统概述

智慧配电间巡检系统是为适应配电间环境，对配电间进行巡检、监控和消防的一体化智能巡检系统。系统依托电力物联网平台，以“智能控制”为核心，采用物联网、边缘计算、云计算、大数据分析及人工智能等现代信息技术，配置巡检机器人、环境监测装置、无线测温装置、智能配变终端、无线数据终端等智能设备，通过应用新一代物联网、人工智能、精确传感等先进技术，对室内环境、安防和设备状态进行实时监测与管理，实现配电间内环境状况和设备状态的全面感知和智能控制。

系统平台可以实现配电间内环境监测、安防监控、设备检测及机器人巡检等各子系统之间的联动，还可通过软硬件结合的方式与站内综自系统进行联动，实现自定义的联动功能。

系统平台的核心交互设备是通讯管理机，集配电间的用电参数采集、设备状态监测、即时智能分析与决策、主站信息交互及协同计算等功能于一体，采用云计算、通信信道、边缘计算、智能终端相结合的系统架构，基于数据中台实现各种数据应用服务。通过采用全面感知、数据融合、信息共享和个性化定制服务等技术，对配电间进行监测与管理，实现全采集、全感知和智能运维[1-2]。智慧配电间巡检系统组成如图1所示。

图1 智慧配电间巡检系统组成

1.2 智慧配电间巡检系统架构

智慧配电间巡检系统通过对配电间的环境状况和设备状态的实时监测、异常告警、故障预警以及智能联动等，提升了配电间的运行稳定性和智能化水平。智慧配电间巡检系统主要包括感知层、传输层、应用层和终端层。感知层包括电流电压传感器、温湿度传感器、剩余电量检测装置、烟雾传感器、水浸传感器、门禁控制器等涉及配电间安全和运行状态的重要感知设备。传输层包括智能网关设备、无线连接设备、电力专网等。应用层包括配电间供配电设备测控平台，负责采集、分析及应用感知层获取的配电间运行的实时状态数据。终端层包括手机终端、监控大屏、计算机等，可以实时收到配电间的实时运行数据，以及告警和预警信息。

智慧配电间巡检系统拓扑结构如图2所示。系统信息采集分为三部分，第一部分为10kV 侧的电气量信息，该信息通过RS485/网线，接入通信管理机，显示在后台监控子站系统，并可上传至调控中心。通信管理机具备4G/5G 电力专网传输的功能，且将相关数据加密传输。第二部分为变压器低压电气量、传感器感知非电气量信息，该信息通过控制电缆、RS485或无线方式接入智能融合终端内，融合终端通过无线专网或光缆等方式接入物联网平台主站。第三部分为智能机器人采集信息，该部分信息通过载波通信接入机器人站控系统，可实现配电间数据就地分析及控制。机器人站控系统信息实现一发双收，一份通过光缆接入机器人远程控制中心；一份通过正反向隔离装置接入物联网平台主站。

图2 智慧配电间巡检系统拓扑图

融合终端采集的信息上传至物联网平台主站，数据融合进调控中心，后台监控子站系统自调控中心获取数据，就地显示在子站系统内，实现就地数据分析及显示。后台监测子站系统可显示全配电间的拓扑图、电气量参数、环境参数等，并可实现就地计算机监控系统控制。

1.3 智慧配电间巡检系统通信组网

在通信组网中主要的通信模式包括通信专网和无线公网。无线公网通信方式虽然简单，但该通信方式稳定性不强。采用无线公网进行特殊要求的电力访问时，不能够满足其数据的安全性，容易导致数据的丢失和篡改，且容易受到天气的影响。通信专网通信方式虽然信号稳定，安全可靠，但铺设时间长，成本高。终端接入通信网中一般采用多种类型的通信方式，如光纤通信、电力载波、电力无线宽带专网等；配电网公网的通信，则采用4G/5G 等通信技术与主站进行直接通信。

