地铁场段智慧配电房的研究探索和应用

陈威

中铁上海设计院集团有限公司，上海 邮编 200040

摘要：介绍地铁场段内配电房运用一体化智慧管理的方案研究和现场应用。配电房作为电力配电系统中最核心的场所之一，与终端用户联系紧密，而传统的配电房大部分情况为无人值守状态，并由场段的供电运营人员定期巡检，无法对配电房的实时状态和故障在第一时间进行了解和处理，对场区的运营维修生产存在一定的不利影响。文中阐述了传统配电房如何建设成智慧配电房，配电房管理系统如何运用物联网、大数据、人工智能等技术，打造集智慧值班、巡检保养、运维服务、智能预警等进行智慧化管理。通过一体化智慧配电房的运用全面提升地铁场段用电安全和用电品质，并减少大量的运维成本，产生明显的经济和社会效益。

关键词：智慧配电房、智能运维、状态监测、环境控制、物联网

1 引言

目前，全国已建成运营的地铁场段配电房基本采用了无人值守、通过定期的人工巡检的管理模式，无法集中监控管理，也不支持在线监控、远程智能运维管理，巡检效率低，运维成本高，配电房内设备分散，无集中监控和管理功能，巡检时需琢一查看报警状态，操作复杂。而配电房作为场段配电系统的重要场所，承担着场段内所有用电设备的电能分配、电能传输功能。随着电器设备的发展、用电标准的提高，对配电系统安全经济可靠的供电需求也越来越高。当出现配电房出现故障停电、非工作人员入侵、环境温湿度等异常情况发生时，只有故障报警后才能安排运营检修人员到现场进行事故处理，而现场又缺乏实时的在线监测数据，也让故障排除既费时又费力。

因此，有必要在配电房的建设中设计一套一体化智慧管理系统，通过一体化管理系统为核心，有效整合电力系统的SCADA系统、环境监控系统、视频监控系统、门禁系统等子系统。并将传统配电柜升级成为一体化智能配电柜，采用物联网、无线传感、大数据、智能分析、云计算、互联网、智能监测及无线通信等技术，可有效减少值班人员工作强度，提高配电房的智慧化运行能力。值班人员巡检工作可通过计算机人工智慧代替，如用电异常，可实现远程报警；系统自动将用电情况及异常通过手机app向值班人员进行提醒，同时也能避免因人为因素而导致的事故。在减少人工的同时，极大提升配电房运维的质量和效率，改变传统人工巡检运维模式。

2 智慧配电房总体设计方案

传统配电房设备主要包含35KV开关柜、35KV/0.4KV变压器、0.4KV低压开关柜、环境设备等。而智慧配电房以一次网架和设备作为基础，以智慧化管理系统为核心，综合利用多类传感及监测设备，实现对配电房内设备运行、环境、安防等状态进行实时监测。系统对收集到的信息进行大数据分析，从而能够实时、准确地反映配电房内运行状况，并能够智能识别、判断异常状态，依据事件的不同级发出预警。此外对状态改变、无授权操作等异常事件自动进行管控，防止事件升级恶化。对于超范围的事件，及时发出警报，并对相关数据进行全面分析，定位故障位置，生成维修策略，在减少人工成本的同时，保证配电房安全、稳定可靠地运行。

（1）改善配电系统管理:通过历史记录的电力参数，及时掌握每天或季节负载特性；在供配电系统内优化能耗的分配，均衡负载；减少潜在的停电事件。

（2）便于维护、提高安全性:可以根据系统设备运行的记录数据和运行情况，制定临时或定期的设备维修计划；按计划维修、减少运营和维修成本。延长设备的使用寿命提高系统的安全性。

（3）将传统的配电柜，升级为一体化智能成套柜。柜内支持四摇功能，同时支持漏电监测、线缆温度监测等。柜外配备一体化触控屏，实现参数显示，维护巡检。在保证配电功能的需求外，也让配电管理有了质的飞跃，提高了配电房及值班人员的双重安全性。

（4）电参数监测：内置一体化智能配电监控终端，实时监测电压、电流、功率、功率因数、三相平衡值、漏电状态、4路温度监测、2路IO/2路DO，2路开关量输入，2路开关量输出，带标准通信接口与通信规约。

（5）智能巡检：柜外配套一体化显控屏：触摸屏，实现电参数、断路器状态、温度显示，并支持智能巡检操作功能（集中巡检、打卡记录、高阶数据查询等）。

（6）安全防护：可接入各高低压配电室、箱变等配套视频监控设备、门禁监控设备、防盗报警设备。

（7）环境监测：可接入各高低压配电室、箱变等加装温湿度监测、烟雾探测器等实现环境状态监测。

（8）设备控制：可接入各高低压配电室内排风机控制箱、潜污泵控制箱等统一采用智能一体化智能控制箱（内置一体化配电监控器，且液晶屏显示），实现设备电参数监测、设备控制，实现配电房设备联动控制功能。

