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智能电力运维云平台
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    第一部分 智能配电能效运维系统方案

     

    1、背景

    目前商业楼宇、工业园区等都是用电大户,能耗比较较高,同时,配电房内电气运行维护通常由传统人工巡检方式进行,由于运维人员专业能力及检测手段有限,配电房内电气设备的异常情况无法及时发现。即使在配置了综自系统的配电房内,因为测量设备监测范围的局限性,对于开关柜及变压器运行过程中的安全隐患也无法预警和干预。

    随着传感器技术和现代信息技术的发展,智能配电能效运维系统通过对配电室内电气设备、能耗计量采集及用电环境的全面监测,利用大数据、云计算和互联网技术对配电室设备进行远程智能监测服务,通过对设备运行状态和用电负荷的实时监测,对设备实行“数字化、网络化、智能化”管理和维护。

    2、目标要求

    为此提出以下要求:

    n  目前采用传统运维模式,处置能力不强,希望整体智能托管;

    n  维修电工技能水平不足,希望能有专业性更强的维保团队支持;

    n  希望通过物联网+云计算手段,提高企业电力安全运行整体水平;

    n  对电费支出有严格考核,希望通过能源系统进行管控;

    n  预防设备故障发生用电事故,希望能提高设备安全性和可靠性;

    n  目前维保成本较高,希望有所降低;

    n  用户较多,希望增加电量集抄系统,做到电费收支平衡;

    n  因停电困难的设备和区域,提供不停电检测手段;

    3、标准与规范

    1 GB 2423.10-89 电工电子产品基本环境试验规程

    2 GB 26860-2011 电力安全工作规程

    3 GB 31989-2015 高压电力用户用电安全规范

    4 GL/T 596-2005 电力设备预防性试验规程

    5 GB 50150  电气装置安装工程电气设备交接试验标准

    6 DL/T 860  变电站通信网络和系统

    4、项目建设方案

    基于现有的条件,本运维项目是在高压配电房、低压配电房各配一面能源在线测控站,通过本地通信方式(有线、无线)采集高压开关柜内测量及运行状态、直流柜内测量及运行状态、高压计量柜内用电量、环网柜内开关状态、低压柜内测量及断路器状态、电容器柜内测量及电容器投切状态等。在低压柜内增加温度、烟感采集功能,在配电室内增加温湿度及水浸等环境监测。在线测控站将数据统一送至电力运维能效云平台。

    运维系统采用站云端一体化平台架构,将电力用户所属高、低压变电所实时运行参数及状态传送至云数据平台,用户通过WEB 或手机 APP 访问变电所内数据,数据平台同时导入电力安全运行管理流程及运行规范,对变电所内设备运行异常及时预警,结合电力用户驻站值班人员及区域线下服务人员提供现场服务或技术支持。实现变电所的无人值守或者少人值守,实现对配电运营情况的实时监控、运营数据的分析和故障信息的报警提示,最终达到安全可靠、集中监控、定期巡检、现场缺陷处置、事故抢修、定期预防性试验的电力智能运维管理模式。

    1. 对10KV开关站智能化改造具体内容有:

    l   对高压多路进线的电能参数和开关状态进行数据采集;

    l   对高压各路出线的电能参数和开关状态进行数据采集;

    l   对高压各回路的继电保护装置进行数据采集;

    l   开关站内环境参数进行数据采集采集;

    2. 低压配电房智能化改造具体内容有:

    l   对高压总进线的电能参数采集和开关状态采集;

    l   对变压器总出线的电能参数采集和开关状态采集;

    l   对低压各出线的电能参数采集和开关状态采集;

    l   对无功补偿控制器进行数据采集;

    l   对变压器温控装置进行数据采集;

    l   对配电房环境参数采集;

    l   根据现场实际情况更换或加装监测仪表和电流互感器;

    3. 通信方式选择:

    l  在配电站室内,能源信息基站到配电柜内各种电力监测仪表通信方式,优先选择RS485布线,在条件不允许是采用无线方式;

    l  配电站室中能源信息基站与云平台的上行通信方式优先接入企业内部局域网,在条件不允许是采用4G无线公网的方式。

    4. 采集和监测的数据指标:

    l  电量参数:有功电量、有功电度、无功电量、无功电度、峰谷平电量等;

    l  电力参数:相电压、线电压、相电流、线电流、有功功率、无功功率、需量、功率因数、频率等;

    l  电能质量参数:谐波电压(2-32次)、谐波电流(2-32次)、三相不平衡度、电压偏差、频率偏差、零线电流等;

    l  用电异常事件主要包括:过流、过压、短路、失压、缺相、跳闸、温升、停电等。

    l  配电房环境参数:温度、湿度等;