针对当前智慧配电网通信的需求，设计一种多维度的电力专网组网模式。该通信组网包括通信专网和无线公网两部分组成。在该组网模式中，包括骨干通信网络和接入通信网络两部分。其中，骨干通信网络主要用于110kV/35kV 变电站和主站之间的通信；接入网络则主要实现35kV 以下变电站和10kV 配电间至380V 用电的通信。骨干网络主要是采用数据网或者是传输网模式。接入网中的信息全部汇聚到骨干层中，对信息的处理要高，并且数据传输的方式多样[3-4]。电力专网组网方案如图3所示。

图3 电力专网组网方案

3 智慧配电间巡检系统关键技术

3.1 环境监测

配电间环境监测主要包括温湿度、水浸、火灾报警、有毒有害及易燃易爆气体检测、视频监控、门禁管理、灯光照明控制等。环境因素变化超过一定限值可实现与相关调节装置和告警装置联动，并可实现本地和远方的声光电报警及应急联动处理。通过采集配电间的环境状态信息，实现对配电间调温、通风、除湿、水浸、烟感、有毒有害及易燃易爆气体泄漏等状态信息实时监测，并控制配电室环境调节装置，为设备提供良好的运行环境。

3.2 设备状态监测

通过对配电间变压器等重点设备的运行状态、开关位置、电气接点温度等信息采集（如图4所示），实现配电间电力设备实时运行状态在线监测，包括设备状态异常变化及缺陷告警信息提示等。传感器监测到的数据以有线或无线的方式传送到通讯管理机。通讯管理机是配电间环境监测的“中枢”，负责对配电间环境状态与设备运行信息进行采集、传输与分析。实现传感器设备与控制装置之间的智能联动，并将任务处理完成后的结果信息上传至调控平台，也会及时执行调控平台下发的各项任务指令[5]。

3.3 安防监控

通过可见光摄像机，红外监测系统，实现室内环境、设备实时状态的可视化监视。辅助门禁监视实现防止陌生人侵入监测，也可以对室内电力设备实现远程智能巡视。在智慧配电间巡检系统平台上实现设备自动监测、远程监控、专家诊断、故障预警等智能化分析功能。

3.4 巡检机器人

室内轨道智能机器人巡检系统可辅助或替代人工进行室内设备巡检。降低人工作业风险，有利于运维人员及时了解设备的实时运行状态。机器人作为巡检平台通过搭载高清可见光摄像机和红外等智能传感器，沿吊装轨道对电力屏柜等设备进行非接触巡检，实现室内电力设备全方位（无死角）、全自动智能化巡检，获取设备的图像、状态等重要信息（如图5所示）。降低人工劳动强度，提高配电间设备巡检的智能化水平，减少安全管理成本，提升企业的行业地位和社会形象[6]。

图5 室内轨道巡检机器人现场

4 智慧配电间巡检系统特点和优势

4.1 系统特点

一是数据可测化：实时监测配电间内电力设备，干路和支路电力线路，及室内环境的状态。二是状态可视化：以图形化方式提供重点突出、条理清晰、趋势直观的监测数据展示。三是设备可控化：可智能联动或远程控制配电间内空调、摄像机、声光电报警器等设备。四是功能多样化：实现视频、红外、局放、温湿度、声音、有毒气体采集与监测等多样化功能。

4.2 系统优势

通过应用智慧配电间巡检系统对传统配电房进行升级改造，增设水浸传感器、噪声传感器、超声波驱鼠器、无线测温收发器、可见光摄像机、门禁控制单元、巡检机器人等检测手段，可有效实现配电间电气设备和环境状态的实时监测与控制。通过智慧配电间系统，运维人员可足不出户完成对配电间巡查，减少运维人员的劳动强度，降低运维成本。将通过运维人员巡检获取配电房内部电气设备和环境状态信息的方式，改变为通过在线监测手段，实现对配电房内电气设备和环境状态信息的实时监测。

综上所述，配电间智能巡检系统实现对配电间重要设备、线路、环境等的运行监测及开关的远程操作和控制，提高了配电间的运行可靠性和智能化水平。通过构建新型智能配电系统，将电网能源流、业务流、数据流实现更深层次、更高频度的融合交互，为实现配电间数字化升级奠定了坚实基础。