配电房在线监测系统解决方案.docx

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配电房在线监测系统解决方案

配电房在线监测系统的站端建设

技

术

方

案

--基于Tip3000平台的智能环网柜、高压开关柜、保护开关、母线电缆无线测温、环境、有害气体以及腐蚀电缆气体、安防、消防火灾、灯光、风机、除湿机控制以及图像监控的配电房在线监测系统

摘要：

近年来随着我国经济的飞速发展，社会生产、人们生活对电能质量的要求越来越高，促使电力企业加快电网结构的改造和智能电网的建设。

配电房作为电力传输、分配电能的重要场所，其运行的安全性对于整个电网的可靠运行具有重要的意义，对配电房运行状态的在线监控可以实时的了解配电房运行的状态，及时的对各种运行数据进行监测、分析、显示以及预警，大大提高配电房运行的可靠性和安全性。

本文以配电房的在线监测系统为例，简要分析在线监控系统的构成与建设，以期为智能配电房的建设提供参考。

关键词：

配电房；站端；在线监测系统；建设

配电房是电力系统末端配电网中分配、传输电能的主要电气设备的场所，是城市配电网系统中重要的组成部分。

其具有分布广、数量多、管理复杂等特点，一直都是配电网运行管理工作中的薄弱环节。

我国社会的快速发展，促使社会对电能的需求量不断增加，对电网运行的可靠性要求越来越高，而配电房则是保证城市配电网运行可靠的最后保障。

因此，配电房的智能化建设迫在眉睫，伴随着我国配电网智能化建设的发展，诸多的在线监测设备和技术逐渐应用到配电网的运行过程中，配电房在线监测系统的建设，实现了配电房各种监测数据的动态显示，进一步提升了配电房运行的能力，提高了配电网运行的可靠性。

1配电房在线监测系统的系统介绍

（一）在线监测系统简介

XXX根据配电房实际情况，结合多年的变电站和配电房的运行管理的经验，采用Tip3000核心技术平台和HT500系列智能监控终端，实现了智能环网柜DTU运行监控、高压开关柜带电显示、电流电压等负载运行监控、母线测温检测，电缆测温监控、环境监控、安防监控、采暖通风、灯光、风机、除湿机控制等功能，并可以通过增加设备扩展智能门禁、SF6、02、H2S,O3等有害气体在线监测等功能。

实现动力环境各数据的检测与设备控制，实现动力环境最优化，避免运行环境的失控导致配电设备运行故障，保证维护人员安全，延长设备使用寿命，减少配电房粗放式管理导致成本过高，同样实现配电动力环境的分布式远程管理。

（二）设计原则和依据

系统总体设计原则是：

以监控与数据采集系统为基础、以自主开发的监控产品和系统软件为核心，通过信息交换和共享，将动力环境设备监控、门禁监控、安防报警、视频监控、消防监控等各个具有完整功能的独立分系统组合成一个有机的整体，提高系统维护和管理的自动化水平、协调运行能力及详细的管理功能，实现所有监控子系统的功能集成、网络集成和软件界面集成，有效降低系统维护人员的日常工作强度，提高系统可用性并节约系统维护成本。

系统特色：

扩展性：

提供开放的接口，方案具有平滑的扩容和升级能力，以适应移动业务发展和管理的需要。

可维护性：

选型的设备采用维护工作量较少和易于维护的设备，最大限度的减少日常运维工作量。

稳定性：

一是系统某一接点或某一设备的故障不影响其它设备和系统的正常运行；二是选型设备本身具有较好的稳定性和良好的故障保护功能。

先进性：

所选用的系统和设备是目前在国际国内具有领先水平的，能够满足系统长期建设和发展的需要，以最大限度的保护用户投资，兼容TCP/IP网络。

投资少：

系统选型具有高性能价格比。

建设时间短：

在较短的时间内完成系统的安装调试。

2配电房在线监测系统的整体架构设计

2.1系统总体架构

根据《配电房管理制度》、《配电房操作规程》以及《电力安全生产条例》等文件精神，结合我公司实际应用案例，采用分布式和模块化架构，把配电房在线监测系统分为站端设备和软件系统两部分。