    5. 系统结构图:

    智能电力运维云平台QT8000电力运维平台系统架构

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    智能电力运维云平台QT600能源在线测控站结构图

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    6. 配电监控设备

    序号

    配电设备(位置)

    监测设备名称

    功能说明

    单位

    数量

    备注

    一、中心高压开闭所




    1

    高压回路监测

    电力监测仪表

    三相三线(U、I、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosφ)测量,
    THDi,THDu,最大需量,复费率电能统计

    0

    接入高压回路已有具备RS485的电力仪表

    2

    高压开关柜内

    开关量采集装置

    开关量采集、继电器输出,SOE 事件记录

    0

    接入高压继电保护

    3

    高压室环境监测

    温湿度控制器

    环境温湿度数据采集

    0


    烟雾传感器

    独立式光电有线烟雾探测器,监测一定范围内烟雾状态,并将数据传输至平台

    0


    水浸传感器

    接触式水浸传感器,探测指定位置水浸状态,并将数据传 输至平台

    0


    二、10KV配电室




    1

    低压总出线监测

    电力监测仪表

    三相(U、I、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosφ)测量,需量测量

    15

    加装低压进线、出线仪表

    2

    变压器温度监测

    智能无线测温装置

    变压器出线接头和本体进行温度监控

    0


    3

    无线温度探头

    0


    4

    低压回路监测

    电力监测仪表

    三相(U、I、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosφ)测量

    0


    5

    低压回路开关监测

    多回路开关量采集装置

    开关量采集、继电器输出,SOE 事件记录

    0


    6

    配电室环境监测

    烟雾传感器

    独立式光电有线烟雾探测器,监测一定范围内烟雾状态,并将数据传输至平台

    0


    7

    水浸传感器

    接触式水浸传感器,探测指定位置水浸状态,并将数据传 输至平台


    0


    8

    温湿度控制器

    环境温湿度数据采集

    0


    三、通讯层




    1

    QT600能源在线测控站

    通信管理机(采集器)

    数据采集、转换、计算、缓存、上报

    1

    QT241G

    2

    无线传输模块(Zigbee、Lora)


    3

    开关电源模块


    4

    UPS后备电源


    四、辅材




    1


    RS485通讯电缆

    RVSP 2*0.75mm²



    2


    网线

    屏蔽超五类



    3


    通讯箱电源线

    RVV-3*2.5mm2



    4


    光缆

    单模八芯



    5


    镀锌钢管

    SC25



    6


    线槽

    MR50*50



    五、工程费用




    1


    调试服务费用

    系统、设备调试费用

    1


    2


    运输、保险费


    1


    3


    资料、培训


    1


    总价




     

    5、智能运维模式

    改造后变电所采用线上服务和线下服务相结合的运维模式:

    1. 线上服务

    n  用电在线监测:24 小时实时在线监测变电所的各开关状态,电流、电压、功率、频率和电量值等遥信、遥测信息,用户可随时随地了解变电所用电情况,各种设备的运行状态一目了然。

    n  异常用电预警、报警:针对用电过程中的过负荷,变压器温度、智能电力运维云平台电缆头温度过高或者其他表计故障,互感器故障,接线盒故障和终端故障等进行提前的预警,当异常和故障发生后及时报警。

    n  自动抄表:自动统计用电量,分路电能计量,时间间隔自定义,理清电能消耗结构;分路计算,理清成本构成计算能耗指标,认清消费水平。

    n  电能质量监测:对电网各项电能质量指标包括:电流、电压、频率、功率因数、三项及单项功率以及各类谐波和不平衡因数进行在线监测和统计分析。

    n  用电环境监测:对变电所内的各类设备进行视频监控,设置水浸、烟感系统,保证变电所在水灾、火灾和人员入侵情况下及时响应处理。

    n  能耗分析,节能决策:对用户的用电量进行统计,通过数据挖掘和分析,定位能耗的关键点,提供可行的节能决策。

    n  统计报表:针对用户用电使用过程中的关注点,进行定制化的报表统计和生成,为用户提供第一手的统计资料和决策来源。

    n  WEB 浏览、APP:随时随地通过 WEB 和 APP 连接互联网访问变电站数据,第一时间知道变电站异常情况。

    n  其它定制化服务:可根据用户需求进行其它专属的定制化线上服务。

    2. 线下服务

    l  日常的运行监视由公司运检部 24h 监视和调控,配电室现场无人或少人值守完成。

    l  公司运检部根据电力用户现场要求,通过编制“配电室标识标准化月度维保作业计划”,按要求负责高压站、低压配电室的全面巡检、倒闸操作、维护保养、一般消缺、现场管理、事故响应等工作。应急抢修工作由就近电力服务站负责,应急响应时间为 30 分钟。

