淺談基于 MEMS 結構的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動化運維裝置的研究

時間：2024-11-15

張巧玉

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：本文研究的配電站智能化方案設計是按照“以人為本”、功能實用、技術**、運行可靠、經(jīng)濟合理、可擴展等各方面綜合考慮的，且充分滿足配電站綜合技防的功能要求，并將電力物聯(lián)網(wǎng)建設總體規(guī)劃作為目標，本著科學規(guī)劃、安全可靠、資源共享的原則，將基于 MEMS（微機電系統(tǒng)）結構的配電站項目建設成國內(nèi)現(xiàn)代化、信息化、數(shù)字化的配電站。

關鍵詞：MEMS（微機電系統(tǒng)）結構；配電站項目探究；環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測

1 探究基于 MEMS（微機電系統(tǒng)）結構的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動化運維裝置的意義

1.1 MEMS（微機電系統(tǒng)）的定義

MEMS——微電子機械系統(tǒng)、微系統(tǒng)、微機械等，是一種尺寸僅為幾毫米甚至較小的高科技裝置。同時，MEMS 內(nèi)部結構的大小一般是幾微米甚至僅為幾納米量，且是一個獨立的智能系統(tǒng)。

1.2 配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動化運維裝置的國內(nèi)外發(fā)展趨勢

1.2.1 國內(nèi)發(fā)展趨勢

隨著社會和時代的不斷發(fā)展，現(xiàn)代通信技術和監(jiān)測終端技術的發(fā)展，配電站監(jiān)測系統(tǒng)也向著多功能、智能化、模塊化的方式發(fā)展，其監(jiān)測方式也由于現(xiàn)代的輸配電監(jiān)測設備，轉變?yōu)橥ㄟ^監(jiān)測設備來實現(xiàn)對電力系統(tǒng)運行安全和電能質(zhì)量監(jiān)控的研究。依據(jù)配電站監(jiān)測量的多樣性，其監(jiān)測量劃分為與電相關以及非電相關監(jiān)測兩部分：電相關監(jiān)測測量包含屏蔽層電位、接地電流大小、體電阻電容、護套的絕緣電阻、局部放電量等方面；非電監(jiān)測測量包括濕度、氣體、水浸情況等特征量。

電控制主要是通過斷路器、接觸器、熱維電器、控制繼電器、各種主令電器等組合成的開關控制柜實現(xiàn)配電、控制和保護功能，通過互感器和各種電工儀表來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視功能的。而這種傳統(tǒng)的開關柜與儀表配有多種指針刻度儀表及繼電器產(chǎn)生模擬效據(jù)，這會給很多關于管理、儲存、維修和查詢等方面的麻煩，所以這種以人工操作為主的方式，對員工綜合素質(zhì)的要求較高。

隨著計算機網(wǎng)絡技術、微處理器技術、抗干擾技術等新技術的快速發(fā)展，使得電力自動化技術得到了很大的發(fā)展空間。這些技術被應用于配電領域，實現(xiàn)了傳統(tǒng)的采集控制與網(wǎng)絡通信相結合，從而誕生了智能型開關柜及相關產(chǎn)品。

1.2.2 國外發(fā)展趨勢

目前，**上基于現(xiàn)場總線開發(fā)的配電管理系統(tǒng)己獲得成熟開發(fā)與市場化應用。隨著“以人為本”的發(fā)展理念將和對電氣設備控制自動化和智能化程度的要求和對電網(wǎng)安全性和用電質(zhì)量的要求越來越高，就需要企業(yè)將資源、計劃、管理觸合在一起，促使公司的管理水平達到較高層次、實現(xiàn)高透明度，而這也成為一種必然的發(fā)展趨勢。高低壓配電領域內(nèi)現(xiàn)場總線技術己被廣泛應用，但當時部署的監(jiān)控系統(tǒng)上還是有些許不足。

(1) 監(jiān)控單一，不能實現(xiàn)遠程部署

以往配電站使用的監(jiān)控系統(tǒng)多為設備廠商配套提供，差別很大，而且監(jiān)控項單一，多為電力信息的實時顯示狀態(tài)，不具備綜合監(jiān)控、遠程報警和輔助維護功能。

(2) 軟件技術不統(tǒng)一，擴展性不強

智能設備的發(fā)展初期，各廠家監(jiān)控系統(tǒng)基礎軟件技術不統(tǒng)一，協(xié)議和標準不統(tǒng)一，規(guī)約按照自身理解構建。使得后續(xù)設備互相無關聯(lián)，并且擴展性不強。

(3) 其使用界面和接口單一，數(shù)據(jù)專業(yè)性太強

配電站基本上都有專業(yè)的室內(nèi)監(jiān)管操作室，且尚未具備遠程監(jiān)控操作能力，與現(xiàn)階段智能手機、準確化主頁管理等技術不兼容。

