變電所項目電力運維系統(tǒng)的可行性分析報告

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司  上海 嘉定

一、總論
1、項目名稱
變電所項目。

2、項目情況
  為貫徹落實《國務(wù)yuan關(guān)于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》(國發(fā)[2007]15號)、和《關(guān)于加強辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理工作的實施意見》（建科[2007]245號），根據(jù)《辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)實施方案》要求，逐步建立起全國聯(lián)網(wǎng)的辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測平臺。
  是職能機構(gòu)，維持低耗高效運轉(zhuǎn)非常重要。在變電所各饋線回路加裝電力儀表用于監(jiān)測各回路電力參數(shù)及電能統(tǒng)計，在變電所內(nèi)增設(shè)煙霧報警傳感器、環(huán)境溫濕度變送器、高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭等監(jiān)控模塊等用于變電所的可視化管理，從而提高供電安全和可靠。

 

二、變電所現(xiàn)狀及存在問題
1、電力運維背景
  電力系統(tǒng)為人們提供生活用電,保障著經(jīng)濟的發(fā)展,變電工作是電力系統(tǒng)運行的重要內(nèi)容之一。變電設(shè)備比較復(fù)雜,容易出現(xiàn)問題,檢修工作難度較大,一旦出現(xiàn)故障將會嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。因此,電力系統(tǒng)變電運維安全管理與設(shè)備維護顯得尤為重要,只有加強運維安全管理,保證設(shè)備維護工作的有序進行,才能減少故障,提高供電效率。
  近年來，隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展，能源問題也日益突出，而與此同時，在市場競爭加劇、整個經(jīng)濟的發(fā)展趨勢及政策的推動下，越來越多的開始重視變電所節(jié)能增效管理工作。 
  據(jù)部門統(tǒng)計，目前很多在變電所電力系統(tǒng)運行方面都存在不少困難，比如缺乏完善的變電所信息管理工具，沒有的能源統(tǒng)計方法，變電所實際運行情況記錄缺失，無法對變電所現(xiàn)狀做出匯總分析等。
2、項目現(xiàn)狀及存在問題
現(xiàn)狀：
  現(xiàn)場變電所400V低壓柜饋線回路為傳統(tǒng)模擬指針表或未帶通訊的數(shù)顯儀表，無法滿足各饋線回路電力參數(shù)查看。變電所內(nèi)未設(shè)置煙霧報警、溫濕度報警、水浸報警、視頻監(jiān)控等，變電所安全隱患高且不能立刻了解變電所內(nèi)信息。變電所低壓柜饋線回路及所內(nèi)信息沒有平臺監(jiān)測，需要人員定時抄表記錄，脫離推出的節(jié)能減排政策。
存在問題：
  根據(jù)現(xiàn)場勘查實際情況及眾多現(xiàn)場經(jīng)驗分析，預(yù)估變電所電力運維問題如下：
? 變電所未安裝電力儀表導(dǎo)致運維人員對各饋線回路電力參數(shù)（電壓、電流、功率、功率因數(shù)等）信息不了解，無法確定電力系統(tǒng)是否正常運行。
? 現(xiàn)有的變電所值班人員都為人工抄表，有以下幾點弊端：
1、人工抄表工作量大，首先人工紙質(zhì)記錄，其次出現(xiàn)安全隱患后電hua溝通，缺乏智能化的手段；
2、人員巡shi

頻率低、巡檢任務(wù)無法定位、巡檢過程不標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；
3、工作人員人身安全得不到保障，在工作過程中發(fā)現(xiàn)漏電、漏水、大火花等問題時如人員逃離不及時或者處理不當(dāng)會直接危及到生命。
? 變電所內(nèi)安全隱患高缺少所內(nèi)安全運行信息，如不及時發(fā)現(xiàn)和處理，會導(dǎo)致故障范圍擴大，影響整個用電情況。如：線纜溫度檢測、煙霧檢測、斷路器合分閘狀態(tài)檢測、溫濕度檢測、水浸檢測、門狀態(tài)檢測、視頻監(jiān)控等。
? 人工運維成本高。目前，一個變電所配備5-6個電工維護人員，造成好多電工日常巡檢外無事可做，既造成人力資源的浪費，同時造成不必要的費用支出。
? 設(shè)備老化導(dǎo)致供電不正常，嚴(yán)重影響維護人員工作。例如：線纜老化，刀閘輔助接點不能準(zhǔn)確到位，接線端子接觸不良等。這些問題有的是設(shè)備本身質(zhì)量和工藝方面的原因，有的則是施工、維護變電站設(shè)備不到位引起的，特別是在很多設(shè)備還不能通過在線監(jiān)測裝置獲取運行數(shù)據(jù)的情況下，容易造成供電故障。
? 現(xiàn)場沒有監(jiān)測平臺，領(lǐng)導(dǎo)層無法及時準(zhǔn)確的了解系統(tǒng)運行狀態(tài)，無法及時掌握能源消耗成本，不能及時的對變電所問題進行分析與指導(dǎo)，經(jīng)常導(dǎo)致底層長期盲目浪費而無法自查，上層無法管理指導(dǎo)。
  因此，對變電所供電情況和用電安全的實時監(jiān)視就顯得十分重要，同時建立和完善計量、監(jiān)控、分析和管理的系統(tǒng)，能及時、、迅速、準(zhǔn)確的獲取變電所內(nèi)各詳細數(shù)據(jù)，掌握能耗成本，監(jiān)控電力系統(tǒng)的運行動態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，定期分析各類數(shù)據(jù)報表、對整個系統(tǒng)的安全性、能源利用率能及時掌握，制定科學(xué)、合理的電力系統(tǒng)運維流程。

