部分 智能配電能效運維系統(tǒng)方案

1、背景

目前商業(yè)樓宇、工業(yè)園區(qū)等都是用電大戶，能耗比較較高，同時，配電房內(nèi)電氣運行維護(hù)通常由傳統(tǒng)人工巡檢方式進(jìn)行，由于運維人員專業(yè)能力及檢測手段有限，配電房內(nèi)電氣設(shè)備的異常情況無法及時發(fā)現(xiàn)。即使在配置了綜自系統(tǒng)的配電房內(nèi)，因為測量設(shè)備監(jiān)測范圍的局限性，對于開關(guān)柜及變壓器運行過程中的安全隱患也無法預(yù)警和干預(yù)。

隨著傳感器技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，智能配電運維系統(tǒng)通過對配電室內(nèi)電氣設(shè)備、能耗計量采集及用電環(huán)境的全面監(jiān)測，利用大數(shù)據(jù)、云計算和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對配電室設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程智能監(jiān)測服務(wù)，通過對設(shè)備運行狀態(tài)和用電負(fù)荷的實時監(jiān)測，對設(shè)備實行“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”管理和維護(hù)。

2、目標(biāo)要求

為此提出以下要求：

n  目前采用傳統(tǒng)運維模式,處置能力不強,希望整體智能托管；

n  維修電工技能水平不足,希望能有專業(yè)性更強的維保團隊支持；

n  希望通過物聯(lián)網(wǎng)+云計算手段,提高企業(yè)電力安全運行整體水平；

n  對電費支出有嚴(yán)格考核,希望通過能源系統(tǒng)進(jìn)行管控；

n  預(yù)防設(shè)備故障發(fā)生用電事故,希望能提高設(shè)備安全性和可靠性；

n  目前維保成本較高,希望有所降低；

n  用戶較多,希望增加電量集抄系統(tǒng),做到電費收支平衡;

n  因停電困難的設(shè)備和區(qū)域，提供不停電檢測手段;

3、配電能效運維系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

1 GB 2423.10-89 電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程

2 GB 26860-2011 電力安全工作規(guī)程

3 GB 31989-2015 高壓電力用戶用電安全規(guī)范

4 GL/T 596-2005 電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程

5 GB 50150  電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)

6 DL/T 860  變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)

4、項目建設(shè)方案

基于現(xiàn)有的條件，本運維項目是在高壓配電房、低壓配電房各配一面能源在線測控站，通過本地通信方式（有線、無線）采集高壓開關(guān)柜內(nèi)測量及運行狀態(tài)、直流柜內(nèi)測量及運行狀態(tài)、高壓計量柜內(nèi)用電量、環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)開關(guān)狀態(tài)、低壓柜內(nèi)測量及斷路器狀態(tài)、電容器柜內(nèi)測量及電容器投切狀態(tài)等。在低壓柜內(nèi)增加溫度、煙感采集功能，在配電室內(nèi)增加溫濕度及水浸等環(huán)境監(jiān)測。在線測控站將數(shù)據(jù)統(tǒng)一送至電力運維能效云平臺。

運維系統(tǒng)采用站云端一體化平臺架構(gòu),將電力用戶所屬高、低壓變電所實時運行參數(shù)及狀態(tài)傳送至云數(shù)據(jù)平臺，用戶通過WEB 或手機 APP 訪問變電所內(nèi)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)平臺同時導(dǎo)入電力安全運行管理流程及運行規(guī)范,對變電所內(nèi)設(shè)備運行異常及時預(yù)警，結(jié)合電力用戶駐站值班人員及區(qū)域線下服務(wù)人員提供現(xiàn)場服務(wù)或技術(shù)支持。實現(xiàn)變電所的無人值守或者少人值守，實現(xiàn)對配電運營情況的實時監(jiān)控、運營數(shù)據(jù)的分析和故障信息的報警提示，終達(dá)到安全可靠、集中監(jiān)控、定期巡檢、現(xiàn)場缺陷處置、事故搶修、定期預(yù)防性試驗的電力智能運維管理模式。

