常平某地区开关房智能化系统设计【字数：】
摘要：
目前，我国的经济高速发展，人们的日常生活以及各个行业的生产活动对电的需求量大幅度增加。这无疑促使国家电力部门和电力企业亟需加快推动智能电网的发展，以此来保证电力电网能高效合理的运转。随着配电房数量日益增多，传统的电房内部设备比较陈旧，电房运行环境恶劣，在人工巡检存在弊端、设备状态无法准确监控的情况下，旧有的电房进行智能化升级显得尤为重要，本次设计采用标椎配置的方式对电房进行改造，在电房内部更换原有的半绝缘环网柜，使用封密性更好的全绝缘环网柜，以及在电房内加装各类传感设备，达到监控电房环境的目的，在符合规范下对电房进行智能改造，实现对电房内各项参数的实时监控与实时分析，进而减少人工巡检、提高供电可靠性。
关键词：智能电网，配电房，智能改造
第1章 绪 论
1.1研究背景和意义
1.1.1常平某地区开关房智能化系统设计的背景及意义
随着我国的电力电网技术的高速发展，配电房正向着智能化的目标发展，而配电房作为我国电力电网的终端，配电房的良好运行环境对我们用电用户是有比较大的影响，所以打造智能化的配电房发展推进显得很有必要。现在智能配电房的大部分作用是保证电力电网的供电可靠性，提高输电的供电效率，同时也完善供电的合理性要求。
配电房和用户的关系好比供电系统与配电房的关系，其三者的关系都是相互连接的，互相影响的。可是中国各地区近年来的发展需求加大，用电量激增，导致配电房发生许多事故，这给企业的生产、人民的生活与工作用电带来了一定影响。因此配电房智能化升级改造的实现可以让运维智能化，保证用电安全可靠，这是对企业，人们生活非常很有必要的措施。
传统的运维技术很难满足现代发展需求，用人工方式巡检方式有很多的不足之处，例如巡检计划安排、巡检派班的制度实施难度大。再者运行设备数据的摘抄与记录、归档总结的工作量很大，其次人工填写表格、记录巡检数据,可能会记录出错误的数据或者漏记数据和参数，当然人力付出大，人工运维的成本就高，但是其安全性和可靠性差，这样容易导致运行设备出现问题不能及时发现，导致意外风险的发生概率加大；还有一些人非法闯入配电房进行盗窃、电房内温度过高、湿度过重、内部漏水渗水等问题的发生也不能及时知道，这样就容易造成财产的损失，面对这些问题，需要做出必要的措施，就是电房智能化改造来解决它。
在智能电网建设过程中，配电房建设这个环节是最重要的一部分，供电系统运行管理工作是否正常顺利与智能配电房的稳定密切相关。在日常生活中，每年夏季高温时候，在供电负荷较大的地区，配电房里的设备都会因为超负荷而导致跳闸、从而容易造成损坏，另外由于夏季电房里温度的升高，严重影响了配电房正常使用和运转，程度轻的话会造成运行设备损坏或者盗窃丢失，会影响用电用户的正常用电要求；严重的引发安全事故，造成惨重的损失。为了避免以上情况的发生，智能一体化终端系统的配电房可以说是不二选择。”云、大、物、移、智”等技术的高度融合，让它可以达到完善电力电网系统稳定的目的。
配电房的智能化设计是把各种传感器，采集与通信类设备分布在电房的内部各个区域，如果要实现“无人值守、少人值班”的良好效果，配电房房的各类设备要做到采集各种电房信号、配网设备的工作参数以及配电房内部运行的环境情况传输到运维的监控平台处，对各地区的电房有一个准确的了解，然后可以对产生的问题作出正确的处理。
当发生配网设备出现问题以及现场环境有异常时，比如：电缆电线的温度过高、运行设备发生短路、电房内部渗水、盗贼闯入电房等，电房里的各类装置会马上做出反应和处理，同时给上级的远方监控管理中心报告电房内部运行信息以及报警信息。
