1. 系統背景
城市配電房和開關站數量多分布廣，遍布城市各個角落，大至片區，小至某一棟大樓，均配有配電房或開關站。而長期以來，配電室管理工作一直是供配電系統運行管理可靠性的薄弱環節之一，一些配電室開關跳閘和配電室環境過熱影響設備運行、配電室水浸導致設備損壞、配電室設備被盜等，既容易燒毀設備，也容易影響用戶正常的用電，而這些故障卻常常被人們忽視。多年來，由于配電網絡缺乏這方面的檢測手段，一般都在每年或每季的幾個規定日，由工作人員逐個測量配電裝置及點巡檢，結果是費時費工，既不能及時反映真實情況，也不能及時解決實際問題。
近年來在推廣泛在電力物聯網和狀態檢修的大背景下，國內的電力設備在線監測技術發展勢頭有增無減，無論是在線監測應用的規模還是在線監測技術水平，與國外相比都不遜色。隨著在線監測系統在配電房設備上的應用，對配電房進行智能化改造，建立配電房設備在線監測系統，實現配電房設備的實時狀態監測，能夠實現配電房設備由計劃巡檢向狀態檢修的轉變，能夠及早發現安全隱患，降低運維成本減少事故損失。
本方案通過采集配電自動化裝置的接口信號、開關狀態信號、電氣參數信號實現四遙功能。安裝溫濕度傳感器、水浸傳感器、煙感探測器、溫感探測器、無線母排測溫裝置、變壓器（開關柜）局放監測、門禁監控設備、安防監控設備等實現配電室的環境參量監控功能。對巡檢人員進行系統管理，實現智能化運維管理。以滿足配電室智慧管理的需求。
本方案基于物聯網技術的實施應用，可對設備全面實時的獲取運行狀態信息、實時信息融合處理等方面的綜合應用與展示，為電網運維管理提供更為全面的設備運行狀態信息和更精確的管控工況信息，以實現配電網信息化、自動化、互動化，進一步提高配電網運維管理效率、提升綜合服務水平提供信息支持。
2. 參考標準與規范
? Q/GDW1168-2013《輸變電設備狀態檢修試驗規程》
? DL/T 1430-2015《變電設備在線監測系統技術導則》
? GB50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》
? Q/CSG114002-2011《電力設備預防性試驗規程》
? GB/T11022《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》
? 國家電網設備〔2018〕979號 國家電網有限公司關于印發十八項電網重大反事故措施（修訂版）的通知
? Q/GDW 1535 變電設備在線監測裝置通用技術規范
? Q/GDW 1921 智能變電站35kV及以下保護測控計量多功能裝置技術規范；
? Q/GDW 10766 10kV～110（66）kV 線路保護及輔助裝置標準化設計規范
? Q/GDW 10767 元件保護及輔助裝置標準化設計規范
? Q GDW 11085 真空斷路器開合容性電流老煉試驗導則
? Q/GDW 11398 變電站設備監控信息規范
? Q GDW 11472 繼電保護和安全自動裝置用電子標簽技術規范
3. 方案概述
3.1. 變電站概況
設備基本概況
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序號 |
名稱 |
描述 |
數量 |
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1 |
高壓開關柜 |
2進線柜+2電容柜+2PT柜+10饋線 |
16面 |
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2 |
干式變壓器 |
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2臺 |
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3 |
低壓開關柜 |
MNS3.0 |
12面 |
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4 |
直流屏 |
DC220V65AH |
1套 |
3.2. 方案設計概況
? 配電房運行環境智能調控系統以“可編程擴展、智能控制”為核心，通過原有保護裝置技術與物聯網技術的集成應用，實現配電房內環境的全天候狀態監視和智能控制。
? 系統通過無線無源溫度傳感器、局放傳感器、行程傳感器對關鍵開關設備的導電特性、絕緣特性乃至機械特性進行在線監測，動態掌握關鍵設備的健康狀態。并根據特性趨勢分析了解關鍵設備的壽命預測。
? 系統通過無線無源溫度傳感器、局放傳感器、振動傳感器以及電流傳感器對配電變壓器外殼溫度、鐵芯溫度、局放、振動、鐵芯接地電流等進行在線監測動態掌握變壓器設備運行狀態，并進行趨勢預警，支持智能運維。
? 遙信遙測功能：遙信，采集配電網的各種開關設備的實時狀態，通過配電網的信道送到監控計算機；遙測，采集配電網的各種電能（如電流、電壓、用戶負荷、電度等）的實時數值，通過配電網的信道送到監控計算機；
? 系統以網絡通信為紐帶，完成站端音視頻、環境數據以及安全防范等數據的采集和監控，并將以上信息遠傳到監控中心。
? 系統可把環境、視頻、通風、照明、安全防范、消防、一次設備輔助監控等所有監控量在監控系統主界面上進行一體化顯示和控制。
? 系統可以設置內部的環境監測、視頻監控、空調及設備聯動等各子系統之間進行聯動，并可以根據現場需求，完成自動的閉環控制和告警，如自動啟動/關閉空調、自動啟動/關閉風機、自動啟動/關閉排水系統等。
? 系統所有操作以及報警確認，都保留詳細的日志并生成相應報表。
4. 系統功能
4.1系統框架
SPM-500智能互聯配電運維管理平臺系統框架結構如下圖：
4.2系統組成
該系統集成了電氣設備狀態監測子系統、運行環境監控子系統和配電運維系統管理平臺，如下：
4.2.1電氣設備狀態監測子系統：
? 開關柜狀態在線監測子系統（局放、弧光保護、溫度、機械特性等）；
? 變壓器狀態在線監測子系統（局放、溫度、鐵芯、振動、風機等）；
? 智能配用電終端監測子系統；
4.2.2 運行環境監控子系統：
? 環境監測聯動控制子系統（溫濕度、水浸、SF6/O2氣體等傳感，空調、風機等聯動）；
? 安防監控子系統（紅外探測，門禁）；
? 消防監測子系統（煙感、明火探測、聲光告警）
? 視頻監控子系統（槍機攝像頭、球機攝像頭）；
4.2.3、配電運維系統管理平臺：
? 信息通訊采集處理、存儲、展示；
