居民小区配电房动力环境监控系统研究与应用

1、背景及目的

目前小区配电站房大多位于居民住宅小区地下、半地下等低洼地带，排水通道不够顺畅。逢汛期极易积水，若遇暴雨，雨水甚至有可能倒灌至配电站所。在 13 号“苏迪罗"台风期间福州市区一百多个小区配电站房进水，半数以上电气设备遭受浸泡损毁，造成大面积长时间停电。对供电部门来说小区站房巡检工作量大。特殊情况如暴雨台风期间往往措手不及，因此靠以往人工巡视的方法存在着很大弊病和隐患，运行维护质量无法保证。因此电力部门有必要实时掌握对配电站运行环境（包括如环境温、湿度、安防情况、漏水情况）和配电房所属电气设备的运行情况，进而合理安排巡视、检修计划，对发现有可能影响配电网安全的缺陷隐患及时处理，同时提高运行维护人员工作效率。本文设计基于TCP/IP 网络的集中监控管理系统，采用 FCS 现场总线控制系统，通过建立配电站房动力环境监控系统对其进行远程监控，以期解决目前配电站房存在的运维管理困难。

2、系统架构设计与说明

配电站房动力环境监控系统通过构建三级监控网络，由监控中心的综合管理机集中监控管理所有被监控动力设备、环境状态参数并远程控制各监测站点的受控设备。

（1）整个监控系统所辖的监控区域内的监测站点通过以太网（IP网络）进行站间数据通信。

（2）监控中心主要承担所辖区域内各站房的监测、报警阀值设置以及对个站房的集中监控和管理，它是整个系统的核心。

（3）配电站房内各个采集设备采集的实时监控数据（温湿度、UPS工作状态、门禁系统状态等）同步上传至本地区监控中心进行集中处理，具有实时性及可靠性。

（4）系统辖区内的所有温湿度、空调、漏水、门禁、变压器监测等现场采集设备均留有用于后期设备扩充的扩展接口，对系统进行后期的扩展和升级不会影响原系统的稳定运行，具有高度的灵活性。

（5）基于 RS-485 总线串联方式实现了各个采集设备之间的数据通信，同时对各采集设备集中供电，极大地减少了现场布线的工作量、系统故障和检修的难度和时间，大大提高了系统的经济性。

（6）嵌入式系统广泛应用于本监控系统现场采集设备中，使得各个采集设备与整个监控系统之间能够实现无缝连接，极大地提高了模块运行的稳定性，使得后期维护更加方便。

图 1 动力环境监控系统构架图

3、数据通信方式

SU-SM 之间采用了基于 Modbus 协议的 RS-485 总线传输方式，SC-SS-SU 三级监控系统之间采用了基于 TCP/IP 协议的以太网传输方式。配电站房中的监控对象包括了变压器、空调、门禁、UPS、电缆防盗、室内温湿度、烟雾、水浸以及站房视频监控等，对这些对象的监控通过各类传感器（如烟雾传感器、水浸传感器、温湿度传感器）进行各个参量的采集，在通过搭载在各监控对象采集模块中的数据采集器将传感器传递过来的模拟量转换为数字量，进而通过组建的基于 TCP/IP 协议的以太网络进行数据的传递，以实现对配电站房各动力环境设备的远程监控与管理。

4、三级监控网络数据通信的实现

（1）各个现场监控模块将采集的数字量信号和视频信号上传给监控单元SU的监控主机。

（2）监控单元 SU 的监控主机将实时数据通过 3G/4G 网络上传给区域监控中心SS的监控服务器进行数据的分析与处理，并建立实时数据库，以方便后期的运维和管理。

（3）区域监控中心 SC，以达到集中管理的目的。

（4）各级监控中心对上传的数据进行分析，将遥控和遥调指令通过3G/4G网络下传至各个下级监控系统，直至实现对现场各个监控对象的控制和调整。

5、安科瑞配电室环境监控系统的介绍与选型

5.1概述

配电室综合监控系统包括智能监控系统屏、通讯管理机、UPS电源、视频监控子系统（云台球机、枪机）、环境监测子系统（温度、湿度、水浸、烟感）、控制子系统（灯光、空调、除湿机、风机、水泵）、门禁监控子系统（读卡器、开门按钮、磁力锁）、安防监控子系统（双鉴检测器）。

5.2系统结构

5.3系统功能

5.3.1实时监测

能够显示配电室设备的运行状态，实时监测配电室环境参数信息，实时显示有关故障、告警等信息。

5.3.2数据查询

在人机界面中，可以直接查看配电室中各个设备的运行数据。

5.3.3曲线查询

可以直接查看各电参量曲线。

5.3.4运行报表

查询配电室内设备的运行数据报表。

5.3.5实时告警

具有实时告警功能，系统能够对配电室温度、湿度、有害气体、设备故障或通信故障等事件发出告警。

5.3.6历史事件查询

能够对产生的所有事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析。 

5.3.7用户权限管理

设置了用户权限管理功能，可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。

5.3.8网络拓扑图

支持实时监视并诊断各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构。

5.3.9遥控功能

可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

5.4系统硬件配置

6、总结

配电站动力环境监控系统是一种能适用于小区配电站房动力环境监控，适应电力系统自身特点，能够即能稳定地运行，同时运行成本又经济的监控管理系统。该系统能够方便地通过无线 3G/4G 网络组网，快速实现区域内配电站房的有效覆盖，为用户提供配电站所的配变电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素等运行信息的监视和温湿度、门禁、漏水感应、视频等动力环境监控，有效提升配电站房设备运维水平。

参考文献：

[1]郭鑫.应用 3G 网络的配变监控系统的设计开发[D].山东大学，2010.

[2]王艳文，宗凌.动力环境监控集中系统的现状与演化[J].电信科学，1998(8).

[3]郑瑞晨，阎东升，张福刚等.城市配电所远程集中监控的技术探讨[J].电力系统保护与控制，2010，38(6)：126-128，150.

[4] 叶燊.小区配电站房动力环境监控系统研究与应用.

[5] 企业微电网设计与应用手册2022.05版.