基於泛在物聯網的配電站房狀態檢修智慧輔助系統

一、配電站房一般概況

1.1、應用場景：

配電站房一般設定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裝置的正常執行有重大影響。溫州地區春夏季天氣炎熱、溼度較大，冬季溼冷，用電負荷重，配電站房各分室內容易出現由於溼度大、溫差大、溫溼度分佈不均勻等多種因素引起的凝露、區域性放電等異常現象，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、開關觸電溫升情況、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引數。

因此，急需一種能夠將配電站房環境、安防、消防、裝置工況進行實時監控的線上監控系統，同時輔以裝置健康管理、故障預警報價、智慧巡檢等功能，降低裝置故障率，提高工作和管理效率，更大程度實現對配電站房裝置的狀態檢修，保障配電站房各類裝置的正常執行。

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裝置的安全管理，提高裝置管理水平和勞動生產率，減少維修費用和各種物料損耗，實現裝置的經濟執行。

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裝置停運時間、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，通過智慧巡檢，及時瞭解無人值守裝置的執行情況，消除裝置故障隱患，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裝置的執行狀態，只能被動值守，以應急搶修為主，本專案可以線上實時監控配電站房內各類引數，分析出裝置的健康狀態，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，需要使用者報修或執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。本專案可以設定預警及報警機制，在裝置存在故障隱患時預警，裝置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資料浪費問題：近年來，部分重點部位配電站房也安裝了一些試點監控裝置，但因為廠家多、裝置雜、通訊複雜，資料或無法上傳，造成資料孤島，或者資料上傳後無法納入統一管控平臺，無法發揮資料的作用。本專案建立狀態檢修輔助平臺後，各類資料統一管理，統一納入演算法，資料潛力得以充分發揮。

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、資料格式不一，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。本專案硬體魯棒性極強，且可以自助註冊，免除錯即插即用，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，無法根據大資料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臺後，根據大資料模型，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、模組化設計，可以方便地安裝與擴充套件。智慧機櫃內建空調系統、櫃內動環監控及微環境調理系統，自帶線上式UPS，可以在惡劣環境下正常工作。系統採用各類物聯網感測器，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、網際網路、人工智慧、大資料、邊緣計算、現代通訊技術等先進技術，採用智慧巡檢機器人，搭載視訊攝像頭、全向特高頻局放感測器、紅外全域性攝像，輔以三合一局放感測器、電纜接頭無線測溫感測器、電纜倉溫度感測器、對地鐵芯電流感測器、振動感測器等，對配電站房內的電控櫃、電纜、配變等裝置工況進行全面感知；採用標準消防系統，支援七氟丙烷、二氧化碳、S型氣溶膠等滅火方式，感知消防狀態；採用視訊監控系統、紅外對射感測器、紅外移動感測器、門禁系統等，感知配電站房安防狀態；採用溫溼度、水位、凝露、有害氣體、噪聲等感測器，感知配電站房環境狀態。

在狀態全面感知的條件下，資料通過本地物聯網閘道器裝置，匯入本地前端控制器，由物聯網智慧通訊模組傳遞到後臺，利用系統平臺，對資料進行展示、分析、計算，給出裝置健康狀態，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。

本系統硬體即插即用，免除錯、免維護，不額外增加配電檢修部門的負擔，前端裝置安裝（除櫃內裝置安裝除錯外）不需要停電。

系統配電站房端由設定在配電站房內的站端裝置、多功能通訊模組、各類感測器及環境治理裝置等組成。系統局端由智慧維保後臺裝置及狀態檢修智慧輔助系統軟體組成。

4.1、標準化、模組化的站端控制裝置

1、主控模組

機架式1U設計

輸入輸出控制

通訊控制

顯示控制

儲存控制

時鐘等

內建黑匣子

內建超級電容電源支援模組

2、輸入模組

機架式1U設計

32路開關量輸入

16路模擬量輸

自帶常見各類感測器變送模組

可級聯

3、輸出模組

機架式1U設計

16路輸出控制模組

支援遠端控制

支援本地多變數閉環控制

支援聯合控制

配合內建配電箱，可以控制16個大功率裝置

4、通訊模組

機架式1U設計

1000M乙太網通訊模組、光模組

2G/3G/4G無線通訊模組，支援5G擴充套件

433MHz/470MHz/2.4G現場匯流排無線自適應組網智慧通訊模組。

WIFI方式與與智慧巡檢終端通訊

5、視訊模組

機架式2U設計

8-16路視訊錄影機

1-4塊硬碟

視訊控制單元（帶視訊識別功能）

6、安防模組

機架式1U設計

門禁資訊、紅外防入侵資訊、電圍欄、雙鑑探頭採集的資訊統一處理

7、消防模組

國標消防系統，支援七氟丙烷、二氧化碳、S型氣溶膠等滅火裝置。

消防多防區控制器

各類消防感測器變送介面

8、局放監測模組

機架式2U設計

三合一TEV感測器輸入介面

全向特高頻感測器輸入介面

局放監測儀

9、配變監測模組

機架式1U設計

變壓器鐵芯地電流感測器輸入介面

變壓器繞組溫度感測器輸入介面

變壓器異常振動噪聲感測器輸入介面

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

物聯網智慧閘道器

自帶UPS，線上式，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

櫃內微環境恆溫恆溼調理系統

櫃內電源監測系統

標準端子排/配線架

內建電控櫃，配合閉環控制系統，控制大功率裝置

10吋觸控式螢幕:現場顯示資料/鑑權/引數配置

防護等級：IP55

4.2、環境監控

環境溫度監測

環境溼度監測

漏水監測

裝置表面結露監測

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

執行噪聲監測。

各類感測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，支援雙鑑開門

紅外雙鑑入侵檢測

紅外對射感測器

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、燈光等各類裝置

門禁資料儲存：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、溫度三合一感測器：設定在各電控櫃纜倉正表面上

