1. 系统背景
城市配电房和开关站数量多分布广，遍布城市各个角落，大至片区，小至某一栋大楼，均配有配电房或开关站。而长期以来，配电室管理工作一直是供配电系统运行管理可靠性的薄弱环节之一，一些配电室开关跳闸和配电室环境过热影响设备运行、配电室水浸导致设备损坏、配电室设备被盗等，既容易烧毁设备，也容易影响用户正常的用电，而这些故障却常常被人们忽视。多年来，由于配电网络缺乏这方面的检测手段，一般都在每年或每季的几个规定日，由工作人员逐个测量配电装置及点巡检，结果是费时费工，既不能及时反映真实情况，也不能及时解决实际问题。
近年来在推广泛在电力物联网和状态检修的大背景下，国内的电力设备在线监测技术发展势头有增无减，无论是在线监测应用的规模还是在线监测技术水平，与国外相比都不逊色。随着在线监测系统在配电房设备上的应用，对配电房进行智能化改造，建立配电房设备在线监测系统，实现配电房设备的实时状态监测，能够实现配电房设备由计划巡检向状态检修的转变，能够及早发现安全隐患，降低运维成本减少事故损失。
本方案通过采集配电自动化装置的接口信号、开关状态信号、电气参数信号实现四遥功能。安装温湿度传感器、水浸传感器、烟感探测器、温感探测器、无线母排测温装置、变压器（开关柜）局放监测、门禁监控设备、安防监控设备等实现配电室的环境参量监控功能。对巡检人员进行系统管理，实现智能化运维管理。以满足配电室智慧管理的需求。
本方案基于物联网技术的实施应用，可对设备全面实时的获取运行状态信息、实时信息融合处理等方面的综合应用与展示，为电网运维管理提供更为全面的设备运行状态信息和更精确的管控工况信息，以实现配电网信息化、自动化、互动化，进一步提高配电网运维管理效率、提升综合服务水平提供信息支撑。
2. 参考标准与规范
? Q/GDW1168-2013《输变电设备状态检修试验规程》
? DL/T 1430-2015《变电设备在线监测系统技术导则》
? GB50150-2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》
? Q/CSG114002-2011《电力设备预防性试验规程》
? GB/T11022《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》
? 国家电网设备〔2018〕979号 国家电网有限企业关于印发十八项电网重大反事故措施（修订版）的通知
? Q/GDW 1535 变电设备在线监测装置通用技术规范
? Q/GDW 1921 智能变电站35kV及以下保护测控计量多功能装置技术规范；
? Q/GDW 10766 10kV～110（66）kV 线路保护及辅助装置标准化设计规范
? Q/GDW 10767 元件保护及辅助装置标准化设计规范
? Q GDW 11085 真空断路器开合容性电流老炼试验导则
? Q/GDW 11398 变电站设备监控信息规范
? Q GDW 11472 继电保护和安全自动装置用电子标签技术规范
3. 方案概述
3.1. 变电站概述
设备基本概述
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序号 |
名称 |
描述 |
数量 |
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1 |
高压开关柜 |
2进线柜+2电容柜+2PT柜+10馈线 |
16面 |
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2 |
干式变压器 |
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2台 |
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3 |
低压开关柜 |
MNS3.0 |
12面 |
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4 |
直流屏 |
DC220V65AH |
1套 |
3.2. 方案设计概述
? 配电房运行环境智能调控系统以“可编程扩展、智能控制”为核心，通过原有保护装置技术与物联网技术的集成应用，实现配电房内环境的全天候状态监视和智能控制。
? 系统通过无线无源温度传感器、局放传感器、行程传感器对关键开关设备的导电特性、绝缘特性乃至机械特性进行在线监测，动态掌握关键设备的健康状态。并根据特性趋势分析了解关键设备的寿命预测。
? 系统通过无线无源温度传感器、局放传感器、振动传感器以及电流传感器对配电变压器外壳温度、铁芯温度、局放、振动、铁芯接地电流等进行在线监测动态掌握变压器设备运行状态，并进行趋势预警，支撑智能运维。
? 遥信遥测功能：遥信，采集配电网的各种开关设备的实时状态，通过配电网的信道送到监控计算机；遥测，采集配电网的各种电能（如电流、电压、用户负荷、电度等）的实时数值，通过配电网的信道送到监控计算机；
? 系统以网络通信为纽带，完成站端音视频、环境数据以及安全防范等数据的采集和监控，并将以上信息远传到监控中心。
? 系统可把环境、视频、通风、照明、安全防范、消防、一次设备辅助监控等所有监控量在监控系统主界面上进行一体化显示和控制。
? 系统可以设置内部的环境监测、视频监控、空调及设备联动等各子系统之间进行联动，并可以根据现场需求，完成自动的闭环控制和告警，如自动启动/关闭空调、自动启动/关闭风机、自动启动/关闭排水系统等。
? 系统所有操作以及报警确认，都保留详细的日志并生成相应报表。
4. 系统功能
4.1系统框架
SPM-500智能互联配电运维管理平台系统框架结构如下图：
4.2系统组成
该系统集成了电气设备状态监测子系统、运行环境监控子系统和配电运维系统管理平台，如下：
4.2.1电气设备状态监测子系统：
? 开关柜状态在线监测子系统（局放、弧光保护、温度、机械特性等）；
? 变压器状态在线监测子系统（局放、温度、铁芯、振动、风机等）；
? 智能配用电终端监测子系统；
4.2.2 运行环境监控子系统：
? 环境监测联动控制子系统（温湿度、水浸、SF6/O2气体等传感，空调、风机等联动）；
? 安防监控子系统（红外探测，门禁）；
? 消防监测子系统（烟感、明火探测、声光告警）
? 视频监控子系统（枪机摄像头、球机摄像头）；
4.2.3、配电运维系统管理平台：
? 信息通讯采集处理、存储、展示；
? 电气设备状态评估；
? 专家在线自动诊断；
? 设备台账管理；
? 运维工单管理；
? 数据统计报表管理；
4.3系统管理主界面
4.4电气设备状态监测子系统功能简述
