摘要：本文研究的配電站智能方案設(shè)計(jì)綜合考慮了功能實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)合理、可擴(kuò)展等方面，充分滿足配電站綜合技術(shù)防范的功能要求，以電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)總體規(guī)劃為目標(biāo)，本著科學(xué)規(guī)劃、安全可靠、資源共享的原則，將基于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)的配電站項(xiàng)目建設(shè)成為國(guó)內(nèi)現(xiàn)代化、信息化、數(shù)字化的配電站。

探討基于MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化運(yùn)維裝置的意義。

1.1MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))的定義。

MEMS-微電子機(jī)械系統(tǒng)、微系統(tǒng)、微機(jī)械等。是一種尺寸只有幾毫米甚至更小的高科技裝置。同時(shí)，MEMS內(nèi)部結(jié)構(gòu)的尺寸一般為幾微米甚至幾納米，是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)。

1.2國(guó)內(nèi)外配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)化運(yùn)維裝置的發(fā)展趨勢(shì)。

1.2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)。

隨著社會(huì)和時(shí)代的不斷發(fā)展，隨著現(xiàn)代通信技術(shù)和監(jiān)控終端技術(shù)的發(fā)展，配電站監(jiān)控系統(tǒng)也朝著多功能、智能化、模塊化的方向發(fā)展。由于現(xiàn)代輸配電監(jiān)控設(shè)備，其監(jiān)控模式已轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行安全和電能質(zhì)量監(jiān)控的研究。根據(jù)配電站監(jiān)控量的多樣性，監(jiān)控量分為兩部分:電相關(guān)監(jiān)控量包括屏蔽層電位、接地電流、體電阻電容、護(hù)套絕緣電阻、局部放電等。非電監(jiān)測(cè)量包括濕度、氣體、水浸等。

電氣控制主要通過斷路器、接觸器、熱維護(hù)電器、控制繼電器、各種主電器等組合的開關(guān)控制柜實(shí)現(xiàn)配電、控制和保護(hù)功能，通過互感器和各種電氣儀表實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能。這種傳統(tǒng)的開關(guān)柜和儀器配備了各種指針刻度儀器和繼電器，產(chǎn)生了模擬效果，給管理、存儲(chǔ)、維護(hù)和查詢帶來了很多麻煩。因此，這種以人工操作為主的方式對(duì)員工的綜合素質(zhì)要求很高。

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微處理器技術(shù)、抗干擾技術(shù)等新技術(shù)的快速發(fā)展，電力自動(dòng)化技術(shù)有了很大的發(fā)展空間。這些技術(shù)應(yīng)用于配電領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)采集控制與網(wǎng)絡(luò)通信的結(jié)合，誕生了智能開關(guān)柜及相關(guān)產(chǎn)品。

1.2.2國(guó)外發(fā)展趨勢(shì)。

目前，基于現(xiàn)場(chǎng)總線開發(fā)的國(guó)際配電管理系統(tǒng)已成熟開發(fā)和市場(chǎng)化應(yīng)用。隨著以人為本的發(fā)展理念、電氣設(shè)備控制自動(dòng)化和智能化的要求、電網(wǎng)安全和用電質(zhì)量的要求越來越高，企業(yè)需要將資源、計(jì)劃和管理相結(jié)合，使公司的管理水平達(dá)到更高的水平，實(shí)現(xiàn)高透明度，這已成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在高低壓配電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但當(dāng)時(shí)部署的監(jiān)控系統(tǒng)仍存在一些不足。

(1)監(jiān)控單一，遠(yuǎn)程部署無法實(shí)現(xiàn)。

過去，配電站使用的監(jiān)控系統(tǒng)主要為設(shè)備制造商提供，差異很大，監(jiān)控項(xiàng)目單一，主要為電力信息的實(shí)時(shí)顯示狀態(tài)，無綜合監(jiān)控、遠(yuǎn)程報(bào)警和輔助維護(hù)功能。

(2)軟件技術(shù)不統(tǒng)一，可擴(kuò)展性不強(qiáng)。

智能設(shè)備發(fā)展初期，各廠商監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件技術(shù)不統(tǒng)一，協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，規(guī)定按照自己的理解構(gòu)建。使得后續(xù)設(shè)備相互無關(guān)，可擴(kuò)展性不強(qiáng)。