不需要到现场运维人员就可以了解电房的运行情况，直接对现场环境进行视觉、听觉上的知悉，将快要发生的事故消灭在最初状态。所以设计出智能配电房或对原有配电房进行智能化改造是本设计的最终目的，充分考虑到成本，通过配电房智能改造，以及安装部署各类采集终端，实现电房环境监测、设备运行状态、安防等信息全状态感知与远程自动巡视，降低传统作业的困难，加快工作时间和提升效率，可以了解各类设备的运行情况、延长它的使用寿命，为电力部门节约电房维护和巡查的费用。
1.1.2 本课题的研究意义
本次常平开关房智能化系统设计的意义在于对旧有电房进行智能化升级改造，解决因传统的电房内部设备较陈旧，电房运行环境恶劣，在人工巡检存在弊端、设备状态无法准确监控的情况下所存在的问题。以此来延长电房设备的使用寿命，提高电房的内部运行环境，减少各项费用的支出，以此提高电网的供电合理性与可靠性，深化智能电网的作用。
1.2 文献综述
1.2.1 国内研究
目前，我国在智能电房正在发展和推广阶段，在2014年深圳市南山区供电局打造了14个智能化改造的公用配电房，这是深圳首批智能配电房示范工程，此批次的智能配电房的打造包括所有类型的公用电房，
2017年的时候，广州供电局实现了配电房24小时不间断动态监测智能化升级改造。决定建设智能配电房的新模式，以此逐渐摒弃传统的人工巡检的旧模式，打算在广州黄埔区的某个配电房作为示范点，同时明确了改造达到的效果：去除运维人员实地巡检配电房制度，用智能化改造开关房的手段，实现对配电房里的各种关键的参数进行及时的监测与记录，以此建立一个良好的电房管理平台制度。同时要做到‘不需要人工巡维、不影响设备检修、不需要停电安装’的原则，构建统一的和标准的运行新模式。
使用视觉巡航快球、分布式传感器、红外测温等监控设备，可以得到环境参数和电气参数，广州黄埔区的供电局做到对电房内配网设备工作情况和运行环境等参数的监控数据分析和问题报警，以此达到其建设智能运维的服务目标。黄埔区的智能配电房可以实现电房端与平台端的双向交流，使用移动端APP与平板电脑，智能系统通过智能云计算移动终端向机房运行管理人员实时推送智能房内的各种工作状态的提示信息，只需在电脑或者其他移动终端设备上登录就可以轻松随时随地查看情况，
在2019年浙江的电力部门建成我国第一个全感知10kv智能配电房，该配电房拥有智能门禁、还有智能监控、气体类传感器等等高端的智能化装置。和传统配电房比较，全感知的智能配电房如同有了智能机器管家。里面安装的各种感知设备就可以说是人的耳眼鼻等器官，它们可以感受配电房的环境和配网设备运行情况；安装的各种装置和运用的各项技术如同是神经网络，将采集到的信息告诉主控官大脑；管理的平台就是机器管家的主控脑袋，对问题进行判断分析和做出及时地处理反应。
1.2.2 国外研究
2006年,IBM公司的“智能电网”的措施。使用各种的仪器仪表设备，让各个电力部门可以自动检测电网情况,及时发现问题，做到防止断电、及时恢复供电和提高供电效率的目的,这样给人们对电网设备的控制和管理可以延伸到各个联网设备。
在2009年,美国的《经济复苏计划》里提到建设智能电网，政府部门也公布了首批智能电网的行业规程规范。总统奧巴马将智能电网作为节能减排，爱护环境和减少二氧化碳排放的重要措施。
在美国提出的建设新的智能电网的举措后,依据自身情况的日本政府也计划太阳能作为新能源用于电力发展,进而构建以太阳能发电为主的智能电网。日本政府因此进行多次有规模的构建智能电网的试验,虽然美国和日本已有构建智能电网的计划，但是他们关于智能电房及配电房进行智能化升级改造还处于未开发或者逐步开发的状态，并未有完善的部署计划。
1.3课题研究方法和内容
1.3.1 研究方法
研究的基本思路方法：
1.勘察残旧电房的现场实际环境，对原有设备的位置、型号、铭牌参数进行记录并拍照留存
2.对残旧电房的实际情况进行分析，写出对应的解决方案，确定智能化电房系统方案配置
3.了解电房相关高端型智能化设备工作原理并能够灵活运用