1.2.3 國內(nèi)外配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動化運維裝置的探究問題

國內(nèi)外有很多關于配電站綜合在線監(jiān)測方法，并早已將其投入到了實際應用中。但當前配電站綜合監(jiān)測系統(tǒng)都是將各個獨立的監(jiān)測系統(tǒng)采集的實時狀態(tài)參量傳輸集成在統(tǒng)一的監(jiān)控平臺上，這些監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了基本監(jiān)測功能，但系統(tǒng)內(nèi)部之間沒有進行信息交互，對設備狀態(tài)評價指標單一，很*導致其信息孤島。

1.3 探究基于 MEMS（微機電系統(tǒng)）結構的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動化運維裝置的作用

1.3.1 可以提高該企業(yè)工作人員的工作質(zhì)量

通過 MEMS（微機電系統(tǒng)）傳感器采集技術、坐標定位技術、設備建模技術、地理編碼技術、路徑導航技術等應用技術，可以幫助該企業(yè)工作人員逐步完善此配電站的環(huán)境溫濕度、水浸情況和氣體濃度等具體信息，并可以實時對該配電站關鍵指標進行不間斷的監(jiān)測，這樣就可以提高該企業(yè)工作人員的工作質(zhì)量與工作效率。

1.3.2 可以提供快速故障定位導航，提高相關設備的搶修響應效率

基于 MEMS（微機電系統(tǒng)）結構的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動化運維裝置，可以通過各種**感知設備，從而獲取配電站室內(nèi)環(huán)境，高壓開關狀態(tài)、低壓電氣參數(shù)、電纜層狀態(tài)以及安防等具體信息，如果信息異?；蛘邎缶臅r候，配電站的工作人員可通過相關手機 APP 或電腦 APP 直接查看報修信息，并準確定位導航到信息故障位置，這就可以保證配電站的工作人員可以隨時隨地可接收到報修信息，并快速到達故障點，提高搶修響應的效率，大大縮短搶修其時間。

1.3.3 打通告警、維修、復電的流程環(huán)節(jié)，有效規(guī)范工作步驟

配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動化運維裝置的研究，可以將配電站傳統(tǒng)的“巡線 - 發(fā)現(xiàn) - 通知 - 維修 - 復電”的檢查流程模式，完善成“告警 - 維修 - 復電”的流程模式，同時，配電站需要安排不同的責任人員采用同一個 APP，流暢地完成故障告警通知、維修復電等流程環(huán)節(jié)，有效規(guī)范該項工作的步驟。

2 基于 MEMS（微機電系統(tǒng)）結構的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動化運維裝置的技術原理

2.1 移動互聯(lián)服務

采用移動互聯(lián)技術，通過后臺數(shù)據(jù)及服務，提供故障自動告警通知的能力，在故障發(fā)生后的幾分鐘內(nèi)即可通過后臺服務和**應用，給出故障位置和故障時間的指示信息，通過 APP通知的方式將故障信息發(fā)送到相關人員手機上，提供分鐘級告警提醒的能力，整體提高故障發(fā)生 - 故障消除的效率。

2.2 設備坐標定位及導航

采用不同坐標定位技術，根據(jù)外部環(huán)境自動選取適合的坐標定位技術，便于獲取準確坐標信息。根據(jù)故障告警及消除的工作實際情況，研究將設備設置為導航目的地的地理編碼技術，自動將設備切換成導航算法可見的目標地址。

2.3 設備信息獲取維護

采用設備關聯(lián)綁定的方式，將故障指示器的設備信息、位置信息、故障信息均通過移動 APP 的列表、地圖等進行直觀瀏覽查看，并可對設備信息、位置信息進行維護完善為故障告警提供基礎數(shù)據(jù)支持。

3 探究基于 MEMS 結構的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動化運維裝置的內(nèi)容及優(yōu)勢

3.1 內(nèi)容

3.1.1 MEMS 結構微型傳感器集成研究

該項研究可供站端邊緣計算平臺或主站生成出全站關鍵部位溫濕度熱力圖、氣體濃度拓撲圖和水浸狀況拓撲圖等，實現(xiàn)差異化環(huán)境控制，延長設備壽命，降低能耗，打造綠色低碳站室。

3.1.2 故障告警及通知研究應用

研究移動互聯(lián)網(wǎng)故障告警通知方面的應用，通過互聯(lián)網(wǎng)獲取故障告警信息，并對必要的數(shù)據(jù)內(nèi)容進行加密處理，再通過手機跟電腦 APP 通知相關人員，由此提高派件速度，減少故障發(fā)生幾率，快速進入下一工作環(huán)節(jié)。

3.1.3 定位導航技術研究

路徑導航應用會結合地理信息、交通路況、道路橋梁，自身位置信息等數(shù)據(jù)，自動定位多條路徑，并能夠根據(jù)實時位置進行路徑規(guī)劃及路徑的及時切換。

3.1.4 相關手機或電腦 APP 的研究與應用

配電站故障告警定位移動應用 APP 可以通過對故障巡線和消除工作深入研究，實現(xiàn)故障告警、信息通知、快速定位到達等工作，打通了告警、維修、復電的流程環(huán)節(jié)，流暢快捷地完成故障告警通知、維修復電的流程環(huán)節(jié)，并通過 APP 促進該項工作的規(guī)范化作業(yè)，實現(xiàn)規(guī)范化管理。

