TIP3000配电室环境监测系统的设计与实现

配电室环境监测系统的实现摘 要随着国家电网公司管理水平的发展，对配电室的运行状况自动化监控水平不断提出更高要求。配电室是高、低压成套装置集中控制，接受和分配电能的场所，是城市配电网络的区域枢纽点，它遍布城市乡郊各处，具有点多、分布广的特点。随着城市规模的不断扩张，配电室数量也会不断增长。如果还采用以往人工巡检方式进行管理和维护，既费时费工，又不能及时反映真实情况和及时解决实际问题，难于完成安全、优质、可靠的供电任务。对配电室内设备的参数（电压、电流、高压开关触点的温度等）不能实时监控，一旦遇到突发异常情况，如因负荷突然变化引起配电设备过载、发热等异常，极易烧毁设备，造成设备损坏和对外停电，容易影响用户用电。另外，出现水浸、起火异常情况不能及时预警或提醒，造成设备损坏，可能会导致电力供应中断事故的发生。这就需要研发一套配电室环境监测系统，满足实际管理和维护工作需要。在此基础上，本文详细研究了配电室的设计要求和管理规范、配电室的主要电气设备及配电室的高低压电气主接线，设计规划了配电室环境监测系统的网络构架和系统构架，对系统的业务需求进行了分析，研究了主站的软硬件开发环境，实现了系统管理、视频监控、设备监测、监测数据、故障报警、巡检机器人等功能。关键词：配电室 配电室监控 环境监控 辅助综合监1 绪论1.1 选题的背景及意义长期以来，配电室（或开闭所，以下统称配电室）维护管理工作一直是配电系统运行可靠性的薄弱环节之一。主要存在以下几个问题：(1)配电室点多、线长、分布广，管理困难配电室是高、低压成套装置集中控制，接受和分配电能的场所，是城市配 电网络的区域枢纽点，它遍布城市乡郊各处，具有点多、分布广的特点。以郑 州城区现有的配电网规模为例，10kV 配电线路 1334 条，其中联络线路 1249 条，单电源线路 75 条，线路长度 5351.5 公里。其中，10kV 电缆线路长度 3236.38 公里，10kV 架空线路长度 2115.12 公里，绝缘化率 80.31%，（其中绝缘线长度1698.82 公里、架空裸导线长度 416.3 公里），开闭所 749 座，配电室 1582 座，环网柜 1248 台，开关 29306 台，电缆分支箱 385 个，配电变压器 10216 台。现有配电网设备当中国网郑州供电公司管辖负责运行维护的配电室（开闭所）总 计 2331 座，由用户自行管理的配电室更是不计其数。随着城市规模的不断扩张， 这个数字也会不断增长。如果依旧采用常规巡视方式，人工巡检进行管理和维 护，既费时费工，又不能迅速反映运行状况和及时处理缺陷，难以完成安全、 优质、可靠的供电服务；而且传统巡视方式采用机动车辆代步，存在一定的交 通安全隐患。(2)运行工况无法实时监控，异常停电容易造成配电设备故障对配电室内设备的参数（电压、电流、高压开关触点的温度等）不能实时监控，一旦遇到突发异常情况，如因负荷突然变化引起配电设备过载、发热等异常，极容易烧毁设备，造成设备损坏和对外停电，影响供电可靠性。(3)运行环境没有监控，出现水浸、起火异常情况不能及时预警，造成设备损坏等由于天气原因引起的配电室或电缆沟进水、环境潮湿等异常情况，也将危及设备安全可靠运行，而这些运行工况和运行环境的异常由于不能及时发现和及时采取必要的处理措施，易造成重大设备损坏和电力供应中断事故的发生。(4)市场上现有的监控产品功能不全，不能完全满足需求配电室辅助监控主要包括运行工况信息（设备的电压、电流、主导流的温度等）、环境监控信息（温度、湿度、水浸等）、安防监控信息（红外、门磁、门禁、视频等）、消防监控信息（烟雾、温感等）、辅助控制信息（灯光、风 机、水泵等）和智能视频监控信息（智能分析摄像机、智能轨道机器人）等。 