(3)其使用界面和接口單一，數(shù)據(jù)過于專業(yè)。

配電站基本都有專業(yè)的室內(nèi)監(jiān)控操作室，沒有遠(yuǎn)程監(jiān)控操作能力，與現(xiàn)階段智能手機(jī)、精準(zhǔn)主頁管理等技術(shù)不兼容。

1.2.3國(guó)內(nèi)外配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)化運(yùn)維裝置探索。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于配電站綜合在線監(jiān)控的方法很多，已經(jīng)投入到實(shí)際應(yīng)用中。但目前配電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)將各獨(dú)立監(jiān)控系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù)傳輸集成到統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了基本的監(jiān)控功能，但系統(tǒng)內(nèi)部沒有信息交互，設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)單一，容易導(dǎo)致其信息孤島。

1.3探討了基于MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)運(yùn)維裝置的功能。

1.3.1可以提高企業(yè)員工的工作質(zhì)量。

通過MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))傳感器采集技術(shù)、坐標(biāo)定位技術(shù)、設(shè)備建模技術(shù)、地理編碼技術(shù)、路徑導(dǎo)航技術(shù)等應(yīng)用技術(shù)，可以幫助企業(yè)工作人員逐步提高配電站的環(huán)境溫濕度、水浸和氣體濃度等具體信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控配電站的關(guān)鍵指標(biāo)，提高企業(yè)工作人員的工作質(zhì)量和效率。

1.3.2可提供快速故障定位導(dǎo)航，提高相關(guān)設(shè)備的搶修響應(yīng)效率。

配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)和基于MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化運(yùn)維裝置，可通過各種前端感知設(shè)備獲取配電站室內(nèi)環(huán)境、高壓開關(guān)狀態(tài)、低壓電氣參數(shù)、電纜層狀態(tài)、安全等具體信息。如果信息異常或報(bào)警，配電站工作人員可以通過相關(guān)手機(jī)APP或電腦APP直接查看維修信息，并準(zhǔn)確定位導(dǎo)航到信息故障位置。

1.3.3打通報(bào)警、維修、復(fù)電流程環(huán)節(jié)，有效規(guī)范工作步驟。

配電站的環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化運(yùn)維裝置的研究，可以完善傳統(tǒng)的配電站巡線-發(fā)現(xiàn)-通知-維修-復(fù)電的檢查流程模式，完善報(bào)警-維修-復(fù)電的流程模式。同時(shí)，配電站需要安排不同的責(zé)任人員使用相同的APP，順利完成故障報(bào)警通知、維修復(fù)電等流程環(huán)節(jié)，有效規(guī)范工作步驟。

2 基于MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化運(yùn)維裝置的技術(shù)原理。

2.1移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過后臺(tái)數(shù)據(jù)和服務(wù)，提供故障自動(dòng)報(bào)警通知能力，在故障后幾分鐘內(nèi)通過后臺(tái)服務(wù)和前端應(yīng)用，給出故障位置和時(shí)間指示信息，通過APP通知將故障信息發(fā)送到相關(guān)人員手機(jī)，提供分鐘報(bào)警提醒能力，提高故障發(fā)生-故障消除效率。

2.2設(shè)備坐標(biāo)定位及導(dǎo)航。

采用不同的坐標(biāo)定位技術(shù)，根據(jù)外部環(huán)境自動(dòng)選擇合適的坐標(biāo)定位技術(shù)，方便獲取準(zhǔn)確的坐標(biāo)信息。根據(jù)故障報(bào)警和消除的實(shí)際情況，研究將設(shè)備設(shè)置為導(dǎo)航目的地的地理編碼技術(shù)，并自動(dòng)將設(shè)備切換到導(dǎo)航算法可見的目標(biāo)地址。

2.3設(shè)備信息的獲取和維護(hù)。

通過指示器的設(shè)備信息、位置信息和故障信息通過移動(dòng)APP列表和地圖直觀瀏覽，可以維護(hù)和完善設(shè)備信息和位置信息，為故障報(bào)警提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

