居民小區配電房動力環境監控系統研究與應用

1、背景及目的

目前小區配電站房大多位于居民住宅小區地下、半地下等低洼地帶，排水通道不夠順暢。逢汛期極易積水，若遇暴雨，雨水甚至有可能倒灌至配電站所。在 13 號“蘇迪羅"臺風期間福州市區一百多個小區配電站房進水，半數以上電氣設備遭受浸泡損毀，造成大面積長時間停電。對供電部門來說小區站房巡檢工作量大。特殊情況如暴雨臺風期間往往措手不及，因此靠以往人工巡視的方法存在著很大弊病和隱患，運行維護質量無法保證。因此電力部門有必要實時掌握對配電站運行環境（包括如環境溫、濕度、安防情況、漏水情況）和配電房所屬電氣設備的運行情況，進而合理安排巡視、檢修計劃，對發現有可能影響配電網安全的缺陷隱患及時處理，同時提高運行維護人員工作效率。本文設計基于TCP/IP 網絡的集中監控管理系統，采用 FCS 現場總線控制系統，通過建立配電站房動力環境監控系統對其進行遠程監控，以期解決目前配電站房存在的運維管理困難。

2、系統架構設計與說明

配電站房動力環境監控系統通過構建三級監控網絡，由監控中心的綜合管理機集中監控管理所有被監控動力設備、環境狀態參數并遠程控制各監測站點的受控設備。

（1）整個監控系統所轄的監控區域內的監測站點通過以太網（IP網絡）進行站間數據通信。

（2）監控中心主要承擔所轄區域內各站房的監測、報警閥值設置以及對個站房的集中監控和管理，它是整個系統的核心。

（3）配電站房內各個采集設備采集的實時監控數據（溫濕度、UPS工作狀態、門禁系統狀態等）同步上傳至本地區監控中心進行集中處理，具有實時性及可靠性。

（4）系統轄區內的所有溫濕度、空調、漏水、門禁、變壓器監測等現場采集設備均留有用于后期設備擴充的擴展接口，對系統進行后期的擴展和升級不會影響原系統的穩定運行，具有高度的靈活性。

（5）基于 RS-485 總線串聯方式實現了各個采集設備之間的數據通信，同時對各采集設備集中供電，極大地減少了現場布線的工作量、系統故障和檢修的難度和時間，大大提高了系統的經濟性。

（6）嵌入式系統廣泛應用于本監控系統現場采集設備中，使得各個采集設備與整個監控系統之間能夠實現無縫連接，極大地提高了模塊運行的穩定性，使得后期維護更加方便。

圖 1 動力環境監控系統構架圖

3、數據通信方式

SU-SM 之間采用了基于 Modbus 協議的 RS-485 總線傳輸方式，SC-SS-SU 三級監控系統之間采用了基于 TCP/IP 協議的以太網傳輸方式。配電站房中的監控對象包括了變壓器、空調、門禁、UPS、電纜防盜、室內溫濕度、煙霧、水浸以及站房視頻監控等，對這些對象的監控通過各類傳感器（如煙霧傳感器、水浸傳感器、溫濕度傳感器）進行各個參量的采集，在通過搭載在各監控對象采集模塊中的數據采集器將傳感器傳遞過來的模擬量轉換為數字量，進而通過組建的基于 TCP/IP 協議的以太網絡進行數據的傳遞，以實現對配電站房各動力環境設備的遠程監控與管理。

4、三級監控網絡數據通信的實現

（1）各個現場監控模塊將采集的數字量信號和視頻信號上傳給監控單元SU的監控主機。

（2）監控單元 SU 的監控主機將實時數據通過 3G/4G 網絡上傳給區域監控中心SS的監控服務器進行數據的分析與處理，并建立實時數據庫，以方便后期的運維和管理。

（3）區域監控中心 SC，以達到集中管理的目的。

（4）各級監控中心對上傳的數據進行分析，將遙控和遙調指令通過3G/4G網絡下傳至各個下級監控系統，直至實現對現場各個監控對象的控制和調整。

5、安科瑞配電室環境監控系統的介紹與選型

5.1概述

配電室綜合監控系統包括智能監控系統屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監控子系統（云臺球機、槍機）、環境監測子系統（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統（燈光、空調、除濕機、風機、水泵）、門禁監控子系統（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監控子系統（雙鑒檢測器）。

5.2系統結構

5.3系統功能

5.3.1實時監測

能夠顯示配電室設備的運行狀態，實時監測配電室環境參數信息，實時顯示有關故障、告警等信息。

5.3.2數據查詢

在人機界面中，可以直接查看配電室中各個設備的運行數據。

5.3.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

5.3.4運行報表

查詢配電室內設備的運行數據報表。

5.3.5實時告警

具有實時告警功能，系統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發出告警。

5.3.6歷史事件查詢

能夠對產生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和進行歷史追溯、查詢統計、事故分析。 

5.3.7用戶權限管理

設置了用戶權限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。

5.3.8網絡拓撲圖

支持實時監視并診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構。

5.3.9遙控功能

可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。

5.4系統硬件配置

6、總結

配電站動力環境監控系統是一種能適用于小區配電站房動力環境監控，適應電力系統自身特點，能夠即能穩定地運行，同時運行成本又經濟的監控管理系統。該系統能夠方便地通過無線 3G/4G 網絡組網，快速實現區域內配電站房的有效覆蓋，為用戶提供配電站所的配變電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因素等運行信息的監視和溫濕度、門禁、漏水感應、視頻等動力環境監控，有效提升配電站房設備運維水平。

參考文獻：

[1]郭鑫.應用 3G 網絡的配變監控系統的設計開發[D].山東大學，2010.

[2]王艷文，宗凌.動力環境監控集中系統的現狀與演化[J].電信科學，1998(8).

[3]鄭瑞晨，閻東升，張福剛等.城市配電所遠程集中監控的技術探討[J].電力系統保護與控制，2010，38(6)：126-128，150.

[4] 葉燊.小區配電站房動力環境監控系統研究與應用.

[5] 企業微電網設計與應用手冊2022.05版.