4.4.1 传统SCADA数据采集监视功能
对于旧站改造项目，可通过开关柜数据采集系统或模块单元输出RS485采集信号，与SED-500FM装置通信，后台App实时采集各种信号量状态遥测遥信数据，包括动力配电柜、高压开关柜的运行状态、负载参数等数据采集与监测预警，以及各种设备的供电情况的监视。
对于新建配电室/变电房，该系统可集成开关柜保护功能或智能环网柜DTU在线监测系统功能，可支撑完成配电室高压开关柜、动力配电柜的运行状态、负载参数等数据采集与监测预警，包括电压、电流、有功、无功等，以及各种设备的供电情况的监视。
4.4.2 开关柜状态监测子系统
1）开关柜无线无源温度在线监测：
开关柜的内部过热现象已成为开关柜使用中的常见问题，由于开关柜体的密闭性，在一些负荷较重的地区，存在开关柜的温升超标问题。开关柜的温升超标，直接影响设备的安全稳定运行，而且，过热问题是一个不断发展的过程，如果不加以控制，过热程度会不断加剧，并对绝缘件的性能及设备寿命产生很大的影响。因此需要对开关柜温度进行实时监测，了解开关柜的运行状态。
对开关的触头、电缆连接、母排连接等主要连接处温升监测，可诊断电器设备导电性能是否完好，提前发现导电体表面氧化、老化、接触不良等问题；实时温度、历史曲线，如果出现超温情况，可以快速定位并及时通知相关人员。
无温度传感器参数如下表所示：
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工作环境 |
-25～125℃, ≤95%RH |
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工作频段 |
433MHz |
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发射功率 |
<10dbm |
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传输距离 |
≥150m |
视距，实际情况据现场条件而定 |
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测温方式 |
接触式 |
体积轻小，优先安装动触头 |
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测温范围 |
-25～+125℃ |
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测量精度 |
±0.5℃ |
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测量间隔 |
5S |
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发送间隔 |
10～60S |
温度越高发送间隔越短 |
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休眠功耗 |
<3.0uA |
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发射功耗 |
<15mA |
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供电方式 |
自取能，无线 |
一次回路电流≥5A |
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使用寿命 |
10年 |
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可维护性 |
后期基本免维护 |
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防护等级 |
IP68 |
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外形尺寸 |
27×22×10mm |
传感器主体尺寸 |
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安装方式 |
环绕固定式 |
可安装动、静触头以及母排、电缆进出线 |
2）机械特性在线监测：
由于潮湿，尘污等恶劣的环境影响，开关机构的零部件易锈蚀，卡涩，引起机械性能异常，例如脱扣器卡滞，传动部件不灵活，分合闸速度降低，分合闸时间异常等，造成拒分，拒合，合闸不到位，分闸不到位等故障与缺陷，尤其是现在保护级差的缩小，对开关分合闸时间的长短及分散性提出了更高的要求，因此，实现开关设备及其机构包括分合闸线圈的特性监测，从而预测开关的机械故障及机械寿命是必要的。
以往的接触式传感器必须同轴安装，否则传感器的可靠性及寿命将大大降低，更有甚者会损坏传感器，直接影响监测的结果。本项目应采用无接触式安装的方式，克服了机械特性传感器在机构中安装的困难，
采用基于一二次融合技术的智能终端，即可实现对分合闸线圈的电流波形、储能电机电流波形及负荷开关电动操作机构电流波形的监测，并通过常识库及故障库实现对开关设备的机械性能状态及机械寿命的评价。
位移传感器参数如下表所示：
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供电电源 |
9-24V |
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功 耗 |
不大于0.5W |
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分 辨 率 |
±0.05° |
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采样频率 |
5kHz |
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记录长度 |
200ms（可调） |
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数据格式 |
位移曲线，comtrade格式 |
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工作温度 |
-40~80℃ |
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存贮温度 |
-40~120℃ |