现有的监控产品主要实现了环境监控、安防监控、消防监控、部分的辅助控制和通用的视频监控等，不能采集运行工况信息、没有视频智能分析、没有智能轨道机器人巡检等功能。因此，研发一套配电室辅助监控系统，满足配电室现场实际管理和维护的需要十分必要。建立和实现配电室内安全监控系统各设备运行环境状态信息的实时网络自动化监测管理，可以改进传统的管理方式，真正实现“数据集成、业务协同、管理集中、资源共享”的管理要求。推动智能化配电室设备运行环境信息平台的建立，实现信息的集中采集、集中传输、集中分析、集中应用管理等，实现与其他系统的交互应用，从根本上消除了产生“信息孤岛”的局面。提高配电室安全管理效率与质量，变人工例行的巡检为系统在线实时监测， 对系统监测到设备及运行环境的突发故障实施及时、针对性的有效处置。实现 配电室设备及运行环境信息的集中管理，科学地对设备运行环境状态进行综合 诊断，更及时、准确、灵敏地反映设备及运行环境的当前状态，避免增加人力 物力不必要的浪费及巡检不到位且实时性不好等问题。通过系统的实施，为各级人员提供了一个能够随时随地获取配电室设备运行环境状态和即时管理的强大工具，推进配电运行集约化管理。通过本系统的实施，可提高配电室设备安全运行的可靠性，有效预防各类事故的发生，形成智能化配电室设备运行环境风险控制和自动检修模式，形成监控中心与调度中心相结合，实现“调控一体”模式。2 配电室环境监测系统电气设备简述2.1 配电室简介配电室又叫配电所或配电室，在国家标准里面，配电所的定义是：“所内只有起开闭和分配电能作用的高压配电装置，母线上无主变压器”。配电室配置包括两扇外开门、直拨电话、防鼠挡板、灭火器、老鼠药箱、裸露的地线喷涂黄绿漆、绝缘胶垫、模拟图板、标牌、绝缘靴、绝缘手套、高压验电笔、地线、中国移动或联通信号、轴流风机、夹层防爆灯。10kV 配电室是供配电系统中的一个重要环节，其设计的优劣对终端用户用电质量造成极大影响。配电室主要包括高压进线隔离柜、高压计量柜、高压进线柜、PT 柜、变压器出线柜、高压母联柜、高压隔离柜、变压器、直流低压母联柜、低压馈线柜、电容补偿柜等设备。分别介绍如下：（1） 进线隔离柜高压配电接线中，要求电源开关与电源（线路）之间应当有一个明确的断 开点，可以保证检修时能够看到电源是被断开的，以确保人身安全，所以在高压柜进线开关前，往往设置一个隔离柜，其中设置隔离开关或者隔离开关小车， 在停电检修时将此隔离开关打开，以保证高压柜与电源断开联系。（2） 计量柜计量柜是计量电能用的。包含设备为：电流互感器，为电度表提供电流信号；电压互感器，为电度表提供电压信号；高压熔断器，为电压互感器提供过流保护；三线三相电度表，计量电能。（3） 进线柜一段母线的进线开关柜，内装有主断路器。（4） PT 柜PT 柜也叫电压互感器柜，一般是直接装设到母线上，以检测母线电压和实现保护功能。内部主要安装电压互感器 PT、隔离刀、熔断器和避雷器等。（5） 母联柜母联柜内部主开关是真空断路器，作用是将母线分为两段。（6） 隔离柜隔离柜也称为母线隔离柜，内部有隔离手车，高压电缆一般从隔离柜下口接入。主要是和外部电源隔开。（7） 变压器变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，是配电室的核心部分。（8） 直流屏高压配电室直流电源柜，是一个不间断电源，它主要用作控制、保护、监控和操作断路器等的电气电源。（9） 电容柜电容柜的作用包括补偿无功功率，提高电能质量，降低损耗。通过自动补偿控制器收集到负荷端的无功损耗情况，自动进行电容补偿的投切动作，从而达到减少无功损耗、提高功率因数的目的。（10） 低压联络柜作为两路母线的联络开关。（11） 低压馈线柜低压馈线柜也称出线柜，将总电源电能分配输出的一个总开关。