4.确认方案后，对旧设备进行更换，对新装高端型智能化设备进行选型和位置确认
5.对电房的智能化配网设计进行CAD图纸的绘制
1.3.2 研究内容
研究的基本内容：
本次设计主要是将常平某地区的残旧电房进行智能化升级改造。在完成改造后达到减少人工巡查检修次数和设备可以正常运行，提高电房供电可靠性和稳定性的目的。
此次设计首先将了解常平某地区残旧电房的装置，做好资料统计，登记可延用的装备进行更新，对于不可延用的装置配置进行标准化的回收处理。再根据现场条件新增各类设备模块，如配电房内安装设备状态监测单元功能模块、视频监控功能模块、环境监控单元功能模块、智能巡检模块功能模块实现实时查询、分析和预警。在配电房内安装的DTU通过光纤通信或无线通信方式反馈于智能配电房主站，通过三遥高压柜与三遥DTU无线终端设备实现遥信、遥测、遥控的三遥功能。最后对墙面重新进行处理粉刷，地面进行防腐防水的措施。
拟解决的主要问题：
1.了解各种高端型设备模块的工作原理与应用；
2.对电房内旧设备进行登记，筛选出老旧设备进行更换与选型，以及加装新的高端型设备；
3.实现视频监控、环境监控、设备状态检测和安防监控单元这几个方面的各个功能与作用。
第2章 开关房智能化系统设计的总体方案
本次开关房智能化系统设计的论文撰写是根据电力发展的需求，结合现如今的社会背景和自身实习的实际工作环境，在符合毕业设计的范畴与要求下，对东莞常平某地区的电房进行升级改造的设计。其中，常平地区的电房类型包含开关房、I型配电房、II型配电房、III型配电房、IV型配电房等标准电房。标准图纸中按高端配置进行设计，基础和标准配置图中配置清单进行删减，其中顶级配置机器人方案不在标准图纸设计范围。针对东莞常平地区内不同类型的配电房，按电房的重要程度进行智能配电房系统的方案配置。
2.1开关房智能化系统设计的思路
图2-1 设计思路框架图
通过设计
思路的框架图2-1可知，首先要确定常平某地区的电房类型为单层的开关房。对开关房进行智能化改造前的第一步是对现场环境进行考察和勘测，记录必要的电房数据，例如电房尺寸大小，各类高低压柜的放置顺序、铭牌参数、柜前柜后的距离等必要数据，还有变压器的型号规格、大小。接着根据开关房的实际情况，以此选择合适的方案配置，对于需要更换的旧设备，例如，变压器是否需要换成更大容量的规格，高低压环网柜的型号，电缆大小线径以及自动化终端的型号都需要进行方案配置。接着确定开关房智能化设计的系统配置等级，有了配置等级后，根据确定的方案对电房智能化改造进行CAD图纸的绘制，绘制完成后得到施工图纸，待审批通过后交付施工方对电房施工，待竣工后进行验收。
2.2开关房智能化系统设计的原则
主要设计原则
根据实际场所位置或空间区域对改造类配电房增设传感器和各类设备，增设设施以不造成设备停运、不影响供电安全运行为原则；
改造类配电房，应满足不停电安装原则；
关于配置的各类设备元器件，它们的安装要符合相关的规程规范，保证设备的运行安全；
南方电网公司配网类设备反事故措施要求（更新到10条）；
方案全部采用典型设计标准模块；
新建部分采用物资品类优化库物资；
工程条件允许的条件下100%应用标准件。
2.3开关房智能化系统方案配置类型
针对不同类型的配电房，按配电房重要程度进行智能配电房系统方案配置，可分为基础配置、标准配置、高端配置方案。此次常平某地区开关房结合现场实际情况和经济投入考虑，选用标准配置进行智能化升级改造。
2.4常平某地区开关房智能化改造前的实际情况及改造方案
在进行本设计前，首先进行了勘察本次所需改造电房现场实际情况，本次所涉及改造电房位于东莞市常平某地区，本开关房为已建开关房，开关房内墙体较为完整，房内配备环境控制箱、工具箱等。该配电房属于二级负荷供电的配电房，根据实际情况将进行智能配电房系统方案的标准配置。
以下为电房改造前的情况：