3 探討基于MEMS結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)化運(yùn)維裝置的內(nèi)容及優(yōu)勢(shì)。

3.1內(nèi)容

3.1.1MEMS結(jié)構(gòu)微型傳感器集成研究。

本研究可生成全站關(guān)鍵部位溫濕度熱圖、氣體濃度拓?fù)鋱D、水浸拓?fù)鋱D等。，實(shí)現(xiàn)差異化環(huán)境控制，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，降低能耗，打造綠色低碳站室。

3.1.2故障報(bào)警及通知研究應(yīng)用。

研究移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)故障報(bào)警通知的應(yīng)用，通過互聯(lián)網(wǎng)獲取故障報(bào)警信息，加密必要的數(shù)據(jù)內(nèi)容，然后通過手機(jī)和電腦APP通知相關(guān)人員，提高配送速度，降低故障概率，快速進(jìn)入下一個(gè)工作環(huán)節(jié)。

3.1.3 定位導(dǎo)航技術(shù)研究

路徑導(dǎo)航應(yīng)用將結(jié)合地理信息、交通狀況、道路橋梁、自身位置信息等數(shù)據(jù)，自動(dòng)定位多條路徑，并根據(jù)實(shí)時(shí)位置及時(shí)規(guī)劃和切換路徑。

3.1.4相關(guān)手機(jī)或電腦APP的研究與應(yīng)用。

配電站故障報(bào)警定位移動(dòng)應(yīng)用程序可以通過對(duì)故障巡邏和消除工作的深入研究，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警、信息通知、快速定位到達(dá)等工作，打開報(bào)警、維護(hù)和恢復(fù)電源的過程環(huán)。
3.2優(yōu)勢(shì)

(1)MEMS自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)無人值班，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低變配電站成本，顯著提高效率。

(2)總線。普通屏蔽雙絞線直接與PC連接，解決了微機(jī)保護(hù)裝置在惡劣環(huán)境下的長(zhǎng)期運(yùn)行問題和常規(guī)控制。

信號(hào)兼容性問題。

(3)由于采用分層結(jié)構(gòu)，主控層和現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備獨(dú)立，不相互影響。主控層(上位機(jī))設(shè)備退出運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)層(下位機(jī))可獨(dú)立運(yùn)行，完全滿足運(yùn)行要求，采用避錯(cuò)、容錯(cuò)、糾錯(cuò)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高可靠性。

（4）由于分布式結(jié)構(gòu)、模塊化系統(tǒng)硬件和功能分布、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制獨(dú)立、各設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行，設(shè)備故障不影響其他設(shè)備的運(yùn)行，維護(hù)方便。

（5）MEMS結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的監(jiān)控軟件具有友好的人機(jī)界面，界面可根據(jù)文本提示隨意切換。全中文顯示，簡(jiǎn)單、直觀、操作方便，即使不熟悉計(jì)算機(jī)操作人員也很容易掌握操作方法。

(6)與傳統(tǒng)繼電保護(hù)相比，MEMS結(jié)構(gòu)綜合保護(hù)裝置具有更高的精度和靈敏度，自動(dòng)化程度高，故障報(bào)告記錄準(zhǔn)確。

(7)硬件模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)CPU由單獨(dú)開關(guān)電源供電，故障報(bào)告記錄準(zhǔn)確，可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)單。

（8）電站電氣二次接線設(shè)計(jì)工作量小，控制連接電纜少，微機(jī)設(shè)備占用空間小；施工安裝工作量小，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試也很簡(jiǎn)單。

4 探討基于MEMS結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化運(yùn)維裝置的發(fā)展前景。

4.1運(yùn)維裝置的應(yīng)用。

探索基于MEMS結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化運(yùn)行維護(hù)裝置，需要建立電力物聯(lián)網(wǎng)配電站環(huán)境狀態(tài)感知系統(tǒng)。該運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)可以幫助用戶收集地理信息、電氣和環(huán)境信息、維修信息的推送和查看，并逐漸成為當(dāng)前關(guān)鍵推廣的應(yīng)用之一。