2.2 配电室的设计要求（1）10kV 配电室设计规范配电室的位置应靠近用电负荷中心，设置在尘埃少、腐蚀介质少、干燥和震动轻微的地方，并宜适当留有发展余地。配电室的布置必须遵循安全、可靠、适用和经济等原则，并应便于安装、操作、搬运、检修、试验和监测。配电室内除本室需用的管道外，不应有其它的管道通过。室内管道上不应设置阀门和中间接头；水汽管道与散热器的连接应采用焊接；配电屏的上方不应敷设管道。同一配电室内并列的两段母线，当任一段母线有一级负荷时，母线分段处应设防火隔断措施。成排布置的配电屏，其长度超 6m 时，屏后通道应设两个出口，并宜布置在通道的两端，当两出口之间的距离超过 15m 时其间尚应增加出口。配电室屋顶承重构件的耐火等级不应低于二级，其它部分不应低于三级。配电室长度超过 7 米时，应设两个出口，宜布置在配电室的两端。当配电室为楼上楼下两部分布置时，楼上部分的出口应至少有一个通向该层走廊或室外的安全出口。配电室的门均应向外开启，但通向高压配电室的门应为双向开启门。配电室的顶棚、墙面及地面的建筑装修应少积灰和不起灰，顶棚不应抹灰。当严寒地区冬季室温影响设备的正常工作时，配电室应采暖，炎热地区的配电室应采取隔热、通风或加装空调等措施。位于地下室和楼层内的配电室，预留设备检修通道，并有良好的通风和可靠的照明系统。配电室的门、窗关闭应密合，与室外相通的洞、通风孔应设防止鼠蛇类等小动物进入的网罩，其防护等级不宜低于外壳防护等级分类（GB4208-84） 的 IP3X 级。直接与室外露天相通的通风孔还应采取防止雨、雪飘入的措施。(2)配电室安全管理配电室应做好防雷、防雨、防火、防小动物等“四防”工作，注意随手关闭好门窗，经常查看防护网、密封条防护情况。配电室应配齐配全消防器材和绝缘用具，摆放整齐，定期进行检查，保持有效完好；管理人员能熟练使用消防器材。配电设备的操作应由专业人员严格按照操作规程进行操作，一人监护， 一人操作；严禁两人同时操作，以免发生意外。配电室内严禁吸烟，严禁将易燃易爆危险物品带进配电室。检修人员或其他人员需要进入配电室，必须经管理人员同意后，方可进入。管理人员应经常检查设施、设备运行情况，发现隐患，安排专业人员及时进行处理，确保正常安全供电。管理人员应保持配电室地面、窗台及设备外表清洁无尘。(3)配电室安全操作规程配电室管理人员应按照巡视制度，发现缺陷或隐患，可带电作业的及时安排专业人员处理。如出现较大故障或发现重大紧急缺陷，应做好应急措施， 申请停电进行检修工作。低压设备带电工作时，应设专人监护，工作中要戴绝缘手套，穿绝缘鞋， 使用有绝缘柄的工具，并站在干燥的绝缘物上进行工作。相邻的带电部分，应用绝缘板料隔开。严禁使用锉刀、金属尺和带有金属物的毛刷、毛掸工具。停电拉闸必须按照断路器（或负荷开关等）、负荷侧刀闸、母线侧刀闸的顺序依次操作。电气设备停电后，在未拉开刀闸和做好安全措施以前，视为带电，不得触及设备，以防突然来电。停电时必须切断各回路可能来电的电源。变压器与电压互感器必须从高低压两侧断开，电压互感器的一、二次熔断器均要取下，断路器的操作电源要断开，刀闸的操作把手要锁住。发生人身触电事故和火灾事故，值班人员应立即断开有关设备的电源， 以便进行抢救。设备发生火灾时，应该用二氧化碳灭火器扑救。变压器起火时，只有在全部停电后才能用泡沫灭火器扑救。3 配电室环境监测系统的设计3.1 系统构架设计随着配电室无人值守设计方案的推广、智能电网的建设。本项目根据对多个开闭所、中间变、小区变的勘察结果，结合在实际操作中提出的特殊要求，安徽电科恒钛研发出该配电室环境监测系统，可以采集配电室内部的温度、湿度、液位、SF6气体和烟雾,根据采集来的数据及时对风机、除湿机、空调、排水泵等辅助设备进行联动控制;此外系统采集得到的数据传输到监控中心供工作人员查询和控制。该系统可以为配电室安全、可靠运行提供良好的内