低壓配用電自動化智能系統的設計及工程應用

摘 要：低壓配用電自動化智能系統在配網中具有非常重要的作用，鑒于此，基于智慧能源、配電物聯網等先進技術，以新型邊緣計算終端為核心，深入開展低壓側延伸應用實踐，打造了一種兼具技術先進性、應用創新性和場景代表性特點的“全景感知、全息共融”的低壓配用電自動化智能系統，綜合利用配電自動化以及新一代低壓寬帶載波、5G等適宜的通信技術，重點實現配變、低壓線路和用戶的狀態感知與故障識別、低壓開關自動化控制、電能質量綜合管理以及新能源智能管控等特色功能。

關鍵詞：低壓配用電自動化;狀態感知;故障識別;低壓寬帶載波;電能質量綜合管理

0 引言

本文將從系統架構、數據采集、邊緣計算及工程應用等方面，詳細介紹低壓配用電自動化智能系統的設計及工程應用。

1 低壓配用電自動化智能系統設計

1.1 ? ?系統架構

如圖1所示，低壓配用電自動化智能系統包含云平臺層（主站）、邊緣計算層（終端）、物聯網端層（傳感器），其中云平臺層可以有效接入柔性負荷、分布式電源、電動汽車、調控分析組件、綜合能源服務組件等，邊緣計算層包括負荷預測、故障研判、線損分析、風險預警、充電樁接入、用戶數據、無功補償等，物聯網端層包括分布式新能源、光伏、儲能、智能電能表、智慧樓宇等。云平臺層、邊緣計算層、物聯網端層三者之間主要采用新一代電力載波通信技術，有效保證了數據的順暢交換。該系統主要具有統一性、安全可靠性、先進性、前瞻性、開放性、靈活性、易用性、可維護性等優點。

1.2 ? ?數據采集

數據采集模塊包括用能檢測模塊、環境檢測模塊、安防檢測系統、聯動控制系統、局放監測模塊、電纜頭監測模塊、視頻監控模塊、智能巡檢機器人、智能分支終端。

（1）用能檢測模塊支持與邊緣計算終端寬帶電力載波PLC/LoRa無線通信，可有效減少有線安裝工作，具有安裝簡便，能夠帶電操作，運行穩定可靠，電磁兼容性良好的特點[1]，可以實現低壓電量監測、諧波檢測、拓撲識別數據采集功能。

（2）環境檢測模塊包括溫度傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器、明火傳感器、噪聲傳感器、振動傳感器、水平傾斜傳感器、驅動傳感器等，可有效實現配電房溫濕度、水浸狀態及水位、SF6/O2/O3等環境數據、煙霧及火焰狀態、噪聲數據、變壓器振動狀態、用電設備水平傾斜度的檢測，并且具備用超聲波驅逐入侵小動物的功能。

（3）安防檢測系統利用以太網實現數據交互[2]，可以采用刷卡、指紋、密碼、人臉識別方式進門，可設置人員黑、白名單，發卡/授權機可供多個配電房公用，每個門配置一臺搭配門磁鎖（AC220 V供電）及出門按鈕。遠程語音對講系統應實現與主站的雙向語音對講功能，可通過客戶端形式實現，網絡對講必須借助（接入）已有網絡對講系統。

（4）聯動控制系統包括門禁控制、照明控制、風機控制、除濕控制、視頻聯動、視頻與門禁聯動、視頻與紅外雙鑒報警聯動、視頻與水浸聯動、視頻與煙感聯動功能。

（5）局放監測模塊實時采集局放監測儀器的數據，通過RS485傳輸到邊緣計算終端，利用TEV暫態地波+AE超聲波技術可以定位到產生局放的開關柜，利用高頻電流法（HFCT）實現電極、尖端放電監測。

（6）電纜頭監測模塊用于實時監測變壓器高低壓接線柱、出線電纜頭、斷路器觸頭。當監測溫度高于50 ℃時，系統延時120 s報警;當監測溫度高于70 ℃時，系統延時50 s報警;當監測溫度高于100 ℃時，系統延時20 s報警。

（7）視頻監控模塊利用高清攝像頭實現對整個配電房360°無死角的實時監控，授權用戶在系統上通過可視化界面能實時對配電房中的設備工作情況、室內環境、周邊環境情況進行監控，以提升對各配電房的綜合管理能力。此外，還可以根據環境及安防變量形成智能化聯動控制。

（8）智能巡檢機器人包括吊掛式軌道、機器人本體、升降機構、聲光器、紅外熱成像、可見光相機、局放傳感器等模塊，能夠實現機器代人巡檢、數據快速采集、信息實時傳輸。智能分析預警數據由智能測控管理云終端進行匯總后上傳到主站。

