基於泛在物聯網的配電站房狀態檢修智能輔助系統

一、配電站房一般概況

1.1、應用場景：

配電站房一般設置在地上建築物內或建築物的地下部分。

1.2、配電站房概況：

配電站房的環境對配電站房內設備的正常運行有重大影響。温州地區春夏季天氣炎熱、濕度較大，冬季濕冷，用電負荷重，配電站房各分室內容易出現由於濕度大、温差大、温濕度分佈不均勻等多種因素引起的凝露、局部放電等異常現象，導致故障高發；同時，電纜溝、電纜井也容易進水引起故障；電纜接頭、開關觸電温升情況、局放、變壓器狀態也是判斷配電站房內部故障的重要因素；開關現實狀態也是運檢部門需要了解的重要狀態參數。

因此，急需一種能夠將配電站房環境、安防、消防、設備工況進行實時監控的在線監控系統，同時輔以設備健康管理、故障預警報價、智能巡檢等功能，降低設備故障率，提高工作和管理效率，更大程度實現對配電站房設備的狀態檢修，保障配電站房各類設備的正常運行。

二、本系統的目的及意義

1、本系統可以加強無人值守配電站房設備的安全管理，提高設備管理水平和勞動生產率，減少維修費用和各種物料損耗，實現設備的經濟運行。

2、本系統使事故隱患得到及時的處理，可以有效的提高事件反應能力，迅速定位故障點，減少事故處理時間和設備停運時間、避免擴大事故範圍，減少事故損失。

3、本系統將技術手段應用於管理實踐，通過智能巡檢，及時瞭解無人值守設備的運行情況，消除設備故障隱患，減輕巡檢人員的勞動強度，有效地提高企業的經濟效益。

三、本系統解決的問題

1、解決目前無法實現狀態檢修的問題：運檢部的檢維修部門無法知道設備的運行狀態，只能被動值守，以應急搶修為主，本項目可以在線實時監控配電站房內各類參數，分析出設備的健康狀態，根據健康狀態安排對應的檢維修計劃，可以解決這個問題，可以在更大程度上實現狀態檢修。

2、解決故障停電時間長，重複工作問題：目前，出現電力故障，需要用户報修或運行部門通知檢維修部門，且因無法瞭解具體故障情況和無法預知故障原因，造成處理故障時，人力物力的浪費，停電時間長。本項目可以設置預警及報警機制，在設備存在故障隱患時預警，設備出現故障時即時報警，使檢維修部門第一時間清楚故障狀態，輔助定位故障點，可以有的放矢地安排檢維修計劃或應急預案。

3、解決各類監控系統無法統一和數據浪費問題：近年來，部分重點部位配電站房也安裝了一些試點監控設備，但因為廠家多、設備雜、通訊複雜，數據或無法上傳，造成數據孤島，或者數據上傳後無法納入統一管控平台，無法發揮數據的作用。本項目建立狀態檢修輔助平台後，各類數據統一管理，統一納入算法，數據潛力得以充分發揮。

4、解決各類監控系統維護量大問題：各類試點監控系統由於安裝時間跨度長、廠家多而雜、規格型號較多、備品備件缺乏、數據格式不一，不但不能給運檢部門解決問題，反而增加了故障點，給運檢部門增加了額外的維護負擔。本項目硬件魯棒性極強，且可以自助註冊，免調試即插即用，免維護，不給運檢部門增加維護負擔。

5、解決備品備件庫存問題：運檢部門確定備品備件庫時，只能按照經驗來配置庫存，無法根據大數據分析來確定備品備件數量，無法與需求匹配。建立統一的狀態檢修輔助平台後，根據大數據模型，可以預知每種備品備件的現實需求和未來需求，可以科學匹配有效庫存，避免浪費。

四、系統主要功能

本系統採用34U智慧機櫃安裝方式，標準化、模塊化設計，可以方便地安裝與擴展。智慧機櫃內置空調系統、櫃內動環監控及微環境調理系統，自帶在線式UPS，可以在惡劣環境下正常工作。系統採用各類物聯網傳感器，注重配電站房動力、環境、工況、安防、消防監控，全面監控故障點。

本系統利用了泛在物聯網、互聯網、人工智能、大數據、邊緣計算、現代通訊技術等先進技術，採用智能巡檢機器人，搭載視頻攝像頭、全向特高頻局放傳感器、紅外全局攝像，輔以三合一局放傳感器、電纜接頭無線測温傳感器、電纜倉温度傳感器、對地鐵芯電流傳感器、振動傳感器等，對配電站房內的電控櫃、電纜、配變等設備工況進行全面感知；採用標準消防系統，支持七氟丙烷、二氧化碳、S型氣溶膠等滅火方式，感知消防狀態；採用視頻監控系統、紅外對射傳感器、紅外移動傳感器、門禁系統等，感知配電站房安防狀態；採用温濕度、水位、凝露、有害氣體、噪聲等傳感器，感知配電站房環境狀態。