1. 對10KV開關(guān)站智能化改造具體內(nèi)容有：

l   對高壓多路進(jìn)線的電能參數(shù)和開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

l   對高壓各路出線的電能參數(shù)和開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

l   對高壓各回路的繼電保護(hù)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

l   對開關(guān)站內(nèi)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集采集；

2. 低壓配電房智能化改造具體內(nèi)容有：

l   對高壓總進(jìn)線的電能參數(shù)采集和開關(guān)狀態(tài)采集；

l   對變壓器總出線的電能參數(shù)采集和開關(guān)狀態(tài)采集；

l   對低壓各出線的電能參數(shù)采集和開關(guān)狀態(tài)采集；

l   對無功補償控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

l   對變壓器溫控裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

l   對配電房環(huán)境參數(shù)采集；

l   根據(jù)現(xiàn)場實際情況更換或加裝監(jiān)測儀表和電流互感器；

3. 通信方式選擇：

l  在配電站室內(nèi)，能源信息基站到配電柜內(nèi)各種電力監(jiān)測儀表通信方式，優(yōu)先選擇RS485布線，在條件不允許是采用無線方式；

l  配電站室中能源信息基站與云平臺的上行通信方式優(yōu)先接入企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)，在條件不允許是采用4G無線公網(wǎng)的方式。

4. 采集和監(jiān)測的數(shù)據(jù)指標(biāo)：

l  電量參數(shù)：有功電量、有功電度、無功電量、無功電度、峰谷平電量等；

l  電力參數(shù)：相電壓、線電壓、相電流、線電流、有功功率、無功功率、需量、功率因數(shù)、頻率等；

l  電能質(zhì)量參數(shù)：諧波電壓（2-32次）、諧波電流（2-32次）、三相不平衡度、電壓偏差、頻率偏差、零線電流等；

l  用電異常事件主要包括：過流、過壓、短路、失壓、缺相、跳閘、溫升、停電等。

l  配電房環(huán)境參數(shù)：溫度、濕度等；

5. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：

QT8000電力運維平臺系統(tǒng)架構(gòu)

QT600能源在線測控站結(jié)構(gòu)圖

6. 配電監(jiān)控設(shè)備

5、智能運維模式

改造后變電所采用線上服務(wù)和線下服務(wù)相結(jié)合的運維模式：

1. 線上服務(wù)

n  用電在線監(jiān)測：24 小時實時在線監(jiān)測變電所的各開關(guān)狀態(tài)，電流、電壓、功率、頻率和電量值等遙信、遙測信息，用戶可隨時隨地了解變電所用電情況，各種設(shè)備的運行狀態(tài)一目了然。

n  異常用電預(yù)警、報警：針對用電過程中的過負(fù)荷，變壓器溫度、電纜頭溫度過高或者其他表計故障，互感器故障，接線盒故障和終端故障等進(jìn)行提前的預(yù)警，當(dāng)異常和故障發(fā)生后及時報警。

n  自動抄表：自動統(tǒng)計用電量，分路電能計量，時間間隔自定義，理清電能消耗結(jié)構(gòu)；分路計算，理清成本構(gòu)成計算能耗指標(biāo)，認(rèn)清消費水平。

n  電能質(zhì)量監(jiān)測：對電網(wǎng)各項電能質(zhì)量指標(biāo)包括：電流、電壓、頻率、功率因數(shù)、三項及單項功率以及各類諧波和不平衡因數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測和統(tǒng)計分析。

n  用電環(huán)境監(jiān)測：對變電所內(nèi)的各類設(shè)備進(jìn)行視頻監(jiān)控，設(shè)置水浸、煙感系統(tǒng)，保證變電所在水災(zāi)、火災(zāi)和人員入侵情況下及時響應(yīng)處理。