站端设备以HT500系列站端监控主机为核心，能够接入开关柜、环网柜、变压器传感器或智能设备，温湿度等环境传感器，在线式红外母线温度传感器，电缆无线测温设备，SF6和O2传感器，H2S传感器以及O3传感器。

对射/红外等安防设备、消防主机设备，一路门禁、8-24路灯光/空调以及风机的控制等功能。

并可以通过扩展实现图像抓拍、SF6泄露报警、消防报警等功能。

HT500监控主机采用TCP/IP有线方式或者3G（4G）/CDMA/GPRS等无线方式和中心进行联网。

2.2系统功能结构设计

（一）管理层

主站是在线监控系统的核心，主要是由安装站端监控软件的监控主机和服务器构成，负责将通讯层上传的数据进行解包，对通讯层上传的数据进行分析、管理，根据站端的实际情况执行相应的操作，从而负责对配电房的智能化管理。

主站端可以实现配电房远端的环境、安全、电气设备运行的监测，出现故障能够准确的对故障进行判断、故障报警以及远程的操作控制。

（二）传输层

通讯层主要负责站端设备和管理层之间的通信，是在线监控系统的主要连接枢纽，是保证在线监控系统正常运行的关键。

监控系统之间的信息传递主要是通过通讯层的通讯总线传输到各个通讯子站，各个通讯子站通过对本站的监控信号、运行参数等进行上传至主站层进行分析处理，主站的远程控制指令由通讯总线下行传输至各个配电房的远端控制主机，进行相应的控制操作。

现阶段我国常用的通讯间隔层上行网络主要是以太网和ＰＲＯＦＩＢＵＳ等形式进行传输，下行网络之间的传输则主要是现场总线常用的主要有ＲＳ232、ＲＳ485、以及ＣＡＮＢＵＳ等，总线的类型则是由项目所选用的设备进行确定。

在本项目中采用ＧＰＲＳ网络和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络相结合的方式实现ＴＣＰ协议的数据传输，即远端与主站采用ＧＰＲＳ网络进行数据的传输，远端控制中心和监测设备之间采用ＲＳ485总线进行通讯。

（三）感知层

感知层是在线监测系统的主要执行部分，也是执行监测的主要部分。

该层主要是由各种监控设备，如湿度、温度、视频监控设备、主控设备等，负责对配电房的运行转态进行监控。

并及时的将监测信息上传到通讯层或者接受主站发出的远端控制指令。

感知层主要负责对配电房的视频监控、安全防范、智能控制、环境监测、门禁系统、火灾报警、ＳＦ６泄漏报警系统系统。

实现对配电房的智能控制和监测，以方便主站系统对配电房的所有设备的管理和信息的查看。

2.3网络拓扑设计

目前，对于配电房监控系统通常有以下几种传输方式：

1、已有以太网的配电房：

每个配电房主机需要一个RJ45网口和一个IP地址即可。

2、仅有2M光纤接口：

配置一台2M--以太网桥，通过光电转换，提供以太网接口。

3、没有以太网和光纤的配电房：

可以选择如下两种方式：

1）就近租用电信运营商的以太网或者光纤：

适合于小区内运营商网络连接较为方便的地方。

2）租用电信运营商的无线网络：

采用3G、4G路由器接入的方式，可以使用公网或者组成VPN专网。

本方案需要向运营商缴纳网络使用费用和购买VPN服务器。

总之，通过各种技术手段，配备以太网为最优化和成本最低的传输方式。

3系统可实现的功能

3.1智能环境监测子系统

环境数据采集设备安装在配电房内，通过采集和传输技术，可以实时监测配电房内的工作环境（如：

温度、湿度、漏水、水位、有害气体（SF6,H2S,O3）等）；当检测到环境量出现异常时，可及时显示、报警，并可通过通信网络将数据上传至系统平台。

站端设备包含各种传感器（温度、湿度、漏水、水位、有害气体等）。

系统平台可以直观的显示出被监测量的大小或状态，以及被监测量的实时值或各种故障发生的情况。

3.2电缆无线测温监测子系统

电力系统正向着大电网高可靠性、高自动化水平的方向迅猛发展。

随着社会用电量的日益增加，电网中众多高压电气设备本身、设备之间的联接点，随着负荷的增大，氧化、电阻增大、再度升温直至酿成事故。

因此，电力系统不惜人力、财力，采取多种措施监测高压联接点的温升。

实现温度监测主要有以下几种方式：

1）光纤温度监测：

光纤温度监测系统采用光导纤维传输温度信号，可准确测量高压触点的运行温度，然而，用于光纤表面可能受到污染，将导致光纤沿面放电，直接影响电力系统的安全运行，至今无法解决。