在狀態全面感知的條件下，數據通過本地物聯網網關設備，匯入本地前端控制器，由物聯網智能通訊模塊傳遞到後台，利用系統平台，對數據進行展示、分析、計算，給出設備健康狀態，合理安排檢維修計劃，更大程度實現狀態檢修，保障供電安全。

本系統硬件即插即用，免調試、免維護，不額外增加配電檢修部門的負擔，前端設備安裝（除櫃內設備安裝調試外）不需要停電。

系統配電站房端由設置在配電站房內的站端設備、多功能通訊模塊、各類傳感器及環境治理裝置等組成。系統局端由智能維保後台設備及狀態檢修智能輔助系統軟件組成。

4.1、標準化、模塊化的站端控制設備

1、主控模塊

機架式1U設計

輸入輸出控制

通信控制

顯示控制

存儲控制

時鐘等

內置黑匣子

內置超級電容電源支持模塊

2、輸入模塊

機架式1U設計

32路開關量輸入

16路模擬量輸

自帶常見各類傳感器變送模塊

可級聯

3、輸出模塊

機架式1U設計

16路輸出控制模塊

支持遠程控制

支持本地多變量閉環控制

支持聯合控制

配合內置配電箱，可以控制16個大功率設備

4、通訊模塊

機架式1U設計

1000M以太網通信模塊、光模組

2G/3G/4G無線通訊模塊，支持5G擴展

433MHz/470MHz/2.4G現場總線無線自適應組網智能通訊模塊。

WIFI方式與與智能巡檢終端通訊

5、視頻模塊

機架式2U設計

8-16路視頻錄像機

1-4塊硬盤

視頻控制單元（帶視頻識別功能）

6、安防模塊

機架式1U設計

門禁信息、紅外防入侵信息、電圍欄、雙鑑探頭採集的信息統一處理

7、消防模塊

國標消防系統，支持七氟丙烷、二氧化碳、S型氣溶膠等滅火裝置。

消防多防區控制器

各類消防傳感器變送接口

8、局放監測模塊

機架式2U設計

三合一TEV傳感器輸入接口

全向特高頻傳感器輸入接口

局放監測儀

9、配變監測模塊

機架式1U設計

變壓器鐵芯地電流傳感器輸入接口

變壓器繞組温度傳感器輸入接口

變壓器異常振動噪聲傳感器輸入接口

變壓器檢測儀

10、智慧機櫃

19吋機櫃標準配置，1.6～2.4米高度可選

24口交換機，千兆帶光口

物聯網智能網關

自帶UPS，在線式，12小時

櫃內微環境監測系統

櫃內火災監測及自動滅火系統

櫃內微環境恆温恆濕調理系統

櫃內電源監測系統

標準端子排/配線架

內置電控櫃，配合閉環控制系統，控制大功率設備

10吋觸摸屏:現場顯示數據/鑑權/參數配置

防護等級：IP55

4.2、環境監控

環境温度監測

環境濕度監測

漏水監測

設備表面結露監測

電纜溝實際水位監測

電纜溝入口水浸監測

SF6濃度監測

氧含量監測

臭氧濃度監測

運行噪聲監測。

各類傳感器數量均可以根據現場情況靈活配置。

4.3、安防監控

門禁部分：

門禁控制器

電磁鎖/電插鎖

門禁髮卡主機

多種方式鑑權，支持雙鑑開門

紅外雙鑑入侵檢測

紅外對射傳感器

門禁報警機制：合法進入不報警，非法闖入報警

門禁聯動機制：通過閉環自動控制系統，可以聯動攝像頭、燈光等各類設備

門禁數據存儲：記錄所有進出時間、事件等

4.4、消防監控

四線離子式煙霧探測器

紅外明火探測器

各類探測器按照消防需求數量及位置佈置

火探管觸發器

二氧化碳或七氟丙烷自動滅火裝置

自動消防系統按照消防規範要求配置數量及位置

手動報警裝置

本地聲光報警器

4.5、工況監控

超聲、暫態地電壓、温度三合一傳感器：設置在各電控櫃纜倉正表面上

特高頻智能傳感器：設置在每列開關櫃後側牆壁或站房中心位置，或智能巡檢機器人移動平台

電纜頭温度傳感器：無源/有源無線電氣接點温度傳感器，設置於電纜接頭處，免中繼設計

電纜倉溝温度傳感器：無線測量電纜溝內或電纜温度

櫃內微環境治理裝置：每個櫃子一套，設置於電纜進線倉內

3M封堵：每個櫃子一套

主變繞組温度傳感器：需原主變帶有遠傳接口

主變鐵芯對地電流傳感器：不需停電安裝，吸附式

主變異常震動監測：不需停電安裝，吸附式

4.6、視頻監控

微光高清固定槍式攝像機

高清微光球機，可自動巡航

硬盤錄像機，可堆棧式存儲3個月圖像

智能事件觸發報警

人工控制主動全室智能巡檢

智能圖像/視頻識別

圖像/視頻識別結果聯動控制各類設備

4.7、多變量智能閉環控制

1、強排風機控制：利用前端控制器閉環控制輸出模塊，採用多變量智能閉環控制，在SF6超標、出現煙霧、室內温濕度異常等情況下，啟動強排風裝置。

2、新風風機控制：利用前端控制器閉環控制模塊，採用多變量智能閉環控制，在氧含量不足、室內温濕度異常等情況下，啟動新風裝置。根據不同情況，算法可聯動新風與強排風裝置，在特定情況下，達到一鼓一引主動式對流目的。