图2-4-1 改造前电房门 图2-4-2 改造前电房内部
从图2-4-1与图2-4-2可知本次改造的开关房，其电房门为1.2米宽的普通不锈钢防火门配备电子锁，无通风口。改造前开关房内G09-G14柜牌子为梅兰日兰SM6，投运日期为2008-10-11，净值率为20.35%；G20-G30柜牌子为西门子，投运日期为2008-10-11，G20-G30的净值率为18.27%，因该房环网柜中进出线柜为半绝缘柜环网柜且无三遥功能，但其净值率为22%，未达到报废标准，所以可以考虑新拼柜达到进出线三遥效果。
改造内容如下：
1）拆除原有G20柜与G21柜间的电缆，新敷ZRYJV22-8.7/15kv-3*300mm2/12m电缆由本房G02柜至G21柜,新敷ZRYJV22-8.7/15kv-3*300mm2/8m电缆由本房G03柜至G20柜,新敷ZRYJV22-8.7/15kv-3*300mm2/8m电缆由本房G04柜至G15柜；
2）新装自动化功能装置于开关房内（规格：DTU,具备三遥功能，主控，6回路，壁挂式）2套，DTU在附近低压柜中取电；
3）开关房内，新装二层交换机1台，该电房所在区域为无线信号所覆盖范围；
4）安装一体化监控主机（STU），配套使用安防、监控、检测等设备模块；
5）新安装全绝缘的环网柜于开关房内（规格：单间隔 K柜）9面；
6）G09-G14柜更换新的编号，G01-G02柜接入DTU1、G03-G08柜接入DTU2，实现自动化改造；
7）开关房的内墙喷涂氟碳树脂系涂料，封底漆一道，白色内墙乳胶涂料二道，接着9厚1:0.5:3水泥砂浆打底磨平扫光，然后5厚1:0.5:2.5水泥石膏砂浆面找平；
8）进行通信层和终端层的设计；
9）开关房内，分别配置安健环1套。
第3章 电房智能改造设备选型
3.1高压开关柜的选择
目前，常平供电局较常使用的10kv环网柜一般是半绝缘环网柜和全绝缘环网柜，通常我们将其分为两大类。全绝缘型的特点：此环网柜的箱体是密封的，以SF6、N2或其复合气体包裹其母排、三工位开关、接地刀闸开关等高压带电体，只留出电缆头与10kv电缆线路相连接。
全绝缘环网柜的产品一般有施耐德电气公司的SM6型号的环网柜、珠海欧玛嘉宝公司的GAE型号的环网柜等供电局常用类型。我们可以知道因为带电体是严实封装的，所以环境的氧化腐蚀作用很难对插拔式电缆头外那层固体绝缘物有作用，可以说是几乎隔绝于外界环境，因此10kv全绝缘型环网柜的优点是箱体体积小，有很好的耐腐蚀性，但是价格要贵很多。
半绝缘型特点：这类的环网柜只有开关是被SF6气体包住密封的，柜体其余部分如地刀、母线、电缆头是放置于空气中的，所以容易受空气的氧化作用而腐蚀，。
半绝缘环网柜的产品有宁波天安公司的HXG型号的环网柜、北京ABB公司的Uniswich环网柜等等。半绝缘型环网柜相对全绝缘型环网柜前者价格更实惠，但是容易受潮气的影响引发放电现象而产生炸裂。
通过分析可知，全绝缘环网柜相比于半绝缘环网柜，具有的优点是：
柜体尺寸较小，占用电房空间小；全绝缘环网柜是有SF6、N2或复合气体这些惰性气体为绝缘介质,所以其绝缘性强；全绝缘环网柜的电气间隙小于半绝缘环网柜；由于全绝缘环网柜内置充气隔室，气体压力稳定，可用于高海拔的地方，受海拔影响小；全绝缘环网柜由于有充气隔室，可适用于污秽的地方；这次改造的开关房原有环网柜为半绝缘柜，无三遥功能，因为其未达到报废净值率，所以设备不更换，选择在原有基础上新拼全绝缘环网柜，综合分析考虑，新拼全绝缘环网柜后，开关房内部的高压室实现了三遥功能，高压柜之间的运行更加合理化，更能体现全绝缘环网柜的优势。对开关房智能化升级改造也有良好的高压设备基础，所以现在做出如下的改造方案：
1、新装9面全绝缘型号的环网柜于开关房内（单间隔 K柜）；
2、新装配电自动化装置于开关房内（规格：DTU,三遥，主控，6回路，壁挂式）2套；