n  能耗分析，節(jié)能決策：對用戶的用電量進(jìn)行統(tǒng)計，通過數(shù)據(jù)挖掘和分析，定位能耗的關(guān)鍵點，提供可行的節(jié)能決策。

n  統(tǒng)計報表：針對用戶用電使用過程中的關(guān)注點，進(jìn)行定制化的報表統(tǒng)計和生成，為用戶提供手的統(tǒng)計資料和決策來源。

n  WEB 瀏覽、APP：隨時隨地通過 WEB 和 APP 連接互聯(lián)網(wǎng)訪問變電站數(shù)據(jù)，時間知道變電站異常情況。

n  其它定制化服務(wù)：可根據(jù)用戶需求進(jìn)行其它專屬的定制化線上服務(wù)。

2. 線下服務(wù)

l  日常的運行監(jiān)視由公司運檢部 24h 監(jiān)視和調(diào)控,配電室現(xiàn)場無人或少人值守完成。

l  公司運檢部根據(jù)電力用戶現(xiàn)場要求,通過編制“配電室標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)化月度維保作業(yè)計劃”,按要求負(fù)責(zé)高壓站、低壓配電室的全面巡檢、倒閘操作、維護(hù)保養(yǎng)、一般消缺、現(xiàn)場管理、事故響應(yīng)等工作。應(yīng)急搶修工作由就近電力服務(wù)站負(fù)責(zé),應(yīng)急響應(yīng)時間為 30 分鐘。

l  電力服務(wù)站設(shè)置運維值守班組管理周圍所有配電室,設(shè)置專職人員,3 個班組,以白班、倒班模式進(jìn)行維護(hù)工作,運維值守人員每班按巡檢要求、維護(hù)作業(yè)計劃進(jìn)行日常巡檢維護(hù)負(fù)責(zé)開閉所、變電站的全面巡檢、倒閘操作、維護(hù)保養(yǎng)、一般消缺、現(xiàn)場管理、事故響應(yīng)等工作。日常缺陷處置、事故搶險、試驗由我公司線下服務(wù)操作隊支持配合完成。

l  運檢部配置紅外成像儀、超聲波/地電波局放設(shè)備、電能質(zhì)量測試儀等設(shè)備,定期對高低壓設(shè)施進(jìn)行帶電狀態(tài)檢修,保障缺陷故障檢測成功率 95%以上,有效做到預(yù)防預(yù)判、杜絕事故發(fā)生。

l  運檢部根據(jù)部署在現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)實時預(yù)警分析判斷、日常巡檢、帶電狀態(tài)檢測等發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行過程缺陷,及時提交消缺建議,得到電力用戶同意后,及時對缺陷設(shè)備進(jìn)行維修、消缺處理,讓設(shè)備、設(shè)施保持在良好的運行狀態(tài),變被動搶修變主動維護(hù)。

l  清掃電氣設(shè)備絕緣表面的污垢并檢查其破損裂紋痕跡,清掃儀表上積塵和異物,緊固電器連接點,檢查儀表部件是否缺少,在清掃檢査后一段時間內(nèi)為客戶提供評估消缺建議。清掃檢查每年 1-2 次。

l  平臺提供 7*24 小時電力故障搶修服務(wù),監(jiān)控中心根據(jù)故障現(xiàn)場分析,進(jìn)行判定,采取隔離和處理措施。系統(tǒng)通知近的搶修隊伍實施搶修施工和設(shè)備更換,恢復(fù)送電。對于用戶配電室設(shè)備易損件,搶修平臺共享庫房,保證備件預(yù)留。

l  運檢部可根據(jù)客戶設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行:微機保護(hù)預(yù)防性試驗,直流屏預(yù)防性試驗、高低壓配電室整體預(yù)防性試驗、根據(jù)試驗中發(fā)現(xiàn)的問題找到故障隱患,電力用戶提供設(shè)備改造方案。