3、除濕控制：可將除濕機控制納入前端控制器閉環控制模塊，由系統自動控制除濕機啟停。

4、排水控制：利用前端控制器閉環控制模塊，採用多變量智能閉環控制，在電纜溝水位達到一定值時，自動啟動水泵向外排水，排水完畢自動停機。

5、空調控制：根據室內温濕度設置，自動啟停空調機，保持動態恆温恆濕

6、燈光控制：可以與門禁、視頻識別等各類傳感器監測結果聯動、與非法闖入事件聯動或遠程控制。

4.8、智能巡檢機器人系統

軌道自帶DC48V，免拖纜。

平台搭載高清微光攝影相機、紅外熱成像儀、局部放電傳感器或其他儀器設備等。

可設置自動巡航智能巡檢，可預設256個固定巡檢點位。

控制中心可主動操作機器人做主動巡檢。

儀表示數智能識別。

開關各類狀態參數智能識別。

局放監測。

紅外温度場分佈監測。

4.9、現場展示系統

現場智慧機櫃觸摸屏現場顯示

可配置65吋4K顯示屏，配合工控機做現場展示

工控機：配置在智慧機櫃內

4.10可擴展部分

1、櫃內微環境調理裝置：可自動控制櫃內微環境調理裝置，控制櫃內濕度，採用半導體主動露點式除濕

2、開關狀態指示器接入

3、SF6濃度/壓力、氧氣含量等各類其他傳感器

4、智能巡檢：基於有限範圍專用WIFI熱點的智能巡檢系統，將智能巡檢、工作流程管理、前端設置合為一體。

五、配電站房狀態檢修智能輔助平台

5.1、智能維保後台：

設置智能維保服務器，配置於局端，同時在需要的工位，設置若干客户端，可同時供多個部門或多個維保監控人員使用。

在多個配電站房監控時，各配電站房的主站前端控制器採用自主註冊技術，不需要現場設置，不需要局端軟件平台組態，即插即用。

配置短信報警模塊，發送報警信息。

5.2、智能維保軟件平台：

直觀顯示：所有配電站房各分室內的各類監控量均在界面上直觀顯示，有列表、圖形兩種顯示方式，支持地理信息系統，支持分層顯示。

數據分析：數據可以查詢、檢索、統計、分析、報表。

預警報警：遇超限事件，系統可以在監控計算機或智能手持終端上實時發送預警信息；遇故障事件，系統自動在監控計算機或智能手持終端上發送報警信息，同時支持向相關責任人發送報警短信。

智能維保：系統軟件開放式支持專家診斷系統和檢維修輔助系統。可聯動物料管理、備品備件管理等系統。

智能巡檢：智能巡檢終端接收巡檢指令，到位後自動智能巡檢，記錄巡檢信息，並可與設備台帳、地理信息、巡檢維修信息、工作票有機結合，可上傳巡檢信息進入數據庫。

數據積累到一定程度，可增配專家輔助診斷子系統、檢維修預案子系統、工作過程管理子系統等。

六、系統主要特點

6.1、擴展性強

雙總線設計，方便隨時添加各種類型的傳感器，擴展性強；理論上可以添加任何類型的傳感器，便於擴展。

6.2、魯棒性強

智慧機櫃一體化設計，生存能力超強；低功耗設計，前端主控制器功耗小於5W，適合長時間惡劣環境工作；防護等級：IP65；電磁兼容性4級；

6.3、監控量全面

監控量全面涵蓋了運行環境、消防、安防和設備工況，基本覆蓋了配電站房常見故障的90%以上範圍；

6.4、多方式智能巡檢

除智能巡檢機器人及視頻定時巡檢外，本系統具有基於有限範圍專用WIFI熱點的智能巡檢系統，將智能巡檢、工作流程管理、前端設置合為一體；

6.5數據安全

基於哈西散列算法的數據加密傳輸，多級鑑權機制，保護數據安全；

6.6多功能智能通訊模塊

既包括現場無線通訊433MHz/470MHz/2.4G,也包括遠程通訊以太網/2G/3G/4G /GSM/WIFI，智能切換；同時預留5G接口，可以升級到5G通信系統。

6.7、預警報警機制

完善的預警報警機制，正常運行對應智能巡檢，帶缺陷運行對應狀態檢修，故障狀態對應應急搶修輔助系統。

6.8、個性化定製

適合多種應用場景，按形式分：有電控櫃壁掛式、機櫃式及智慧機櫃一體化式。軟件硬件均可以定製。