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测量方式 |
非接触式 |
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通信方式 |
RS485 |
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波特率 |
19200 |
3）局放在线监测：
配电设备中开关柜数量多，而人员基本保持了零增长，造成每年人均维护工作量大，维护成本不断攀升。传统试验手段不利于发现局部微小缺陷和隐患，且带来的供电可靠性问题凸出。传统的开关柜局部放电带电监测手段，以离线式开关柜局放监测仪为主，受开关柜负荷变化的影响，在缺陷的早期阶段，故障的检出率不高。
开关柜局放在线监测装置，对开关柜局放实现在线监测，能够及时发现开关柜局放的状态变化，及时发现问题。
通过声音/超声波联合检测，利用声纳技术，采用先进的音频识别算法，监测电气设备的局放特性，定性判别设备的绝缘状态，提前预警。
功能参数
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使用环境温度 |
-40～＋85℃； |
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供电电源 |
9-12V |
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功 耗 |
不大于1W |
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通信方式 |
RS485 |
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波特率 |
9600 |
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信号调理 |
前置放大，硬件滤波 |
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检测灵敏度 |
-75dBm ～-15dBm。 |
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放大倍数 |
2000 |
支撑开关柜不掉电安装
采用磁铁直接吸附在开关柜表面；
4.5一体化信息管理App平台简述
后台建模：
后台配置工具：
后台工具箱
主功能界面-间隔数据显示视图
主功能界面-特性曲线
主功能界面-告警信息
主功能界面-数据统计报表
5. 典型配置
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名称 |
项目范围 |
备注 |
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配电室环境监测子系统 |
温度、湿度监测 |
环境量监测 |
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烟感监测 |
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电缆沟水浸监测 |
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红外探测 |
安全防护监测 |
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小动物探测 |
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配电房门禁 |
智能门禁 |
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空调联动 |
设备联动 |
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风机控制 |
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灯光控制 |
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摄像球机、枪式摄像头视频监控 |
视频监控 |
关键电气
设备开关柜状态监测子系统 |
电压/电流/有功/无功监测 |
电气设备主参量遥测遥信 |
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主触头/电缆连接处/母排连接处温升监测 |
导电特性监测 |
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开关柜/环网柜/配电柜局放监测 |
绝缘特性监测 |
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开关柜/环网柜/配电柜弧光保护监测 |
绝缘特性监测 |
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高压断路器分合闸线圈电流/行程/储能电机监测 |
机械特性监测 |
6. 项目施工方案
6.1 无线温度传感器安装方案
6.1.1产品外观：
无源无线温度传感器广泛应用于高低压开关柜、环网柜触头、刀闸开关、高压电缆接头、干式变压器、低压大电流柜等电气设备的温度在线监测；我企业无源无线温度传感器避免使用电池所带来的局限，体积小巧，仅相当于传统传感器的一颗电池大小，可以安装在动触头等狭小的空间内，所以优先推荐安装动触头。
5.1.2通过对工程实际情况的了解，确定传感器安装主要安装开关柜动触头位置。
5.1.3传感器安装采用自取电式，通过特殊合金带将传感器固定于需测温节点的就近位置，并保证传感器感温部位与被检测部位表面充分接触以保证测温效果。
5.1.4严格保证传感器安装后的电气间隙不低于对应电压等级的最低安全间隙。
6.2 机械特性传感器安装方案
6.2.1行程传感器采用非接触式角位移传感器，无需精确安装，无需改动一次设备。断路器器机械特性行程传感器安装于进出线等关键高压开关柜断路器上，通过特殊航空插引至开关柜二次室与SIM终端处理器连接。
6.2.2分合闸脱扣器/储能电机电流采集采用定制霍尔传感器，无需改变原有控制回路。装于开关柜二次室。
6.2.3局放传感器安装于高压柜电缆室/断路器室等关键部位柜壁上，严格保证传感器安装后的电气间隙不低于对应电压等级的最低安全间隙。