3、G09-G14柜更换新的编号，G01-G02柜接入DTU1、G03-G08柜接入DTU2，实现自动化改造；
4、DTU在附近低压柜中取电；
5、拆除原有G20柜与G21柜间的电缆，新敷ZRYJV22-8.7/15kv-3*300mm2/12m电缆由本房G02柜至G21柜,新敷ZRYJV22-8.7/15kv-3*300mm2/8m电缆由本房G03柜至G20柜,新敷ZRYJV22-8.7/15kv-3*300mm2/8m电缆由本房G04柜至G15柜；
3.2标准配置的方案
3.2.1系统配置
此次常平某地区开关房结合现场实际情况和经济投入考虑，选用标准配置进行智能化升级改造。我们根据智能配电房监控系统主要有应用层、平台层、通信层、终端层这四层构成，对本次设计的内容只包含通信层和终端层，主站系统的设计应用层、平台层不在此次设计范围里。
对于智能配电房通信层与终端层，通信层采用无线通信或者光纤通信方式，对数据进行各项管控，通过交换机进行数据的集中、统一管理，实现数据的存储和更新，对采集到的数据进行分析判断，为系统的正常工作提供帮助。终端层包含了设备传感器、环境采集器、各种控制设备和监控终端单元（STU）等配置。
终端层功能：做到站房内环境温湿度、SF6、臭氧、氧气等气体量、烟雾和火灾、水浸、噪声、防小动物等环境信息，还有房内的变压器、高压柜、低压柜等设备信息分析和采集，让其和电力环境调控机(或者循环风机)、灯光、视频、门禁及防误操作锁等执行设备进行联动工作，实现配电房的智能化运维的良好效果。
我们可以将终端层的各种配网设备按照其功能可分为四个单元：视频监控、环境监控、设备状态检测和安防监控单元。
环境监控单元：电房内部加装环境温湿度传感器、SF6气体浓度传感器、臭氧浓度传感器、含氧量传感器、烟雾传感器、火灾传感器等设备，以及粉尘、水浸、噪声、防小动物等在线监控装置。
视频监控单元：用来拍摄电房内部的情况、人员进出情况和设备上指针表指示、各类信号灯和开关的变位信号，通过视频可以知悉房内运行环境和设备参数、报警信息状态。
安防监控单元：利用电房门禁、加装红外入侵探测器、防误操作系统，并结合视频监控，实现对电房内设备、人员的安全状况进行实时监控。
设备状态监测单元：安装在配网设备处，针对变压器、中压柜、低压柜的温度和局放监测。
3.2.2通信层的设计
经过各种信号的检测，得到常平某地区的开关房附近的无线信号：联通4G信号的强度是-99dBm，移动4G信号是-80dBm；联通3G信号是-82dBm，电信4G信号是70dBm。综合检测到的各运营商的信号强弱，得知此开关房附近的信号质量比较理想，对信息的传输速度和处理时间有一定的保证，避免了因网络信号弱而出现信息传输的延误，导致问题突发而不能解决的现象发生。总上所述，所以通信层使用无线通信方式，新增开关房交换机或CPE设备。如图3-1所示，采用的是无线通讯方式使各个设备之间相互联系
图3-1 开关房设备通讯方式图
3.2.3终端层的设计
本设计加装温湿度传感器，通过铜芯低压导线ZR-RVSP-4×1mm2（DC12V）电缆连接STU，实现温湿度的现场监控，若出现温湿度异常时会产生报警并随即开启电力环境调控机等执行设备工作和处理问题，还加装臭氧传感器、氧气传感器和六氟化硫传感器等感应设备，当开关房内各类气体含量不同于正常数值时，各类设备会报警并让风机等设备开启工作，让开关房内与室外进行气体交换。以此保护检修人员进入电房时呼吸安全，还有就是保护房内设备正常的运行。当夏季高温炎热时对火灾的发生也要防患于未然，因此安装烟雾传感器于开关房房内，监测出烟雾时马上做出反应处理，让风机工作。根据历年的气象
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