浅谈基于公有云的用户侧配电网智能监控系统的设计与应用

摘要：由于用电端环网柜及配电室较为分散，数量多、距离远，没有实时监测手段，发生故

障只能断电抢修，严重影响用电可靠性。通过监控中心计算机或手机客户端可随时在线监测设备运行状况，自诊断设备的异常运行，发现配电设备异常后，通过手机短信或APP推送报警信息，提醒用户及时处理，保证了供电可靠性。

关键词：配电网智能监控系统；云技术；移动互联；预警；用户侧

        随着社会的进步和人民生活质量的提高，对供电质量和供电可靠性有了更高的要求，但用电端的环网柜及配电室较为分散，数量多、距离远，没有实时监测手段，一旦发生故障，只能断电后抢修，严重影响用电可靠性。另外，大部分用户配电室的运行管理目前主要依靠人工定期进行现场检测和记录，这种工作方式工作量大、数据多、检测记录时间较长，而且准确性得不到保证，运行成本也大大增加。为此，采用一种针对环网柜及配电设备具有实时监测功能的应用系统——基于公有云的用户侧配电网智能监控系统，通过实时监测保证用电可靠性。

1.1 系统特点

        用户侧配电网智能监控系统采用先进的互联网技术、云计算、自动化技术、传感技术，实现 24 h不间断地对用户设备进行监测，通过监控中心计算机或手机客户端可随时在线监测设备运行参数和运行状况，诊断设备的运行状况，发现配电设备异常或装置内部异常时，立即自动报警，通过短信或APP推送信息，提醒用户及时处理，以保证供电可靠性。基于公有云的用户侧配电网智能监控系统，是一种轻资产解决方案，无须铺设光纤，不受机房设施、服务器设备的限制，可以节约一次投资和日后的维护费用。

1.2 系统结构

        系统网络架构如图1所示，主要包括各箱式变压器、监控站、移动终端、工程师站、云端服务器、云端存储器、移动通信网络、GPRS通信服务器等。用户侧配电网智能监测系统分为4部分：现场设备层、通信层、云服务、监控层。

 

 

1.3 系统软件

1.3.1 系统功能

        该系统主要功能为远程数据监测及推送故障消息预警，主要分为以下4部分。

1.3.1.1 开关状态动态显示

        可以通过电脑或手机 APP 查看高压负荷开关合分状态、高压断路器合分状态及位置（工作/试 验）、隔离开关合分状态、接地刀闸位置、电容补偿投切状态。

1.3.1.2 遥测值显示

        远程查看高压柜/变压器的三相相电压、三相线电压、三相电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、负荷及平均负荷。

1.3.1.3 预警信息监控系统

        具有远距离无线测温、避雷器在线监测、谐波在线监测、视频在线监控、烟雾遥感等功能，并能通过视频（支持语音双向传输）实时查看现场情况。具有GPS定位功能，通过手机APP可直接链接导航，快速到达配电终端位置。

1.3.2 数据性措施

        电力数据涉及机密，充分考虑以上数据问题，特别在硬件及其软件上做出以下措施。

1.3.2.1 数据采集端

        现场通过局域组网方式采集数据。采集的数据为原始数据，原始数据不同于现场仪表内数据，需进行进制和系数转化才能得到真实数据，即使遭受网络窃听后对方获得的数据也只是 0、1，无法进行解析。

1.3.2.2 数据传输端

        采用自主研发的 DTU（数据传输单元）与云服务器进行通信。DTU 工作是基于移动/联通 GPRS（通用分组无线业务）信道进行传输，即移动/联通为每张 SIM（用户识别模块）卡分配 1 个号码，通过GSM（移动通信系统）加密技术拦截第三方的网络窃听。其次，DTU 传输原理采用 Modbus RTU 协 议，服务器请求 1 次数据后，DTU 工作 1 次，只能实现单向数据传输。

1.3.2.3 服务器端

        服务器具有访问账户密码和端口双重保护功能，内置网络防火墙，数据直接导入数据库，数据库的访问需要账户和密码认证，一旦发生攻击，紧急启动异地备份，杜绝数据窃取，启动数据库扫描系统，分析内部配置、防止越权访问，发现外部攻击漏洞、防止外部攻击，实现非授权的从外到内的监测。

        基于公有云的用户侧配电网智能监控系统在手机客户端能实时监测配电设备的运行工况、电 流、电压、温度、泄漏电流等，以及报警信息推送，并通过视频可与现场连线，对现场操作人员起到监护的作用。将该系统已安装于三联化工配电室、内蒙古少数民族文化体育运动中心配电室、天玺房地产环网柜、晟航 35 kV光伏变电站等十几个用户配电室或环网柜。通过手机客户端和PC端，可以随时了解设备运行工况，电流、电压、开关位置、节点温度，实现避雷器在线监测，视频在线监控，烟雾遥感，实时推送报警信息等。