第二部分 智能配電運維系統(tǒng)功能

一、系統(tǒng)需求

1、需求分析

為了滿足配電房的監(jiān)控系統(tǒng)的要求，達(dá)到對供電房的全方面監(jiān)控，使有關(guān)人員做出反應(yīng)，采取措施，并對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控、集中維護(hù)和集中管理。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計遵循以下原則：

標(biāo)準(zhǔn)化

整個監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計符合國家標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)軟件、硬件均采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，提供開放的接口，可與不同供應(yīng)商的設(shè)備及軟件系統(tǒng)互聯(lián)互通。

穩(wěn)定性

能源數(shù)據(jù)采集器采用嵌入式實時Linux操作系統(tǒng)和的硬件結(jié)構(gòu)，性能穩(wěn)定可靠，保證系統(tǒng)整體的穩(wěn)定，尤其適合在環(huán)境比較復(fù)雜、可靠性要求較高的環(huán)境中運行。WEB系統(tǒng)平臺采用J2EE業(yè)內(nèi)專業(yè)級的開發(fā)框架，滿足大數(shù)據(jù)采集、大容量數(shù)據(jù)存儲和高并發(fā)的數(shù)據(jù)訪問請求。

經(jīng)濟性

系統(tǒng)開發(fā)運行平臺均采用當(dāng)今通用的各種操作系統(tǒng)和開發(fā)工具，充分利用了我們在其它監(jiān)控領(lǐng)域中成功應(yīng)用的中間件和模塊，大大減少在系統(tǒng)平臺方面的投入，具有*的性價比。

先進(jìn)性

基于組態(tài)軟件的設(shè)計理念，以一套通用平臺，解決能源數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)地SCADA監(jiān)控、云平臺數(shù)據(jù)分析、手機App運維管理。四維一體的解決方案推動電力智能化。

擴展性

整個系統(tǒng)具有進(jìn)一步擴展功能的能力，可以很好的適應(yīng)現(xiàn)代智能管控的需求。保證用戶在系統(tǒng)上進(jìn)行有效的開發(fā)和使用，并為今后的發(fā)展提供一個良好的環(huán)境。可充分利用和保護(hù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源便于當(dāng)前以及以后的擴建；平臺服務(wù)器具備擴展和堆疊能力，便于不同級別的中心整合與擴建，系統(tǒng)必須具有很強的監(jiān)控點數(shù)、存儲空間擴容能力。

實用性

以實時數(shù)據(jù)庫為依托，可多用戶多畫面實時監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、可連接多種報警設(shè)備*用戶的監(jiān)控要求。

安全性

平臺監(jiān)控系統(tǒng)安全性在管理中是關(guān)鍵問題之一，安全性分為數(shù)據(jù)安全和信息安全，在上述三方面有如下要求：

數(shù)據(jù)安全：對數(shù)據(jù)進(jìn)行多級別、分布式的存儲，數(shù)據(jù)不容易受到破壞。數(shù)據(jù)的AES加密機制，保證數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的安全，不會被截獲、篡改和利用；

信息安全：所有配置信息、管理信息、日志信息均存放在中心數(shù)據(jù)庫，實行信息集中管理；

     分級授權(quán)：對下屬管理員的應(yīng)用功能、訪問范圍進(jìn)行授權(quán)。由下屬管理員對所屬機構(gòu)操作員的應(yīng)用功能、訪問范圍進(jìn)行授權(quán)和管理。

2、建設(shè)目標(biāo)

該系統(tǒng)可以幫助電力部門實現(xiàn)配電房的無人值守或者少人值守，可以實現(xiàn)對配電運營情況的實時監(jiān)控、運營數(shù)據(jù)的分析和故障信息的報警提示，逐步推動電力監(jiān)控的自動化、集中化和智能化。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用三層高可用的結(jié)構(gòu)，既可以完成終端層數(shù)據(jù)采集，也可以完成現(xiàn)地數(shù)據(jù)采集，并可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到云平臺。