2）红外温度监测：

红外测温监测采用红外测温方式，但极易受环境灰尘及周围的电磁场影响，另外开关柜内的空间非常狭小，受开关柜体结构的限制，无法安装红外测温探头，制约了红外测温的应用。

3）无线温度监测：

无线测温系统采用频率为2.4G电磁波传输信号，直接安装在高压设备上，温度测量准确，可以彻底解决电气绝缘问题，可以测量室内外任何高压带电体有温度事故隐患点的温度。

3.3环网柜远动子系统

3.3.1系统接入

该系统可集成智能环网柜DTU在线监测系统功能，可支持环网柜的实时状态监测与运动控制

3.4高压开关柜监测子系统

3.4.1功能概述

通过开关柜数据采集系统或模块单元输出RS485采集信号，与HT502监控主机通信，后端数据采集服务器实时采集各种信号量状态遥测遥信数据，中心软件集成该开关柜实时监测子系统，主要完成配电房动力配电柜、高压开关柜的运行状态、负载参数等数据采集与监测预警，包括电压、电流、触点温度等，以及各种设备的供电情况的监视。

3.5继保开关（刀闸）监测子系统

3.5.1功能概述

刀闸（保护开关）断开与闭合状态作为输变电生成运行过程中重要监护参数，需要实时监控其当前的状态，以便掌控相关设备的运作是否正常

1）、接入刀闸（保护开关）的断开与闭合的状态信号，有助于实时了解站内所有相关刀闸开关的当前状态；

2）、结合系统中集成站内各个角落视频画面，可更加直观的观察到实际室内外刀闸（保护开关）的断开与闭合动作发生时当前设备的实际状态是否与操作一致，减少存在的潜在安全隐患；

3）、系统中集成的一系列联动响应功能，还能在夜间视线不清晰的情况下，在接受到刀闸开关动作信号时，主动打开相应位置的照明灯光，自动弹出视频，响应实时画面监控。

3.6设备控制子系统

3.6.1功能概述

系统平台可以实现对任意指定的监控场所，在任意时间计划内，对任何发生的事件/组合事件（传感设备探测、视频监控图像分析等事件），制定出详细的站端设备、语音、灯光、摄像头等任意设备的关联动作计划，进行智能设备联动。

3.7安全防护子系统

防盗报警系统通过灵活配置，实时反映探测器的布、设防、报警及各种状态，对报警信息进行及时提示。

在设定的布防时间内，实行入侵监控。

并且报警系统可以同时联动该区域的照明系统、闭路电视监控以及门禁等系统。

◆可手动布撤防和自动布撤防（每个防区可设置5个时间段）

◆结合硬件可控制报警主机每个子系统（用户）的布撤防。

◆可按需求设置分区图、防区图、子防区图

◆可按需要设置报警后弹出相关地图

◆地图上还可设置联动摄像机、门禁等，并直接在地图上控制

◆可自定义的报警后语音提示

◆完善的事件记录，供事后查询

3.8视频监控子系统

视频监控子系统分为两种方案，第一种在没有以太网的配电房，可以采用串口摄像头，平常不录像，当出现报警等情况时进行联动抓拍，抓拍的图片可以传送至中心平台上。

第二种方案是有以太网的配电网，完全可以采用数字监控系统，实现专业监控功能。

一、报警抓拍式监控：

（1）安装安防摄像头，可监视配电房/配电房即时情况；

（2）支持帧率、码流、分辨率可通过软件操作界面进行参数设定，也可按预先设置的方案自动调整；

（3）报警联动拍照功能：

支持配电房/配电房事故报警、消防报警、防盗报警、防火报警、电力设备水浸报警、门禁报警、非法闯入及画面异动报警等多种报警类别联动拍照上传功能；当发生报警时，能联动相关设备，如启动警笛等，相关设备启动后，在设定的时间内自动关闭；报警发生后，配电房/配电房安防摄像头向客户端和监控中心发送报警信息，并同时启动拍照功能；