2.1 系统硬件

        通信管理机从设备二次系统采集数据，电缆终端安装电缆温度传感器，将温度数据传输到电缆温度监测仪，通过RS485通信方式将数据传输到控制器模块，控制器通过总线将数据发送到 GPRS 通信模块，通过 GPRS 模块在现场可以检测到相关运行数据。

2.2 运行状况实时监视

        通信管理机从用户二次系统中读取数据，无线温度监测仪测量电缆3相电流。将数据传输到可编程控制器模块，可编程控制器对接收到的电压、电 流、频率等非开关量和开关量数据进行处理，通过GPRS模块将数据传输到阿里云，PC端（如图2）和手机端（如图3）可通过相应软件从阿里云服务器中获取相关数据，对用户系统状态进行监视。

 

2.3 避雷器状态实时监控

        避雷器传感器穿孔安装于避雷器上，实时监测避雷器运行状态（放电次数和泄漏电流）。当累积次数达到预定值时，云服务器会推送信息至运维人员手机，避免避雷器失效导致元器件烧坏或人身伤亡。无线温度传感器测量3相电缆温度，传输至无线温度监测仪，实时显示各相电缆温度，同时将温度数据传输到阿里云服务器，通过计算机和手机能随时查看各相电缆温度。

2.4 报警信息推送

        手机端接收报警信息后及时检查设备状况，减少用户侧故障次数。

2.5 视频监控

        在配电室内安装摄像头，通过手机和电脑查看监控视频，了解用户操作是否规范，及时发现隐患。

2.6 负荷预测

        系统可生成负荷报表及曲线，通过负荷月报表掌握企业用电特点，帮助客户提高电能利用效率，降低企业用电成本，提升客户满意度。

3.1简介

        安科瑞电气股份有限公司根据配电室实际情况，结合多年的变电站和配电室的运行管理经验，自主研发了安科瑞配电室综合监控系统，实现了智能开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、电流电压等负载运行监控、母线测温监测、电缆测温监测、环境监测、有害气体监测、安防监控、采暖通风、门禁、灯光、风机、除湿机、空调控制等功能。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，延长设备使用寿命，减少配电室粗放式管理导致成本过高，同时实现配电动力环境的分布式远程管理。

3.2系统功能

3.2.1 通信管理

        安科瑞智能配电室综合监控系统可以完成对整个配电室范围内的通信设备进行管理、添加、删除、控制和数据的实时监测。

3.2.2实时监测

        安科瑞智能配电室综合监控系统人机界面友好，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，如视频、温度、湿度、漏水/水浸、水位、有害气体和电参量等。实时显示有关故障、告警等信息。

3.2.3 数据查询

        在人机界面中，可以直接查看配电室个设备的运行数据。

3.2.4曲线查询

        在曲线查询界面，可以直接查看遥测参量曲线，包括温度、湿度、水位、有害气体、电压、电流等曲线。

3.2.5运行报表

        查询配电室内设备的运行数据报表，包括日报表、月报表、年报表和查询报表等。

3.2.6实时告警

        科瑞智能配电室综合监控系统具有实时告警功能，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。告警如右图所示：

3.2.7 历史事件查询

        安科瑞智能配电室综合监控系统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。

3.2.8 用户权限管理

        为保障系统稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的保障。

3.2.9网络拓扑图

        安科瑞智能配电室综合监控系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构。可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

3.2.10遥控操作

        安科瑞智能配电室综合监控系统可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

3.3Acrel-2000E/B配电室环境监控系统推荐配置选型

        用户侧配电网智能监控系统基于云计算技术，无需建立机房，可以减少建设投资费用和维护成本。该系统可以广泛应用和服务于城乡终端用户的配电设备[5-6]。经过 1 a 多的运行，监控中心和手机客户端未发生网络中断事故，网络运行可靠，数据上传稳定。值班人员对变电站的运行工况一目了然，减轻了劳动强度，提高了工作效率，为保障供电可靠性和提供了强有力的技术支撑。

张吉生，张波.基于大数据架构的变电设备运行质量智能评价[J].电力大数据，2017，20（9）：37-41

杨万春，闫 东，王红刚，冯志明.基于公有云的用户侧配电网智能监控系统应用

安科瑞Acrel-2000EB配电室综合监控系统2020.04版