 

三、方案建議
針對以上現(xiàn)狀及問題建議方案如下
本項目建議方案為3部分：1、設(shè)備層；2、網(wǎng)絡(luò)層；3、平臺層；具體說明如下：
1、設(shè)備層
  ? 變電所進/出線柜內(nèi)加裝電力儀表（帶通訊），儀表實時采集饋線回路電力參數(shù)（電壓、電流、功率、斷路器分合信號等）。
  ? 在線纜溝內(nèi)加裝水浸傳感器；在門上加裝開關(guān)監(jiān)測模塊（實時監(jiān)測門的開關(guān)狀態(tài)）；在配電柜上方加裝煙霧傳感器（如煙霧產(chǎn)生后模塊會聲音報警）；在重要配電柜附近加裝視頻監(jiān)控，從而實時監(jiān)測配電柜狀態(tài)（是否有人在操作、是否冒火花等）
2、網(wǎng)絡(luò)層
  網(wǎng)絡(luò)層也為采集部分，在每個變電所內(nèi)安裝采集箱（包含無線采集器、開關(guān)電源、交換機等），采集器采集所內(nèi)電力儀表、煙霧報警器、溫濕度變送器、水浸傳感器等，通過4G網(wǎng)絡(luò)把相關(guān)數(shù)據(jù)及視頻內(nèi)容上傳至電力運維平臺。
3、平臺層
  前面所有的設(shè)備加裝以及采集器的安裝都是為了平臺采集變電所內(nèi)數(shù)據(jù)，電力運維平臺將變電站電表運行狀態(tài)及數(shù)據(jù)、變電站溫濕度狀況、門開關(guān)狀態(tài)、高壓綜保狀態(tài)位置報警、視頻監(jiān)控、煙霧報警等數(shù)據(jù)匯總至云平臺，進行監(jiān)管。當(dāng)所內(nèi)有異常狀態(tài)發(fā)生時，接收到云平臺報警信息，通過現(xiàn)場安裝的攝像頭觀看現(xiàn)場運行情況，安排相關(guān)人員去現(xiàn)場查看問題并分析原因。

 

四、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
  本報告遵循的標(biāo)準(zhǔn)有：
  DL/T 5430-2009 《無人值班變電站遠方監(jiān)控中心設(shè)計技術(shù)規(guī)程》
  GB/T 2887-2011 《計算機場地通用規(guī)范》
  GB50054-2011 《低壓配電設(shè)計規(guī)范》
  Q/GDW 231-2008 《無人值守變電站及監(jiān)控 中心技術(shù)導(dǎo)則》
  GB/T 32893-2016 10kV及以上電力用戶變電站運行管理規(guī)范
  Q/GDW11 浙江省電力公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 變電站運維管理規(guī)范
  GB/T 13462-2008電力變壓器經(jīng)濟運行
  GB/T 19862-2005電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求
  GB/T 14549-93 電能質(zhì)量-公用電網(wǎng)諧波
  GB/T 5623-2008 產(chǎn)品電耗定額制定和管理導(dǎo)則
  GB/T 156-2007 標(biāo)準(zhǔn)電壓
  GB/T 23331-2009 能源管理體系要求
  GB/T 15316-2009 節(jié)能檢測技術(shù)通則
  GB/T 17166 企業(yè)能源審計技術(shù)通則
  GB/T 15587-2008 工業(yè)企業(yè)能源管理導(dǎo)則 
  DL/T 645-1997 多功能電能表通信規(guī)約
  DL/T 645-2007 多功能電能表通信規(guī)約
  CJ/T 188-2004 戶用計量儀表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件
  GB/T 19582-2008 基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范

 

五、實現(xiàn)效果
1、拓撲結(jié)構(gòu)
  電力運維平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：

  現(xiàn)場可通過4G互聯(lián)網(wǎng)和平臺通訊，平臺側(cè)需要具備固定IP地址的寬帶接入。

  系統(tǒng)可分為三層：即現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺管理層。
  現(xiàn)場設(shè)備層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監(jiān)測裝置、漏水監(jiān)測裝置、煙霧探測器、攝像頭、開關(guān)量采集裝置、門磁開關(guān)等。除攝像頭外，其它設(shè)備通過RS485總線接入現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。
  網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)和4G路由器等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過4G路由器把數(shù)據(jù)上傳至的服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時數(shù)據(jù)可存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。4G路由器需要當(dāng)?shù)剡\營商的SIM卡支持，流量根據(jù)接入儀表數(shù)量和是否接入視頻信號而定。
  平臺管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