（4）可设定非法闯入应用：

设定监控范围，当有可疑人物闯入时，联动报警、拍照等并向主站告警；

二、专业级监控：

专业级视频监控系统基于数字硬盘录象机硬件设备，并以网络视频集中监控系统管理软件为核心，执行强大的系统功能。

（一）、视频监控

1）实时监控、分布监控，报警时的刷卡人员姓名、环境数据字符叠加等功能。

2）以按照地区->区域监控中心->监控区域->摄像机（可为多个摄像机，按监控目标分为一主多辅）树形方式展开选择所需监控的视频，可实时监视本地区所有视频信息，可实时监视同一区域多路（1、4、9、16）实时视频并实现一机同屏同时监视；可同时监视一次设备的多角度视频；

3）不同的区域巡检中心仅可监视其所辖视频；

4）可在以电子地图承载的平面布置图或一次设备连接示意图点击一次设备同时监视一次设备的多个摄像机的多角度实时视频（简称多角度视频）；

5）可根据平面布置图上布防、撤防、告警状态直接查看相关视频；

6）多台监控工作站及Web用户可同时监控任一视频；

7）具备视频自动复位功能，即可对摄像机设定默认监视位置，正常状态下摄像机保持默认位置；在控制完成后设定的时间段内恢复默认监视位置；

8）具备视频自动巡视功能，对系统的监控点进行视频巡检，参与轮巡的对象可以任意设定，包括不同视频、同一不同摄像机、同一摄像机的不同预置位等，轮巡间隔时间可设置，完成轮巡任务的摄像机可自动复位；

9）可对任意视频进行手动录像，对任一帧实时视频以JPEG、JPG或BMP的图片进行抓拍和存放。

（二）、录像管理

1）远程设置前端系统录像规则，实现前端系统的手动录像、定时录像、告警触发录像、画面异动检测录像等；

2）具备集中存储功能，实现将严重告警时的视频和事故视频集中存储到地区级主站IPSAN中，采用以秒为单位的视频流方式存储策略；

3）同时显示、存储、检索各所选摄像机的多个视频；

4）以人机界面方式统一管理本地和历史视频和图片，可按告警事件、时间段、摄像机、存储位置等组合条件检索；可从站端系统上传任意一段历史录像，删除本地和各历史视频；

5）远程回放任一摄像机的历史视频（时间可选）、告警录像和本地录像；回放方式有逐帧、慢放、常速、快速、进度条拖放等方式；

6）具备回放视频单帧抓拍和连续抓拍能力，并可对图片进行标注方便查找。

3.9火灾报警及消防子系统

Ø烟雾、明火、主变消防等火灾状态的实时监控。

Ø报警联动功能：

本地声光报警，监控中心计算机报警，以及手机短信告警功能。

并且可设置联动视频、门禁、灯光等子系统。

Ø系统可以直接接入烟雾探测器，也可以通过智能接口集成主流消防厂家设备。

Ø目前支持海湾、依爱、赋安、利达华信、互易、安吉斯、泛海三江、泰和安、TX3607、NOTIFIER等消防主机协议。

3.10门禁控制子系统

一、系统概述

门禁系统是指基于现代电子与信息技术，在配电所的出入口安装自动识别系统，通过对人（或物）的进出实施放行、拒绝、记录等操作的智能化管理系统。

它是利用非接触式智能卡或指纹代替传统的人工查验证件放行、用钥匙开门的落后方式，系统自动识别智能卡上的身份信息和门禁权限信息，持卡人只有在规定的时间和在有权限的门禁点刷卡后，门禁点才能自动开门放行允许出入，否则对非法入侵拒绝开门并输出报警信号。