特高頻智慧感測器：設定在每列開關櫃後側牆壁或站房中心位置，或智慧巡檢機器人移動平臺

電纜頭溫度感測器：無源/有源無線電氣接點溫度感測器，設置於電纜接頭處，免中繼設計

電纜倉溝溫度感測器：無線測量電纜溝內或電纜溫度

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

主變繞組溫度感測器：需原主變帶有遠傳介面

主變鐵芯對地電流感測器：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、視訊監控

微光高清固定槍式攝像機

高清微光球機，可自動巡航

硬碟錄影機，可堆疊式儲存3個月影象

智慧事件觸發報警

人工控制主動全室智慧巡檢

智慧影象/視訊識別

影象/視訊識別結果聯動控制各類裝置

4.7、多變數智慧閉環控制

1、強排風機控制：利用前端控制器閉環控制輸出模組，採用多變數智慧閉環控制，在SF6超標、出現煙霧、室內溫溼度異常等情況下，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組，採用多變數智慧閉環控制，在氧含量不足、室內溫溼度異常等情況下，啟動新風裝置。根據不同情況，演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、除溼控制：可將除溼機控制納入前端控制器閉環控制模組，由系統自動控制除溼機啟停。

4、排水控制：利用前端控制器閉環控制模組，採用多變數智慧閉環控制，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：根據室內溫溼度設定，自動啟停空調機，保持動態恆溫恆溼

6、燈光控制：可以與門禁、視訊識別等各類感測器監測結果聯動、與非法闖入事件聯動或遠端控制。

4.8、智慧巡檢機器人系統

軌道自帶DC48V，免拖纜。

平臺搭載高清微光攝影相機、紅外熱成像儀、區域性放電感測器或其他儀器裝置等。

可設定自動巡航智慧巡檢，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。

儀表示數智慧識別。

開關各類狀態引數智慧識別。

局放監測。

紅外溫度場分佈監測。

4.9、現場展示系統

現場智慧機櫃觸控式螢幕現場顯示

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可擴充套件部分

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

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感測器

4、智慧巡檢：基於有限範圍專用WIFI熱點的智慧巡檢系統，將智慧巡檢、工作流程管理、前端設定合為一體。

五、配電站房狀態檢修智慧輔助平臺

5.1、智慧維保後臺：

設定智慧維保服務器，配置於局端，同時在需要的工位，設定若干客戶端，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，不需要現場設定，不需要局端軟體平臺組態，即插即用。

配置簡訊報警模組，傳送報警資訊。

5.2、智慧維保軟體平臺：

直觀顯示：所有配電站房各分室內的各類監控量均在介面上直觀顯示，有列表、圖形兩種顯示方式，支援地理資訊系統，支援分層顯示。

資料分析：資料可以查詢、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慧手持終端上實時傳送預警資訊；遇故障事件，系統自動在監控計算機或智慧手持終端上傳送報警資訊，同時支援向相關責任人傳送報警簡訊。

智慧維保：系統軟體開放式支援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。

智慧巡檢：智慧巡檢終端接收巡檢指令，到位後自動智慧巡檢，記錄巡檢資訊，並可與裝置臺帳、地理資訊、巡檢維修資訊、工作票有機結合，可上傳巡檢資訊進入資料庫。

資料積累到一定程度，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、擴充套件性強

雙匯流排設計，方便隨時新增各種型別的感測器，擴充套件性強；理論上可以新增任何型別的感測器，便於擴充套件。

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；電磁相容性4級；

6.3、監控量全面

監控量全面涵蓋了執行環境、消防、安防和裝置工況，基本覆蓋了配電站房常見故障的90%以上範圍；

6.4、多方式智慧巡檢

除智慧巡檢機器人及視訊定時巡檢外，本系統具有基於有限範圍專用WIFI熱點的智慧巡檢系統，將智慧巡檢、工作流程管理、前端設定合為一體；

6.5資料安全

基於哈西雜湊演算法的資料加密傳輸，多級鑑權機制，保護資料安全；

6.6多功能智慧通訊模組

既包括現場無線通訊433MHz/470MHz/2.4G,也包括遠端通訊乙太網/2G/3G/4G /GSM/WIFI，智慧切換；同時預留5G介面，可以升級到5G通訊系統。

6.7、預警報警機制

完善的預警報警機制，正常執行對應智慧巡檢，帶缺陷執行對應狀態檢修，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。軟體硬體均可以定製。