2、平臺功能
  2.1平臺登錄
  用瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權(quán)限密碼，進行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。
  2.2平臺首頁
  平臺首頁能描述變電所概況，包括變電所狀態(tài)、地圖導(dǎo)航和用能月報。變電所狀態(tài)包括：變電所概況、運行狀態(tài)、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時用電曲線、用電概況。
  2.3電力監(jiān)控
  電力監(jiān)控包含變電所配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的運行狀態(tài)及信息，顯示變壓器溫度、電流、功率因數(shù)、負荷率等曲線，電力數(shù)據(jù)顯示變電所各回路的電力數(shù)據(jù)和曲線，包括電流、相電壓、線電壓、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、視在功率等參數(shù)，并可導(dǎo)出圖表。
  2.4用電分析
  用電分析包括用能報表、同比分析、環(huán)比分析、電能集抄、計量及線路損耗。用能報表顯示各回路的用能數(shù)據(jù)，包括日報、月報、年報，日報顯示分時用能，月報顯示分日用能，年報顯示分月用能，報表可以導(dǎo)出。同比分析顯示各回路以月為單位的同比用能情況，有柱狀圖和表格兩種表現(xiàn)形式。計量及損耗分析顯示各變電所的用能損耗，包括進線和出線每月的用能，并計算差值和損耗。
  2.5安全用電
  平臺能記錄斷路器合分、門開門關(guān)、電流電壓越限告警、短信日志、平臺運行日志。平臺統(tǒng)計查看報警狀態(tài)，提醒運維人員及時處理隱患。
  2.6運行環(huán)境
  平臺具有環(huán)境監(jiān)測顯示當(dāng)前環(huán)境狀況，包括溫度、濕度、水浸、煙霧，視頻監(jiān)控展示了變電所內(nèi)的實時視頻畫面。
  2.7設(shè)備管理
  平臺可配置每個變電所內(nèi)變壓器、進線柜、出線柜、計量柜、高壓電纜等設(shè)備信息，記錄設(shè)備的廠家、型號、投運日期等，并可靈活定義設(shè)備的巡檢項、缺陷類別等信息。
  2.8用戶報告
  系統(tǒng)自動匯總變電所一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時發(fā)現(xiàn)的各類缺陷及處理情況。
  2.9運維管理
  運維管理顯示維護、檢查和巡shi計劃的制定、審批和分配，以及巡shi組的創(chuàng)建，包括巡shi檢修和系統(tǒng)設(shè)置。

3、解決問題
? 通過手機APP下發(fā)運維任務(wù)到人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程，提高運維效率，即時發(fā)現(xiàn)運行缺陷并做消缺處理。
? 通過線纜溫度檢測、煙霧檢測、斷路器合分閘狀態(tài)檢測、溫濕度檢測、水浸檢測、門狀態(tài)檢測、視頻監(jiān)控等。減少變電所安全隱患，及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，
? 人工運維成本低，變電所電工維護人員能從以前的5-6人減少為1-2人，且工作效率高，工作人員能統(tǒng)計分析整個電力系統(tǒng)運行狀況。
? 平臺提供詳盡的能耗統(tǒng)計、對比分析數(shù)據(jù)報表、圖表，及時掌握變電所電力系統(tǒng)情況，管理者提能直觀、了解供配電信息。
? 人身安全得到保障，平臺能實時采集電流電壓越限告警、非電量告警（煙霧、水浸、溫濕度、視頻監(jiān)控等），并提醒運維人員及時處理隱患，人員能針對性提前做好預(yù)防工作，而不是盲目去現(xiàn)場查看（安全隱患高）。
? 平臺可一鍵打印用戶分析報告（運行狀況、報警匯總、巡檢信息）。

 

六、結(jié)論
  電力運維平臺能幫助機構(gòu)建立和完善的計量、監(jiān)測、分析和管理系統(tǒng)，及時、準(zhǔn)確、快速、獲取變電所相關(guān)數(shù)據(jù)，監(jiān)控電力系統(tǒng)的運行態(tài)勢、及時發(fā)現(xiàn)故障隱患、保證供電安全、穩(wěn)定。 
詳盡的能耗統(tǒng)計、對比分析數(shù)據(jù)報表、圖表，及時掌握能耗水平及能源分布情況，對比同部門先進能效水平，幫助企業(yè)制定科學(xué)、合理的節(jié)能目標(biāo)。能耗診斷和需求預(yù)測，評估能耗現(xiàn)狀，挖掘節(jié)能潛力，提供節(jié)能建議。綜合運行狀態(tài)監(jiān)測與耗能統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)性診斷分析，評估重要耗能負荷和環(huán)節(jié)的能源利用效率，提供原因分析和改進建議，輔助用戶實施主動的能源管理與節(jié)能改進。
為管理者提供直觀的供配電能源報表和能源審計及報告服務(wù)，更加方便管理者對的日常的能源管理及未來能源規(guī)劃 。

 

作者簡介：
劉丹，女，本科  安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電