（9）智能分析:利用大数据分析各回路的电数据、环境数据、安防数据。

（10）报警推送:实时显示用电安全智能传感终端报警信息，包括报警位置、报警类型、发生时间。

（11）数据查询:记录电气线路用电数据变化趋势，掌握电气线路隐患状况，便于及时分析排查隐患原因。并支持任意时间段用电数据查询。

3 智慧配电房总体系统构成

智慧配电房以物联网平台作为基础，综合运用物联网、大数据、云计算等现代技术，将传感器和控制系统结合，在设备上将直流屏、变压器、高低压配电柜、环境监测设备、门禁监控设备、报警设备、消防设备、水泵、除湿机、空调、排风扇等集成一体化，进行综合的数字化管理。完成对配电房的信息化监测管理，从组成架构来看，系统包含感知层、网络层、管理应用层（详见图1）。

感知层用来对配电房的环境参数、电气量参数、运行参数等的收集，网络层将采集的数据传输至管理应用层，管理应用层对收集的数据进行统一整理分析和应用。

图1 智慧配电房系统组成架构

4 智慧配电房子系统设计

1. 门禁系统

配电房所有防火门设置电子锁（可配合机械锁使用）、红外探测器、IC兼生物识别读卡机和可视对讲装置。刷卡后门锁自动打开，当电子锁出线故障时可利用钥匙打开。读卡机记录供电运营人员的巡检时长等。以上通过智慧配电房一体化管理系统对出入配电房的运营检修人员实施监测。包含：配电房门的开启状态、刷卡记录、维修时间、等。门禁系统可设置临时来访模式，允许短时来访人员在授权情况下在规定时间和有权限门禁点的进入权限。系统可实现远程开门操作，数据库保存有完整的刷卡记录和每次开门人的照片。当受到非法入侵时，对入侵者的照片实时抓拍，后台报警，终端将实现现场报警并通过网络向管理中心传输报警信息，并通过应用端APP通知相关监管人员。

2. 安防监控系统

采用IP摄像机和导轨式视频监控系统的方案，导轨式视频监控系统搭载红外热成像、局放监测仪。重点对配电房开门进入人员进行拍照上传至主控管理系统，通过与系统留档的人员信息记录进行分析比对，实现人员的身份确认。摄像机带自动追踪功能，当人员在配电房内移动时，摄像机镜头自动捕捉人员画面，并实施上传至云端服务器。此外，摄像机还具备设备监测功能，对房间内的设备运行状态，烟雾和房间积水等进行录制上传。

3. 环境监控系统

在配电房安装温湿度探测器、气体探测器、水浸传感器、烟雾报警器等，通过收集到的配电房内环境信息值上传至主机进行处理和判断，实时监测配电房的环境动态，系统提前设定温度、湿度、气体环境、烟雾及水位等阀值，当环境参数超过阀值时，会触发报警，并对检测数据进行记录，通过主机向运营人员应用端发出异常提醒，同时主机联动配电房内空调、排风机、潜水泵等对内环境进行调整平衡以满足配电房的安全运行环境。

4. 电能质量监测系统

通过安装电能质量分析装置、电流互感器等采集仪器是对电能质量进行监测所需获得参数信息的直接途径，主要采集内容为：配电设备的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因素、用电量、谐波等数据。并将这些数据上传至数据中心进行综合分析，系统通过实施数据分析结果预测目前电能质量及设备运行状态，包括：电压偏差、电压波动、谐波率、电压三相不平衡、电压合格率等。从而快速反馈故障点及显示配电电能质量等。

5. 高低压变配电装置的状态监控系统

主要运用智能采集装置监测高压柜六氟化硫开关的压力接点信号，35KV/0.4KV变压器绕组温接点信号、变压器散热风机工况，低压配电柜内开关电缆头的温度，高低压开关柜内的温度，开关的分闸合闸次数时间以及开关的开断电流以及等。

5 智慧配电房管理应用系统设计

智慧配电房信息系统采用云技术，实现多点接入管理，接入配电房集中远程管理，提供windows、手机APP管理软件，方便配电房运维管理人员随时随地的了解和管理配电房。可视化应用系统功能含以下部分：

1. 配电房概况：显示配电房在场段中的位置、配电房数量、面积、变压器容量、供电概况等基本信息。

2. 告警消息：告警消息主要由：遥测告警、遥信告警、网管掉线等。

3. 功率图：功率图可以直接反映配地房的实时及历史供电情况，功率图根据年、月、日的列表形式反应变压器、出线柜的负荷情况。

4. 电气图：配电系统图分35KV、35KV/0.4kv变压器、0.4KV开关柜进行展示。

5. 运维诊断：页面含电能质量、预警诊断等，有利于系统维护人员及时发现站点问题，并消除缺陷。

6. 门禁安防环境

安防有视频监控、温湿度、气体监测、烟雾监测、防水监测、红外监测、门禁、智能空调以及风机监测。

5 结束语

地铁的智能化发展需要先进的数据采集方式、数据管理方法及信息分析方法。通过对一体化智慧配电房的总体设计方案研究，利用一体化管理系统为核心，有效整合电力系统的SCADA系统、温湿度监控系统、视频监控系统、门禁系统等子系统，并将传统配电柜升级成为一体化智能配电柜。通过智慧配电房系统，场段供电人员可通过在办公室电脑就可以完成配电房的巡检工作，减少劳动强度。同时也极大提升了配电房设备的安全性。这对未来场段采用智慧配电房的建房作出了重要的指导作用及参考价值。

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作者简介：陈威，中级工程师，研究方向为电气设计