淺談基于公有云的用戶側配電網智能監(jiān)控系統的設計與應用
李茫茫
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：由于用電端環(huán)網柜及配電室較為分散，數量多、距離遠，沒有實時監(jiān)測手段，發(fā)生故
障只能斷電搶修，嚴重影響用電可靠性。通過監(jiān)控中心計算機或手機客戶端可隨時在線監(jiān)測設備運行狀況，自診斷設備的異常運行，發(fā)現配電設備異常后，通過手機短信或APP推送報警信息，提醒用戶及時處理，保證了供電可靠性。
關鍵詞：配電網智能監(jiān)控系統；云技術；移動互聯；預警；用戶側
0 引言
隨著社會的進步和人民生活質量的提高，對供電質量和供電可靠性有了更高的要求，但用電端的環(huán)網柜及配電室較為分散，數量多、距離遠，沒有實時監(jiān)測手段，一旦發(fā)生故障，只能斷電后搶修，嚴重影響用電可靠性。另外，大部分用戶配電室的運行管理目前主要依靠人工定期進行現場檢測和記錄，這種工作方式工作量大、數據多、檢測記錄時間較長，而且準確性得不到保證，運行成本也大大增加。為此，采用一種針對環(huán)網柜及配電設備具有實時監(jiān)測功能的應用系統——基于公有云的用戶側配電網智能監(jiān)控系統，通過實時監(jiān)測保證用電可靠性。
1 用戶側配電網智能監(jiān)控系統概況
1.1 系統特點
用戶側配電網智能監(jiān)控系統采用先進的互聯網技術、云計算、自動化技術、傳感技術，實現 24 h不間斷地對用戶設備進行監(jiān)測，通過監(jiān)控中心計算機或手機客戶端可隨時在線監(jiān)測設備運行參數和運行狀況，診斷設備的運行狀況，發(fā)現配電設備異常或裝置內部異常時，立即自動報警，通過短信或APP推送信息，提醒用戶及時處理，以保證供電可靠性?；诠性频挠脩魝扰潆娋W智能監(jiān)控系統，是一種輕資產解決方案，無須鋪設光纖，不受機房設施、服務器設備的限制，可以節(jié)約一次投資和日后的維護費用。
1.2 系統結構
系統網絡架構如圖1所示，主要包括各箱式變壓器、監(jiān)控站、移動終端、工程師站、云端服務器、云端存儲器、移動通信網絡、GPRS通信服務器等。用戶側配電網智能監(jiān)測系統分為4部分：現場設備層、通信層、云服務、監(jiān)控層。
1.3 系統軟件
1.3.1 系統功能
該系統主要功能為遠程數據監(jiān)測及推送故障消息預警，主要分為以下4部分。
1.3.1.1 開關狀態(tài)動態(tài)顯示
可以通過電腦或手機 APP 查看高壓負荷開關合分狀態(tài)、高壓斷路器合分狀態(tài)及位置（工作/試 驗）、隔離開關合分狀態(tài)、接地刀閘位置、電容補償投切狀態(tài)。
1.3.1.2 遙測值顯示
遠程查看高壓柜/變壓器的三相相電壓、三相線電壓、三相電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數、負荷及平均負荷。
1.3.1.3 預警信息監(jiān)控系統
具有遠距離無線測溫、避雷器在線監(jiān)測、諧波在線監(jiān)測、視頻在線監(jiān)控、煙霧遙感等功能，并能通過視頻（支持語音雙向傳輸）實時查看現場情況。具有GPS定位功能，通過手機APP可直接鏈接導航，快速到達配電終端位置。
1.3.2 數據性措施
電力數據涉及機密，充分考慮以上數據問題，特別在硬件及其軟件上做出以下措施。
1.3.2.1 數據采集端
現場通過局域組網方式采集數據。采集的數據為原始數據，原始數據不同于現場儀表內數據，需進行進制和系數轉化才能得到真實數據，即使遭受網絡竊聽后對方獲得的數據也只是 0、1，無法進行解析。
1.3.2.2 數據傳輸端
采用自主研發(fā)的 DTU（數據傳輸單元）與云服務器進行通信。DTU 工作是基于移動/聯通 GPRS（通用分組無線業(yè)務）信道進行傳輸，即移動/聯通為每張 SIM（用戶識別模塊）卡分配 1 個號碼，通過GSM（全球移動通信系統）加密技術攔截第三方的網絡竊聽。其次，DTU 傳輸原理采用 Modbus RTU 協 議，服務器請求 1 次數據后，DTU 工作 1 次，只能實現單向數據傳輸。
1.3.2.3 服務器端
服務器具有訪問賬戶密碼和端口雙重保護功能，內置網絡防火墻，數據直接導入數據庫，數據庫的訪問需要賬戶和密碼認證，一旦發(fā)生黑客攻擊，緊急啟動異地備份，杜絕數據竊取，啟動數據庫掃描系統，分析內部配置、防止越權訪問，發(fā)現外部黑客攻擊漏洞、防止外部攻擊，實現非授權的從外到內的監(jiān)測。
2 系統應用
基于公有云的用戶側配電網智能監(jiān)控系統在手機客戶端能實時監(jiān)測配電設備的運行工況、電 流、電壓、溫度、泄漏電流等，以及報警信息推送，并通過視頻可與現場連線，對現場操作人員起到監(jiān)護的作用。將該系統已安裝于三聯化工配電室、內蒙古少數民族文化體育運動中心配電室、天璽房地產環(huán)網柜、晟航 35 kV光伏變電站等十幾個用戶配電室或環(huán)網柜。通過手機客戶端和PC端，可以隨時了解設備運行工況，電流、電壓、開關位置、節(jié)點溫度，實現避雷器在線監(jiān)測，視頻在線監(jiān)控，煙霧遙感，實時推送報警信息等。
2.1 系統硬件
通信管理機從設備二次系統采集數據，電纜終端安裝電纜溫度傳感器，將溫度數據傳輸到電纜溫度監(jiān)測儀，通過RS485通信方式將數據傳輸到控制器模塊，控制器通過總線將數據發(fā)送到 GPRS 通信模塊，通過 GPRS 模塊在現場可以檢測到相關運行數據。
2.2 運行狀況實時監(jiān)視
通信管理機從用戶二次系統中讀取數據，無線溫度監(jiān)測儀測量電纜3相電流。將數據傳輸到可編程控制器模塊，可編程控制器對接收到的電壓、電 流、頻率等非開關量和開關量數據進行處理，通過GPRS模塊將數據傳輸到阿里云，PC端（如圖2）和手機端（如圖3）可通過相應軟件從阿里云服務器中獲取相關數據，對用戶系統狀態(tài)進行監(jiān)視。