    l  电力服务站设置运维值守班组管理周围所有配电室,设置专职人员,3 个班组,以白班、倒班模式进行维护工作,运维值守人员每班按巡检要求、维护作业计划进行日常巡检维护负责开闭所、变电站的全面巡检、倒闸操作、维护保养、一般消缺、现场管理、事故响应等工作。日常缺陷处置、事故抢险、试验由我公司线下服务操作队支持配合完成。

    l  运检部配置红外成像仪、超声波/地电波局放设备、电能质量测试仪等尖端设备,定期对高低压设施进行带电状态检修,保障缺陷故障检测成功率 95%以上,有效做到预防预判、杜绝事故发生。

    l  运检部根据部署在现场物联网实时预警分析判断、日常巡检、带电状态检测等发现设备运行过程缺陷,及时提交消缺建议,得到电力用户同意后,及时对缺陷设备进行维修、消缺处理,让设备、设施保持在良好的运行状态,变被动抢修变主动维护。

    l  清扫电气设备绝缘表面的污垢并检查其破损裂纹痕迹,清扫仪表上积尘和异物,紧固电器连接点,检查仪表部件是否缺少,在智能电力运维云平台清扫检査后一段时间内为客户提供评估消缺建议。清扫检查每年 1-2 次。

    l  平台提供 7*24 小时电力故障抢修服务,监控中心根据故障现场分析,进行判定,采取隔离和处理措施。系统通知最近的抢修队伍实施抢修施工和设备更换,恢复送电。对于用户配电室设备易损件,抢修平台共享库房,保证备件预留。

    l  运检部可根据客户设备状态进行:微机保护预防性试验,直流屏预防性试验、高低压配电室整体预防性试验、根据试验中发现的问题找到故障隐患,电力用户提供设备改造方案。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    第二部分 智能能效运维系统功能

    一、系统需求

    1、需求分析

    为了满足配电房的监控系统的要求,达到对供电房的全方位监控,使有关人员做出反应,采取措施,并对相关设备进行集中监控、集中维护和集中管理。监控系统设计遵循以下原则:

    标准化

    整个监控系统的设计符合国家标准或国际标准。系统软件、硬件均采用标准化设计,提供开放的接口,可与不同供应商的设备及软件系统互联互通。

    稳定性

    能源数据采集器采用嵌入式实时Linux操作系统和专用的硬件结构,性能稳定可靠,保证系统整体的稳定,尤其适合在环境比较复杂、可靠性要求较高的环境中运行。WEB系统平台采用J2EE业内专业级的开发框架,满足大数据采集、大容量数据存储和高并发的数据访问请求。

    经济性

    系统开发运行平台均采用当今最为通用的各种操作系统和开发工具,充分利用了我们在其它监控领域中成功应用的中间件和模块,大大减少在系统平台方面的投入,具有极高的性价比。

    先进性

    基于组态软件的设计理念,以一套通用平台,解决能源数据采集、现地SCADA监控、云平台数据分析、手机App运维管理。四维一体的解决方案推动电力智能化。

    扩展性

    整个系统具有进一步扩展功能的能力,可以很好的适应现代智能管控的需求。保证用户在系统上进行有效的开发和使用,并为今后的发展提供一个良好的环境。可充分利用和保护现有网络资源便于当前以及以后的扩建;平台服务器具备扩展和堆叠能力,便于不同级别的中心整合与扩建,系统必须具有很强的监控点数、存储空间扩容能力。

    实用性

    以实时数据库为依托,可多用户多画面实时监控、远程控制、可连接多种报警设备完全满足用户的监控要求。

    安全性

    平台监控系统安全性在管理中是关键问题之一,安全性分为数据安全和信息安全,在上述三方面有如下要求:

    数据安全:对数据进行多级别、分布式的存储,数据不容易受到破坏。数据的AES加密机制,保证数据在网络传输过程中的安全,不会被截获、篡改和利用;

    信息安全:所有配置信息、管理信息、日志信息均存放在中心数据库,实行信息集中管理;