? 電氣設備狀態評估；
? 專家在線自動診斷；
? 設備臺賬管理；
? 運維工單管理；
? 數據統計報表管理；
4.3系統管理主界面
4.4電氣設備狀態監測子系統功能簡述
4.4.1 傳統SCADA數據采集監視功能
對于舊站改造項目，可通過開關柜數據采集系統或模塊單元輸出RS485采集信號，與SED-500FM裝置通信，后臺軟件實時采集各種信號量狀態遙測遙信數據，包括動力配電柜、高壓開關柜的運行狀態、負載參數等數據采集與監測預警，以及各種設備的供電情況的監視。
對于新建配電室/變電房，該系統可集成開關柜保護功能或智能環網柜DTU在線監測系統功能，可支持完成配電室高壓開關柜、動力配電柜的運行狀態、負載參數等數據采集與監測預警，包括電壓、電流、有功、無功等，以及各種設備的供電情況的監視。
4.4.2 開關柜狀態監測子系統
1）開關柜無線無源溫度在線監測：
開關柜的內部過熱現象已成為開關柜使用中的常見問題，由于開關柜體的密閉性，在一些負荷較重的地區，存在開關柜的溫升超標問題。開關柜的溫升超標，直接影響設備的安全穩定運行，而且，過熱問題是一個不斷發展的過程，如果不加以控制，過熱程度會不斷加劇，并對絕緣件的性能及設備壽命產生很大的影響。因此需要對開關柜溫度進行實時監測，了解開關柜的運行狀態。
對開關的觸頭、電纜連接、母排連接等主要連接處溫升監測，可診斷電器設備導電性能是否完好，提前發現導電體表面氧化、老化、接觸不良等問題；實時溫度、歷史曲線，如果出現超溫情況，可以快速定位并及時通知相關人員。
無溫度傳感器參數如下表所示：
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工作環境 |
-25～125℃, ≤95%RH |
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工作頻段 |
433MHz |
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發射功率 |
<10dbm |
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傳輸距離 |
≥150m |
視距，實際情況據現場條件而定 |
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測溫方式 |
接觸式 |
體積輕小，優先安裝動觸頭 |
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測溫范圍 |
-25～+125℃ |
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測量精度 |
±0.5℃ |
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測量間隔 |
5S |
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發送間隔 |
10～60S |
溫度越高發送間隔越短 |
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休眠功耗 |
<3.0uA |
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發射功耗 |
<15mA |
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供電方式 |
自取能，無線 |
一次回路電流≥5A |
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使用壽命 |
10年 |
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可維護性 |
后期基本免維護 |
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防護等級 |
IP68 |
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外形尺寸 |
27×22×10mm |
傳感器主體尺寸 |
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安裝方式 |
環繞固定式 |
可安裝動、靜觸頭以及母排、電纜進出線 |
2）機械特性在線監測：
由于潮濕，塵污等惡劣的環境影響，開關機構的零部件易銹蝕，卡澀，引起機械性能異常，例如脫扣器卡滯，傳動部件不靈活，分合閘速度降低，分合閘時間異常等，造成拒分，拒合，合閘不到位，分閘不到位等故障與缺陷，尤其是現在保護級差的縮小，對開關分合閘時間的長短及分散性提出了更高的要求，因此，實現開關設備及其機構包括分合閘線圈的特性監測，從而預測開關的機械故障及機械壽命是必要的。
以往的接觸式傳感器必須同軸安裝，否則傳感器的可靠性及壽命將大大降低，更有甚者會損壞傳感器，直接影響監測的結果。本項目應采用無接觸式安裝的方式，克服了機械特性傳感器在機構中安裝的困難，
采用基于一二次融合技術的智能終端，即可實現對分合閘線圈的電流波形、儲能電機電流波形及負荷開關電動操作機構電流波形的監測，并通過知識庫及故障庫實現對開關設備的機械性能狀態及機械壽命的評價。
位移傳感器參數如下表所示：
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供電電源 |
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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采樣頻率 |
5kHz |
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記錄長度 |
200ms（可調） |
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數據格式 |
位移曲線，comtrade格式 |
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工作溫度 |
-40~80℃ |