（9）智能分支終端由低壓拓撲識別模塊、電能質量綜合治理裝置組成，能實現拓撲識別線路、停電事件告警、低壓分支線路的電氣量監測。1）低壓拓撲識別裝置具有低壓配網拓撲自動生成、拓撲變化自動識別、體積小巧、容易安裝在用戶表箱內、配置自動保護裝置、運行自動注冊、運維方便、功能豐富等特點，能實現電能表監測數據采集、低壓斷路器數據傳輸。2）電能質量綜合治理裝置（如圖2所示）主要包括電容器組、換相開關、SVG裝置等，其在電能質量綜合治理方面作用突出，但也存在應用單一，局限性大，設備按照標準容量配置，投運率和可用率低，各治理技術分割明顯，無法做到系統層面上電能質量的最優控制等缺點。

1.3 ? ?邊緣計算

邊緣計算模塊包括負荷預測、故障研判、線損分析、風險預警、DG管理、拓撲識別、無功補償、三相不平衡計算等功能，具有模塊化設計，結構緊湊，分析計算及通信能力強大，分布式儲能，安裝簡單方便，運行安全可靠等特點。邊緣計算架構如圖3所示。

2 低壓配用電自動化智能系統工程應用

某低壓配用電自動化智能系統工程按照《南方電網標準設計和典型造價V3.0（智能配電）》和《廣東電網有限責任公司配網工程標準設計和典型造價細化方案》要求，電房外形打破了傳統電房的設計理念，融入了地方建筑特色，項目總投資180.05萬元，主要工程規模如下：新建中壓架空線路70 m，敷設電纜線路85 m，新建配電房1座，自動化斷路器柜7面，35 kV干式變壓器1臺，低壓柜3面。工程嚴格遵循國家基本建設程序，符合國家的法律法規和有關規定，各項合規性文件齊全，建設期間實現了安全、質量零事故，過程嚴格落實創優規劃及實施細則，全面執行工程建設標準強制性條文。工程未使用國家明令禁止的材料及產品，分部、分項工程質量全部合格，建筑和安裝單位優良率均達到100%，工程質量評價驗收結論為優良。

圖4為該低壓配用電自動化智能系統工程外觀圖。

該工程主要具有以下6個特點：

（1）該工程新建的配電站為預制式配電房，分工廠生產預制、現場安裝兩大階段完成，避免了傳統電房施工周期長、污染大、噪聲擾民、容易開裂等缺點，現場吊裝及拼裝可在兩天完成，縮短了現場施工時間，減少了對周邊居民及環境的影響。預制式配電房采用鋼結構，結構強度大，綠色環保，鋼結構骨架可100%回收再利用。

（2）該配電房造型結合了僑鄉的傳統建筑特色設計，具有中西合壁的碉樓特色外形，電房外表面采用優質復合材料水泥板，噴涂仿古色調的真石漆，與古校的建筑完美融合，成為一座具有碉樓文化特色的藝術精品。工程采用新型的預制材料，以簡單、美觀、通用為設計原則，全預制而成，減少了施工對周邊環境的影響。

（3）工程按《南方電網標準設計和典型造價V3.0（智能配電）》要求，配置設備狀態監測單元、環境監控單元、安防監控單元，數據上傳至南網物聯網平臺。

（4）該工程配置發電車快速接入箱，適用于高考保供電任務，能確保高考順利進行。

（5）分散固補裝置按線路需要靈活配置，提高了整體補償效果。

（6）設置了起宣傳作用的企業文化墻，利用電房外墻展示公司安全文化，進行電價政策、用電安全知識及供電服務宣傳，突顯了人民電業為人民的社會責任。

3 結語

本文詳細介紹了一種低壓配用電自動化智能系統的設計及其具體的工程應用，該系統兼具技術先進性、應用創新性和場景代表性特點，綜合利用配電自動化以及新一代低壓寬帶載波、5G等適宜的通信技術，重點實現配變、低壓線路和用戶的狀態感知與故障識別、低壓開關自動化控制、電能質量綜合管理以及新能源智能管控等特色功能。該示范工程采用預制式配電房、碉樓文化主題外形設計、全新的數字化智能電房，配置發電車快速接入箱、分散固補裝置，同時企業文化墻能起到很好的宣傳作用。

[參考文獻]

[1] 聶崢，章堅民，傅華渭.配變終端邊緣節點化及容器化的關鍵技術和應用場景設計[J].電力系統自動化，2020，44（3）：154-161.

[2] 楊文俊.基于電力系統電氣工程自動化的智能化應用探究[J].裝飾裝修天地，2020（3）：376.

收稿日期：2021-08-30

作者簡介：司徒健興（1981—），男，廣東開平人，電氣工程師，主要從事10 kV電力施工管理與技術支持工作。