4.2利用運(yùn)維裝置的效益。

基于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)運(yùn)行維護(hù)裝置，可準(zhǔn)確完成配電站環(huán)境量和電氣信息收集、坐標(biāo)信息收集、移動(dòng)終端設(shè)備建模等功能，完善配電站環(huán)境、地址等信息。通過移動(dòng)應(yīng)用程序或計(jì)算機(jī)軟件的建設(shè)，為故障和異常處理提供數(shù)據(jù)支持，有效解決配電站管理系統(tǒng)中存在的問題，實(shí)現(xiàn)高效、及時(shí)、可靠的運(yùn)行模式。通過各種先進(jìn)的設(shè)備獲取室內(nèi)環(huán)境、高壓開關(guān)狀態(tài)、低壓電氣參數(shù)、電纜層狀態(tài)和安全信息，通過邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、應(yīng)用和轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)配電站關(guān)鍵指標(biāo)的實(shí)時(shí)不間斷監(jiān)控，改變過去依檢查維護(hù)的傳統(tǒng)做法，減少配電站維護(hù)人員，提高工作效率。

5.介紹和選擇安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

5.1簡(jiǎn)介

安科瑞電氣有限公司根據(jù)配電室的實(shí)際情況，結(jié)合多年的變電站和配電室運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，獨(dú)立開發(fā)了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能開關(guān)柜運(yùn)行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、電流電壓、母線溫度監(jiān)測(cè)、電纜溫度監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)、安全監(jiān)測(cè)、采暖通風(fēng)、門禁、照明、風(fēng)扇、除濕機(jī)、空調(diào)控制等功能。實(shí)現(xiàn)電力環(huán)境數(shù)據(jù)檢測(cè)和設(shè)備控制，實(shí)現(xiàn)電力環(huán)境優(yōu)化，避免配電設(shè)備運(yùn)行故障，保證維護(hù)人員，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低配電室廣泛管理，實(shí)現(xiàn)配電電力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。

5.2系統(tǒng)功能。

5.2.1通信管理。

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)整個(gè)配電室內(nèi)的通信設(shè)備進(jìn)行管理、添加、刪除、控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)5.2.2。

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好，可顯示配電室設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體、電參等配電室環(huán)境參數(shù)信息。實(shí)時(shí)顯示故障、報(bào)警等信息。

5.2.3數(shù)據(jù)查詢。

配電室各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)可在人機(jī)界面中直接查看。

5.2.4曲線查詢。

在曲線查詢界面，可直接查看遠(yuǎn)程參數(shù)曲線，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等。

5.2.5操作報(bào)表。

查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)表，包括日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)、查詢報(bào)等。

5.2.6實(shí)時(shí)報(bào)警。

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，可報(bào)警配電室溫度、濕度、有害氣體、設(shè)備故障或通信故障。報(bào)警如右圖所示：

5.2.7歷史事件查詢。

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以存儲(chǔ)和管理所有事件記錄，方便用戶追溯系統(tǒng)事件和歷史，查詢統(tǒng)計(jì)和事故分析。

5.2.8用戶權(quán)限管理。

為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。未經(jīng)授權(quán)的操作(如遙控操作、數(shù)據(jù)庫修改等。)可以通過用戶權(quán)限管理來防止。可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼和操作權(quán)限，為系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)和管理提供可靠的保證。

5.2.9網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

該系統(tǒng)支持對(duì)安科瑞智能配電室中各個(gè)設(shè)備的通訊狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能完整地顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。可以在線診斷設(shè)備的通訊狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)，能夠自動(dòng)顯示出故障設(shè)備或部件及其故障位置。

5.2.10遙控操作。

在配電網(wǎng)的整個(gè)配電網(wǎng)范圍內(nèi)，安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。

5.3Acrel-2000E/B/B配電室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)推薦配置選擇。

6 結(jié)束語

總的來說基于 MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)化運(yùn)維裝置后，既可以提高其工作人員的工作效率，及時(shí)排查故障，又可以降低運(yùn)行成本，一舉兩得。

作者簡(jiǎn)介：

張星，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。

審核編輯：符乾江