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存貯溫度 |
-40~120℃ |
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測量方式 |
非接觸式 |
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通信方式 |
RS485 |
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波特率 |
19200 |
3）局放在線監測：
配電設備中開關柜數量多，而人員基本保持了零增長，造成每年人均維護工作量大，維護成本不斷攀升。傳統試驗手段不利于發現局部微小缺陷和隱患，且帶來的供電可靠性問題凸出。傳統的開關柜局部放電帶電監測手段，以離線式開關柜局放監測儀為主，受開關柜負荷變化的影響，在缺陷的早期階段，故障的檢出率不高。
開關柜局放在線監測裝置，對開關柜局放實現在線監測，能夠及時發現開關柜局放的狀態變化，及時發現問題。
通過聲音/超聲波聯合檢測，利用聲納技術，采用先進的音頻識別算法，監測電氣設備的局放特性，定性判別設備的絕緣狀態，提前預警。
功能參數
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使用環境溫度 |
-40～＋85℃； |
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供電電源 |
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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信號調理 |
前置放大，硬件濾波 |
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檢測靈敏度 |
-75dBm ～-15dBm。 |
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放大倍數 |
2000 |
支持開關柜不掉電安裝
采用磁鐵直接吸附在開關柜表面；
4.5一體化信息管理軟件平臺簡述
后臺建模：
后臺配置工具：
后臺工具箱
主功能界面-間隔數據顯示視圖
主功能界面-特性曲線
主功能界面-告警信息
主功能界面-數據統計報表
5. 典型配置
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名稱 |
項目范圍 |
備注 |
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配電室環境監測子系統 |
溫度、濕度監測 |
環境量監測 |
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煙感監測 |
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電纜溝水浸監測 |
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紅外探測 |
安全防護監測 |
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小動物探測 |
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配電房門禁 |
智能門禁 |
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空調聯動 |
設備聯動 |
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風機控制 |
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燈光控制 |
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攝像球機、槍式攝像頭視頻監控 |
視頻監控 |
關鍵電氣
設備開關柜狀態監測子系統 |
電壓/電流/有功/無功監測 |
電氣設備主參量遙測遙信 |
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主觸頭/電纜連接處/母排連接處溫升監測 |
導電特性監測 |
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開關柜/環網柜/配電柜局放監測 |
絕緣特性監測 |
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開關柜/環網柜/配電柜弧光保護監測 |
絕緣特性監測 |
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高壓斷路器分合閘線圈電流/行程/儲能電機監測 |
機械特性監測 |
6. 項目施工方案
6.1 無線溫度傳感器安裝方案
6.1.1產品外觀：
無源無線溫度傳感器廣泛應用于高低壓開關柜、環網柜觸頭、刀閘開關、高壓電纜接頭、干式變壓器、低壓大電流柜等電氣設備的溫度在線監測；我公司無源無線溫度傳感器避免使用電池所帶來的局限，體積小巧，僅相當于傳統傳感器的一顆電池大小，可以安裝在動觸頭等狹小的空間內，所以優先推薦安裝動觸頭。
5.1.2通過對工程實際情況的了解，確定傳感器安裝主要安裝開關柜動觸頭位置。
5.1.3傳感器安裝采用自取電式，通過特殊合金帶將傳感器固定于需測溫節點的就近位置，并保證傳感器感溫部位與被檢測部位表面充分接觸以保證測溫效果。
5.1.4嚴格保證傳感器安裝后的電氣間隙不低于對應電壓等級的最低安全間隙。
6.2 機械特性傳感器安裝方案
6.2.1行程傳感器采用非接觸式角位移傳感器，無需精確安裝，無需改動一次設備。斷路器器機械特性行程傳感器安裝于進出線等關鍵高壓開關柜斷路器上，通過特殊航空插引至開關柜二次室與SIM終端處理器連接。
6.2.2分合閘脫扣器/儲能電機電流采集采用定制霍爾傳感器，無需改變原有控制回路。裝于開關柜二次室。
6.2.3局放傳感器安裝于高壓柜電纜室/斷路器室等關鍵部位柜壁上，嚴格保證傳感器安裝后的電氣間隙不低于對應電壓等級的最低安全間隙。