2.3 避雷器狀態(tài)實時監(jiān)控
避雷器傳感器穿孔安裝于避雷器上，實時監(jiān)測避雷器運行狀態(tài)（放電次數和泄漏電流）。當累積次數達到預定值時，云服務器會推送信息至運維人員手機，避免避雷器失效導致元器件燒壞或人身傷亡。無線溫度傳感器測量3相電纜溫度，傳輸至無線溫度監(jiān)測儀，實時顯示各相電纜溫度，同時將溫度數據傳輸到阿里云服務器，通過計算機和手機能隨時查看各相電纜溫度。
2.4 報警信息推送
手機端接收報警信息后及時檢查設備狀況，減少用戶側故障次數。
2.5 視頻監(jiān)控
在配電室內安裝攝像頭，通過手機和電腦查看監(jiān)控視頻，了解用戶操作是否規(guī)范，及時發(fā)現隱患。
2.6 負荷預測
系統可生成負荷報表及曲線，通過負荷月報表掌握企業(yè)用電特點，幫助客戶提高電能利用效率，降低企業(yè)用電成本，提升客戶滿意度。
3安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統的介紹與選型
3.1簡介
安科瑞電氣股份有限公司根據配電室實際情況，結合多年的變電站和配電室的運行管理經驗，自主研發(fā)了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統，實現了智能開關柜運行監(jiān)控、高壓開關柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監(jiān)控、母線測溫監(jiān)測、電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控、采暖通風、門禁、燈光、風機、除濕機、空調控制等功能。實現動力環(huán)境各數據的檢測與設備控制，實現動力環(huán)境優(yōu)化，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員，延長設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過高，同時實現配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。
3.2系統功能
3.2.1 通信管理
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統可以完成對整個配電室范圍內的通信設備進行管理、添加、刪除、控制和數據的實時監(jiān)測。
3.2.2實時監(jiān)測
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統人機界面友好，能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數信息，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實時顯示有關故障、告警等信息。
3.2.3 數據查詢
在人機界面中，可以直接查看配電室個設備的運行數據。
3.2.4曲線查詢
在曲線查詢界面，可以直接查看遙測參量曲線，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線。
3.2.5運行報表
查詢配電室內設備的運行數據報表，包括日報表、月報表、年報表和查詢報表等。
3.2.6實時告警
科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統具有實時告警功能，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(fā)出告警。告警如右圖所示：
3.2.7 歷史事件查詢
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統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。
3.2.8 用戶權限管理
為保障系統穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的保障。
3.2.9網絡拓撲圖
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統支持實時監(jiān)視接入系統的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統網絡結構?？稍诰€診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。
3.2.10遙控操作
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。
3.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監(jiān)控系統推薦配置選型
4結語
用戶側配電網智能監(jiān)控系統基于云計算技術，無需建立機房，可以減少建設投資費用和維護成本。該系統可以廣泛應用和服務于城鄉(xiāng)終端用戶的配電設備[5-6]。經過 1 a 多的運行，監(jiān)控中心和手機客戶端未發(fā)生網絡中斷事故，網絡運行可靠，數據上傳穩(wěn)定。值班人員對變電站的運行工況一目了然，減輕了勞動強度，提高了工作效率，為保障供電可靠性和提供了強有力的技術支撐。
參考文獻：
{1} 張吉生，張波.基于大數據架構的變電設備運行質量智能評價[J].電力大數據，2017，20（9）：37-41
{2}楊萬春，閆 東，王紅剛，馮志明.基于公有云的用戶側配電網智能監(jiān)控系統應用
{3}安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監(jiān)控系統2020.04版