         分级授权:对下属管理员的应用功能、访问范围进行授权。由下属管理员对所属机构操作员的应用功能、访问范围进行授权和管理。

    2、建设目标

    该系统可以帮助电力部门实现配电房的无人值守或者少人值守,可以实现对配电运营情况的实时监控、运营数据的分析和故障信息的报警提示,逐步推动电力监控的自动化、集中化和智能化。

    二、系统结构介绍

    1、系统结构

    系统采用三层高可用的结构,既可以完成终端层数据采集,也可以完成现地数据采集,并可以将数据发送到云平台。

    2、数据采集结构

    数据采集结构由三层模型构成,采用二层或三层均可以实现数据采集与上传,即设备数据采集层、现地数据监控层和云服务数据层。

    智能电力运维云平台

    3、WEB平台结构

    WEB系统结构分为数据感知层、通讯服务层、数据处理层和数据展示层。

    智能电力运维云平台

    三、平台系统功能

    1、平功能列表

    功能

    功能模块

    功能子项

    功能描述

    一、电力监控模块

    在线监测

    系统概览

    地图中心

    系统管理员可以观察当前系统内所的有站点,以地图的形式显示站点的位置信息

    列表中心

    系统管理员权限,以列表的形式显示当前系统中所有站点的信息,包括站容量、监控点数量

    用户中心

    电量概况

    显示当前用户电量和负荷的总体运行情况,统计当前累计电量,上月累计电量;负荷实时值和最大值

    负荷概况

    电气图

    电气图纸

    加载用户站点电气图,电气图与现场设备实时关联,实时在电气图上反馈设备数据采集状态,设备运行状态,实时数据值和开关状态

    大屏显示

    支持将电气图投入到大屏,全屏显示

    用电参数

    实时数据

    显示电流、电压、功率、谐波、功率因数、温度的实时采集值

    数据曲线

    实时采集的值,以曲线的形式显示

    告警数据

    \

    实时显示当前站点已产生的告警数据

    指标关联

    \

    将多个参数按照同一时间轴方式进行关联显示,提供更加直观的数据关联对比分析

    电量分析

    日电量分析

    根据日、月、年和分时(尖峰平谷)电量的使用情况,并提供类比和同比分析

    月电量分析

    年电量分析

    分时电量分析

    视频监控(注1)

    视频浏览

    根据监控站点,分页显示视频监控画面等

    二、能效分析模块

    节能分析

    监测点对比

    能耗时比

    分析设备用能数据,提供时比、类比和排名

    能耗类比

     能效排名

    设备排名

    时段排名

    电能质量

    功率因数

    综合分析功率因数,谐波数据,提供实时计算综合分析结果

    谐波

    统计报表

    电量统计

    日电量报表

    提供电量、负荷和原始值数据的日、月、年统计报表,支持报表导出为Execl格式

    月电量报表

    年电量报表

    负荷统计

    月负荷报表

    年负荷报表

    原始值统计

    原始值报表

    三、设备管理模块

    设备管理

    设备类型

    \

    建立设备类型档案

    设备档案

    设备信息

    管理设备物件的具体信息

    设备图片

    保存设备物件的图片信息

    设备检索

    \

    根据设备序列号、二维码检索设备信息,并生成相应的报表

    四、运维管理模块

    报警管理

    报警浏览

    \

    可根据时间、站点、报警级别查询报警信息

    消除

    \

    对确认或者不需要再提醒的报警信息,可以消除此报警内容

    派单

    \

    根据报警信息,系统可向运维人员派单,并生成相应的订单信息

    运维管理

    运维巡检

    \

    设定周期巡检计划,巡检周期到时下发运维工单并提出系统通知

    运维工单

    \

    管理和统计运维工单

    运维记录

    \

    管理和记录运维详细,提供数据结果反馈和查询

    运维人员

    \

    管理运维人员信息

    五、系统管理模块

    档案管理

    企业档案

    企业信息

    配置企业和监控点的档案信息,包括企业类别、合同容量、地址、名称等

    子站档案

    站点基础信息

    管理监控站点的信息,包括基础位置信息、设备档案信息等

    配电房信息

    采集器信息

    其它信息

    系统设置

    用户管理

    \

    管理用户组别、权限及系统功能菜单的调整

    系统角色

    \

    系统菜单

    \

    六、专项定制模块

    专项扩展(注2)



    (根据专用设备定制开发,根据甲方需求另行约定)

     