3.2 優(yōu)勢

（1）MEMS 自動化程度高，可以實現(xiàn)無人值班，大大地降低勞動強度，使變配電站成本降低，效益顯著提高。

（2）總線式。普通屏蔽雙絞線直接同 PC 連接，解決了微機保護裝置在惡劣環(huán)境下長期運行問題和常規(guī)控制、測量與

信號兼容性問題。

（3）由于采用分層式結構，主控層和現(xiàn)場層設備各自獨立，互不影響。主控層 (上位機 )設備退出運行時，現(xiàn)場層 (下位機 ) 能獨立運行且完全滿足運行要求，并采用了避錯、容錯和糾錯等技術，實現(xiàn)了較高的可靠性。

（4）由于采用分布式結構，模塊化系統(tǒng)硬件及功能分布，現(xiàn)場設備的控制獨立，各設備獨立運行，某一裝置故障不影響其他裝置運行，檢修維護方便。

（5）MEMS 結構系統(tǒng)的監(jiān)控軟件具有友好的人機界面，界面可根據(jù)文字提示隨意切換。全中文顯示，簡捷、直觀且操作方便，即使不熟悉計算機的運行人員也*掌握操作方法。

（6）MEMS 結構綜合保護裝置，與常規(guī)繼電保護相比具有較高的準確度和靈敏度，自動化程度高，故障報告記錄準確。

（7）硬件模塊化設計，每個 CPU 由單獨開關電源供電，故障報告記錄準確，可靠性較高，檢修維護較簡便。

（8）電站的電氣二次接線設計工作量小，控制連接電纜少，微機設備裝置占用空間小；施工安裝工作量較少，現(xiàn)場調(diào)試也非常簡單。

4 探究基于 MEMS 結構的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動化運維裝置的發(fā)展前景

4.1 運維裝置的應用情況

探究基于 MEMS 結構的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動化運維裝置，需要建設電力物聯(lián)網(wǎng)配電站環(huán)境狀態(tài)感知系統(tǒng)。該運維系統(tǒng)可以幫助用戶地理信息采集、電氣及環(huán)境信息采集、報修信息的推送與查看等等，并逐步成為當前重點推廣的應用之一。

4.2 運用運維裝置的效益

基于 MEMS（微機電系統(tǒng)）結構的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動化運維裝置，就可以準確地完成配電站環(huán)境量及電氣量信息采集、坐標信息采集、移動端設備建模等功能，同時完善的配電站環(huán)境、地址等信息。并通過手機 APP 或電腦軟件的建設，為故障和異常處理提供數(shù)據(jù)支撐，有效解決配電站管理系統(tǒng)中存在的問題 , 實現(xiàn)高效、及時和可靠的運行模式。通過各種**的設備獲取站室內(nèi)環(huán)境，高壓開關狀態(tài)、低壓電氣參數(shù)、電纜層狀態(tài)以及安防等信息，并通過邊緣計算網(wǎng)關進行數(shù)據(jù)存儲、應用和轉發(fā)，實現(xiàn)對配電站關鍵指標進行實時不間斷監(jiān)測，從而改變過去依靠人工巡視運維的傳統(tǒng)做法，減少配電站運維人員，提高工作效率。

5 安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型

5.1簡介

安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)配電室實際情況，結合多年的變電站和配電室的運行管理經(jīng)驗，*了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能開關柜運行監(jiān)控、高壓開關柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監(jiān)控、母線測溫監(jiān)測、電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控、采暖通風、門禁、燈光、風機、除濕機、空調(diào)控制等功能。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設備控制，實現(xiàn)動力環(huán)境優(yōu)化，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員，延長設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過高，同時實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。

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)可以完成對整個配電室范圍內(nèi)的通信設備進行管理、添加、刪除、控制和數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。

5.2.2實時監(jiān)測

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實時顯示有關故障、告警等信息。

5.2.3 數(shù)據(jù)查詢

在人機界面中，可以直接查看配電室個設備的運行數(shù)據(jù)。

5.2.4曲線查詢

在曲線查詢界面，可以直接查看遙測參量曲線，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線。

5.2.5運行報表

查詢配電室內(nèi)設備的運行數(shù)據(jù)報表，包括日報表、月報表、年報表和查詢報表等。

5.2.6實時告警

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟?、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。告警如右圖所示：

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)能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。

5.2.8 用戶權限管理

為**系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的**。

5.2.9網(wǎng)絡拓撲圖

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構?？稍诰€診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

5.2.10遙控操作

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備進行遠程遙控操作。

5.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)推薦配置選型

6 結束語

總的來說基于 MEMS（微機電系統(tǒng)）結構的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動化運維裝置后，既可以提高其工作人員的工作效率，及時排查故障，又可以降低運行成本，一舉兩得。

參考文獻

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[3] 安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)2020.04版

18701709087

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