由于门禁权限可以随时更改，因此，无论人员怎样变化和流动，都可及时更新门禁权限，不存在钥匙开门方式时的盗用风险。

同时，门禁出入记录被及时保存，可以为调查安全事件提供直接依据。

HT502站端监控主机包含一路门禁，直接接入读卡器、电锁、按钮即可实现门禁功能。

二、系统详细功能

1）支持多人授权、多门授权以及复合授权三种模式

2）支持36个可编程时间组，每个时间组包括5个时间段，每个时间段的起始值任意定义。

3）系统支持实时监控和脱机运行双模式运行。

4）系统支持人员进入出去时间人员记录。

5）系统提供设备或网络故障报警、非法闯入报警、门开超时报警、非法刷卡报警以及胁迫报警等。

所有的报警都会在总控制电脑上实时显示红色闪动记录，驱动计算机音箱提醒管理者注意，并且和监控等系统进行联动。

6）系统支持卡、密码、卡＋密码等多种开门方式。

7）系统提供通过中心软件进行强制关门和紧急开门功能。

8）系统支持对所有门或单个门设定门常开时间等。

9）系统支持多卡认证开门。

10）系统支持锁开超时报警功能

11）系统支持电子地图实时监控

12）系统具备考勤、密码开门、IC卡开门、出门按钮开门、锁开超时告警、开门超时告警、断线告警、非法开门告警以及胁迫告警等多种记录。

3.11联动配置子系统

1、安防报警联动：

中心站及子站的安防子系统，通过监控主机接入安防信号（电子围栏、红外对射，小动物探测器等），一旦有警情发生，系统可以联动图像监控系统，并发送报警信号给中心管理系统，同时，可以根据联动方案自动调用摄像机进行抓拍与录像，并可实时播放告警语音、发送提醒短信等。

2、环境量告警联动：

温度量程告警，前端监控主机可通过接入的空调控制器，自动联动对应的空调，进行开机制冷或者制热；湿度探点告警可配置联动相应区域的风机或者除湿器进行除湿联动。

3、有害气体联动：

根据现场检测的SF6，H2S,O3,CO等有害气体，可配置联动风机，进行通风，以及联动声光报警器进行报警。

4、告警短信语音联动配置：

支持配置各类型告警点报警时的短信提示、语音播报、声光警示以及现场广播威慑等。

5、联动抓拍录像及查询功能：

可以根据抓拍类型、记录类型、联动类型、触警条件、抓拍区域以及时间等各种条件，对抓拍录像进行查询。

抓拍录像实时存储在中心服务器上，可避免前端被破坏而造成的录像丢失。

6、刀闸动作视频联动：

通过智能监控主机，后台监测中心，在监测到刀闸开关动作信号时，主动打开相应位置的照明灯光，自动弹出关联的视频，响应实时画面监控，可观看保护开关的实时闭合状态。

3.12巡检管理子系统（可扩展）

所有的门禁读卡器都可以作为巡视读卡点使用，门禁控制器能记录刷卡信息，连PC后数据下载到电脑上保存。

电脑上的巡视软件可以根据这些读卡数据按部门、个人、日期统计各种巡视报表，方便快捷。

任意的读卡门禁点都可以设成巡视点，即方便实用，又经济省钱。

可以在已使用门禁系统的基础上，不用增加硬件成本，而只需增加一套巡视软件就能实现巡视计算机管理功能，避免了类似于打卡钟等巡视设施带来的人工处理的大量工作量，节约了劳动力资源，更提高了电站管理效率。

●利用门禁系统现有设备和网络，对电站工作人员对无人职守的变电站进行巡查管理和监督。

●结合对施工单位工作票管理制度，实现定时、定点、定位、定人以及远程授权操作管理，可以有效的防止无授权人员进入非工作站、非授权作业区，避免复制开门钥匙和领取钥匙者随意进入变电站的安全隐患。

4站端系统设备及参数

4.1HT500智能配电综合监控装置

1）装置采用基于Cortex-A9的双核/四核工业级处理器，具备硬件编解码功能，支持4路高清IPC接入和4路视频实时预览、存储、回放。

2）

3）支持千兆以太网接口以及7路RS485通讯接口、8路AD输入、8路DI输入（可扩展至24路）、8路DO输出（可扩展至24路）、3路USB（host）、1路HDMI、1路LVDS接口、1个TF卡接口。