    2、移动APP功能结构

    序号

    一级菜单

    二级菜单

    功能描述

    1  

    用户管理

    角色

    将系统用户分为:管理员、用户(领导、普通 )

    2  

    权限

    根据不同的权限,加载不同的功能

    3  

    账号及密码

    可增加、删除、查询、修改用户信息和密码

    4  

    事件管理

    系统通知

    由后台管理人员推送的平台相关的系统通知

    5  

    故障告警

    由监控站点发出的报警信息,要求App端后台通知,可查询一个月的故障信息

    6  

    工单管理

    工单列表

    管理人员可以浏览、创建、删除、修改订单,订单内容包括但订单时间、订单内容、派单人、接收人、订单状态

    7  

    派单管理

    管理人员可以向运维人员发出派单,并记录派单信息

    8  

    实时监控

    Scada

    SVG加载

    App端根据监控站点编号(唯一)加载SVG图,SVG图由QTouch绘制系统生成

    9  

    SVG数据

    App端根据后台系统推送的数据,实时刷新SVG的图元颜色、数据值

    10  

    设备管理


    根据二维码信息检索设备信息

    11  

    首页管理

    首页配置

    App后台管理系统,当系统内存在多个功能模块时,可以配置默认加载首页,也可以设置首页的Logo、文字标题等信息

    12  

    电力运维功能模块

     

    首页

    默认加载用户关注的监控站点信息,包括:今日累计用电量等信息

    13  

    站点列表

    根据用户权限是否加载地图模块

    14  


    站点数据

    App客户端显示并加载包括:概况、负荷、电量等信息

    15  

    搜索

    App各功能页面,根据显示的内容提供搜索功能

    16  

    其它(注3)

    (定制开发,根据甲方需求另行约定

    注1:指定使用海康威视摄像头,使用荧石云解决方案,萤石云企业用户所需费用由甲方自行承担;

     

     

    四、平台指标和接口

    1、性能指标

    Ø  响应时间:100万级数据,页面平均响应时间<3秒;

    Ø  吞吐量:每秒钟请求事务的数量150;

    Ø  并发用户数:用户并发数 <= 1000次/秒。

    2、容量指标

    WEB平台的接入量是无限制的,只需要提供相应的硬件支撑。一般性能的服务器,如:CPU(E5-2640),内存(16G),带宽4M,可接入200站点。

    3、数据采集接口

    通讯管理机内置组态软件,与各传感器、智能仪表、控制器通过标准的规约进行通讯,包括:modbusRTU、DLT645、IEC60870-101/103/104,完全满足各类设备的数据接入。

    4、数据上传接口

    通讯管理机数上传云平台采用舜通云平台私有协议,该协议提供如下功能:身份认证、心跳检测(校时)、事件上报、能效数据等功能。所有数据均以主动触发式上报为主,充分发挥通讯管理机边缘计算的功能。

    5、第三方数据访问接口

    通讯管理机支持多路数据上传,即可向舜通云平台上传数据,亦可将数据转发到其它云平台。其上传协议包括:住建部XML上传协议、IEC60870-104协议、GW376.1协议、QTOUCH上报协议等。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    五、系统功能界面

    1、在线监测

    在线监测分为三大模块显示,分别为系统概览、分路监测、监控点对比分析

    系统概览

    智能电力运维云平台

    一次接线图

    智能电力运维云平台

    实时数据

    智能电力运维云平台

    告警数据

    智能电力运维云平台

    监测点对比

    智能电力运维云平台

    2、能效分析

    能效管理主要通过对站点用电信息进行分析,通过对历史数据的集中分析、多维度分析,使站点用户对自身用电质量有一个全面了解。能效管理主要分为:电量分析、负荷分析、用电能效排名、监测点对比分析。

    电量分析

    智能电力运维云平台

    负荷分析

    智能电力运维云平台

    3、统计报表

    统计报表包括电量、负荷、原始值数据统计,可以将各类数据查询并导出Excel文件

    电量统计报表

    智能电力运维云平台

    负荷统计报表

    智能电力运维云平台

    原始值统计报表

    智能电力运维云平台

    4、档案管理

    档案管理提供对企业信息的管理、监控子站的管理、子站内设备信息的管理、电价管理和电费单管理

     

    企业档案

    智能电力运维云平台

    子站档案

    智能电力运维云平台

    5、系统设置

    系统设置主要系统管理员所具备的 权限,分为:系统菜单管理、角色管理和用户账户管理

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    角色管理

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    系统菜单管理

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