2、數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)由三層模型構(gòu)成，采用二層或三層均可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與上傳，即設(shè)備數(shù)據(jù)采集層、現(xiàn)地數(shù)據(jù)監(jiān)控層和云服務(wù)數(shù)據(jù)層。

3、WEB平臺結(jié)構(gòu)

WEB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)感知層、通訊服務(wù)層、數(shù)據(jù)處理層和數(shù)據(jù)展示層。

三、平臺系統(tǒng)功能

1、平功能列表

2、移動APP功能結(jié)構(gòu)

注1：使用海康威視攝像頭，使用熒石云解決方案，螢石云企業(yè)用戶所需費用由甲方自行承擔(dān)；

四、平臺指標(biāo)和接口

1、性能指標(biāo)

Ø  響應(yīng)時間：100萬級數(shù)據(jù)，頁面平均響應(yīng)時間<3秒；

Ø  吞吐量：每秒鐘請求事務(wù)的數(shù)量150；

Ø  并發(fā)用戶數(shù)：用戶并發(fā)數(shù) <= 1000次/秒。

2、容量指標(biāo)

WEB平臺的接入量是無限制的，只需要提供相應(yīng)的硬件支撐。一般性能的服務(wù)器，如：CPU(E5-2640)，內(nèi)存（16G），帶寬4M，可接入200站點。

3、數(shù)據(jù)采集接口

通訊管理機內(nèi)置組態(tài)軟件，與各傳感器、智能儀表、控制器通過標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)約進(jìn)行通訊，包括：modbusRTU、DLT645、IEC60870-101/103/104，*各類設(shè)備的數(shù)據(jù)接入。

4、數(shù)據(jù)上傳接口

通訊管理機數(shù)上傳云平臺采用舜通云平臺私有協(xié)議，該協(xié)議提供如下功能：身份認(rèn)證、心跳檢測（校時）、事件上報、能效數(shù)據(jù)等功能。所有數(shù)據(jù)均以主動觸發(fā)式上報為主，充分發(fā)揮通訊管理機邊緣計算的功能。

5、第三方數(shù)據(jù)訪問接口

通訊管理機支持多路數(shù)據(jù)上傳，即可向舜通云平臺上傳數(shù)據(jù)，亦可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到其它云平臺。其上傳協(xié)議包括：住建部XML上傳協(xié)議、IEC60870-104協(xié)議、GW376.1協(xié)議、QTOUCH上報協(xié)議等。

五、系統(tǒng)功能界面

1、在線監(jiān)測

在線監(jiān)測分為三大模塊顯示，分別為系統(tǒng)概覽、分路監(jiān)測、監(jiān)控點對比分析

系統(tǒng)概覽

一次接線圖

實時數(shù)據(jù)

告警數(shù)據(jù)

監(jiān)測點對比

2、能效分析

能效管理主要通過對站點用電信息進(jìn)行分析，通過對歷史數(shù)據(jù)的集中分析、多維度分析，使站點用戶對自身用電質(zhì)量有一個全面了解。能效管理主要分為：電量分析、負(fù)荷分析、用電能效排名、監(jiān)測點對比分析。

電量分析

負(fù)荷分析

3、統(tǒng)計報表

統(tǒng)計報表包括電量、負(fù)荷、原始值數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可以將各類數(shù)據(jù)查詢并導(dǎo)出Excel文件

電量統(tǒng)計報表

負(fù)荷統(tǒng)計報表

原始值統(tǒng)計報表

4、檔案管理

檔案管理提供對企業(yè)信息的管理、監(jiān)控子站的管理、子站內(nèi)設(shè)備信息的管理、電價管理和電費單管理

企業(yè)檔案

子站檔案

5、系統(tǒng)設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)置主要系統(tǒng)管理員所具備的 權(quán)限，分為：系統(tǒng)菜單管理、角色管理和用戶賬戶管理

用戶管理

角色管理

系統(tǒng)菜單管理

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