4）支持对馈线回路的监测功能，实现对馈线回路的温度、电压、电流、功率、功率因数、有功、无功、谐波、电能量采集等功能。

5）支持4个变压器三相绕组温度检测和风机运行状态检测功能。

6）支持开关柜以及电缆无源无线测温功能：

测温探头采用CT取电方式供电，最大支持240路温度监测。

7）支持室内空调远程控制以及与温度联动功能，最大支持15路空调控制和32路温度采集。

8）支持配电房新风系统接入，实现对主、副新风机的智能控制。

9）支持室内除湿机远程控制以及与湿度联动功能。

10）支持SF6/O2、O3、NO、TVOC等有毒有害气体监测、报警以及和通风机联动功能。

最大支持15路SF6/O2接入。

11）支持室内灯光远程控制和联动控制功能。

12）支持开关柜智能防凝露接入。

13）支持红外双鉴、红外对射、震动、门禁等安防相关设备接入。

14）支持烟雾、温感、明火等火灾消防信息的接入。

15）支持环境温湿度、漏水、水情等信息的接入。

16）配置7/10.1寸人机交互界面，实现参数设置、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警记录查询、报警图片和视频查询功能。

17）支持IEC104/101、IEC61850、CDT、DNP3.0等电力通信规约。

18）支持TCP/IP和4G等通信方式。

4.2HT501站端监控主机（机架式设备）

HT502站端监控主机是针对电力行业变电站以及配电所内的动力、环境、安防以及设备的监测和控制而设计生产的一款产品。

HT500站端监控主机可以透过TCP/IP或者GPRS/CDMA网络远程采集状态、告警信息，操控相关设备，集中配置、管理分散的配电房。

处理器

NXP32位工业级芯片

通讯接口

1个10M/100M自适应以太网口，4个RS485口，可扩展至8个485口

串口

速率：

1200-38400bps

保护器件：

防雷击、防过电压、抗干扰、吸收浪涌功率

网口

RJ45，10/100M自适应

保护：

内嵌2500V电气隔离

开关量输入

8路开关量（2U设备HT502扩展至24路，均为无源触点）

继电器输出

8路常开触点继电器（2U设备HT502扩展至24路）。

每路输出最大可承受负载250V/5A。

模拟量输入

6路模拟量输入，4～20mA

输入输出映射

开关量输入与输出可以通过软件配置对应关系，支持N：

N影射

可控制门禁数

1路

读卡器输入格式

485读卡器

读卡器最大距离

1200米，建议300米内

输出继电器接口

12V7A。

常闭/常开可选

开门延时时间

0-255秒可调

用户注册卡数量

2000张卡（可扩展）

记录存储数量

80000条

DC电源输出

6组12V输出，3组24V输出。

总功率120W

输入电源

AC220V（另外可选择DC48V）

工作电流

整机小于200mA

防水等级

不低于IP65

防尘等级

不低于IEC529标准5级水平

电磁兼容性

GB/T17626

工作温度

-25℃～+85℃

运行环境湿度

5%～95%

MBTF

不小于10万小时

MTTR

小于0.5小时

HT501设备图片

4.3有线红外测温仪

红外测温仪可以不接触目标而通过测量目标发射的红外辐射强度计算出物体的表面温度。

非接触测温是红外测温仪最大的优点，使用户可以方便地测量难以接近或移动的目标。

HT系列红外测温仪为一体化集成式红外测温仪，传感器、光学系统与电子线路共同集成在不锈钢壳体内；易于安装，不锈钢壳体上的标准螺纹可与安装部位快速连接；同时还有各型选件（例如吹扫器、安装支架、可调安装支架、吹扫保护套等）以满足各种工况场合要求。

技术参数如下：

项目

内容

光谱范围

8~14μm

测量温度范围

0~1200℃（分段可扩展）；

/0~100/200/300/500/600/800/1000/1200℃

光学分辨率

20:

1

响应时间

150ms（95%）

测温精度

测量值的±1%或±1℃，取大值

重复精度

测量值的±0.5%或±1℃，取大值

发射率

0.95固定（0.10-1.00调节可选）

输出信号

4~20mA,数字485信号

输入电源

2-24VDC 100mA

工作电流

50mA

保护等级

IP65（NEMA-4）

防尘等级

不低于IEC529标准