國(guó)網(wǎng)山東省電力公司企業(yè)管理部 張 軍 國(guó)網(wǎng)勝利(東營(yíng))供電有限公司 仲崇山 張 濤 山東德源電力科技股份有限公司 張洋洋 張 坤
2020年6月國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布“數(shù)字新基建”十大重點(diǎn)建設(shè)任務(wù),其中第四項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)就是建設(shè)覆蓋電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的電力物聯(lián)網(wǎng),推動(dòng)電網(wǎng)感知測(cè)控邊界向電源側(cè)、客戶側(cè)和供應(yīng)鏈延伸,提升電網(wǎng)、設(shè)備、客戶互聯(lián)和全息感知能力,打造精準(zhǔn)感知、邊緣智能、共建共享、開放合作的智慧物聯(lián)體系和應(yīng)用生態(tài)。計(jì)量箱作為配電網(wǎng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),既是電能計(jì)量設(shè)備的“防護(hù)外殼”,承載著各類電力信息的海量數(shù)據(jù),又是電網(wǎng)企業(yè)對(duì)億萬(wàn)居民客戶和廣大小微工商業(yè)用戶提供安全可靠供電服務(wù)的最小單元,是電網(wǎng)與用戶設(shè)備間的產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn),是關(guān)系千家萬(wàn)戶安全可靠用電的重要堡壘,其運(yùn)行安全性、可靠性、信息利用率尤為重要。
目前傳統(tǒng)計(jì)量箱安全封閉性能有限,防范竊電能力較差,門禁封印被破壞或缺失的情況時(shí)有發(fā)生且無(wú)法主動(dòng)上報(bào),其運(yùn)維狀態(tài)僅能依靠人工巡檢,導(dǎo)致計(jì)量設(shè)備存在異常開啟及篡改隱患,無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理;同時(shí)傳統(tǒng)門禁鉛封屬計(jì)量運(yùn)維易耗品,尤其封印在每次封鎖后只能破壞鉗斷后才可開啟,無(wú)法重復(fù)使用,日常計(jì)量封鎖運(yùn)維成本較高,因而老舊計(jì)量箱的閉鎖模式亟待改善;計(jì)量箱運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多樣,溫濕度變化、外力破壞、非法侵入、門禁狀態(tài)等情況無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)與控制。
計(jì)量箱內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)電力信息與外部臺(tái)區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)節(jié)點(diǎn)等關(guān)鍵信息無(wú)法進(jìn)行監(jiān)測(cè),數(shù)據(jù)挖掘開發(fā)價(jià)值巨大,配電網(wǎng)的智能管理缺乏計(jì)量箱關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)分析數(shù)據(jù)支撐,導(dǎo)致配網(wǎng)管理各項(xiàng)工作落實(shí)難度大、整治效率低。如:針對(duì)用戶竊電無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控分析預(yù)警,僅能依靠人工巡檢和少量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),隱蔽且點(diǎn)排查定位極其困難;對(duì)“頑固”高損臺(tái)區(qū),線損電量追蹤困難,無(wú)法分級(jí)計(jì)算以及可靠定位異常;無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)區(qū)拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)識(shí)別與實(shí)時(shí)更新,給運(yùn)維、搶修等工作帶來(lái)巨大不便,對(duì)主動(dòng)搶修定位、供電服務(wù)優(yōu)化等優(yōu)質(zhì)服務(wù)工作帶來(lái)一系列問(wèn)題。
目前傳統(tǒng)計(jì)量箱日常管理缺乏有效技術(shù)手段和數(shù)據(jù)支撐,急需強(qiáng)化計(jì)量箱安全承載功能,并實(shí)現(xiàn)計(jì)量箱智能感知與智慧物聯(lián)功能,實(shí)現(xiàn)表箱門禁的在線可靠管理、環(huán)境溫濕度分析,同時(shí)增加計(jì)量箱單元設(shè)備感知能力,深入挖掘計(jì)量箱的海量數(shù)據(jù)價(jià)值,用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理變革和轉(zhuǎn)型升級(jí)。針對(duì)以上臺(tái)區(qū)管理中各種問(wèn)題,結(jié)合國(guó)網(wǎng)公司對(duì)于智能感知電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)要求,聚焦全感知物聯(lián)網(wǎng)計(jì)量箱智能化、安全性、可靠性本身功能的基礎(chǔ)上,強(qiáng)化發(fā)展其多功能性,突出精益化管理提升自動(dòng)檢測(cè)全覆蓋、臺(tái)區(qū)戶變檔案準(zhǔn)確、計(jì)量閉環(huán)運(yùn)維質(zhì)量、反竊電診斷查處四個(gè)能力[1]。
新型全感知物聯(lián)網(wǎng)計(jì)量箱基于物聯(lián)感知關(guān)鍵技術(shù),綜合智能門禁系統(tǒng)、傳感器及檢測(cè)管理模塊,實(shí)現(xiàn)表箱溫度和門禁的在線可靠管理、多道防線硬核防竊電、計(jì)量表計(jì)精度遠(yuǎn)程診斷、電表運(yùn)行數(shù)據(jù)全面感知、設(shè)備拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別繪制、竊電異常實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警、臺(tái)區(qū)線損分級(jí)精益管控、臺(tái)區(qū)狀態(tài)智能分析診斷、故障精準(zhǔn)定位主動(dòng)搶修、營(yíng)配末端業(yè)務(wù)一體融合等多項(xiàng)功能,全方位、系統(tǒng)化的提升低壓臺(tái)區(qū)精益化管理水平,從防竊電、節(jié)能降耗、延長(zhǎng)電能表使用壽命、減少設(shè)備投資、減少運(yùn)維工作量五方面實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的大幅提升,其推廣應(yīng)用能大幅降低臺(tái)區(qū)管理運(yùn)維人員現(xiàn)有工作量,有效提高工作效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率,有力帶動(dòng)臺(tái)區(qū)精益化管理各項(xiàng)工作再上新臺(tái)階。
對(duì)計(jì)量箱研究物聯(lián)感知關(guān)鍵技術(shù),研發(fā)智能門禁系統(tǒng)、智慧傳感系統(tǒng)、檢測(cè)管理模塊、遠(yuǎn)程通訊模塊以及智能處理模塊等,組成全感知物聯(lián)網(wǎng)計(jì)量箱。作為智能配電網(wǎng)的中樞設(shè)備,通過(guò)先進(jìn)傳感技術(shù)直接感知監(jiān)測(cè)計(jì)量箱內(nèi)外節(jié)點(diǎn)設(shè)備各項(xiàng)狀態(tài)信息,實(shí)現(xiàn)表箱門禁在線可靠管理、計(jì)量箱內(nèi)外數(shù)據(jù)全采集、全管控、精處理、計(jì)量箱環(huán)境溫濕度監(jiān)控及以數(shù)據(jù)為支撐的計(jì)量、線損、營(yíng)配等多專業(yè)實(shí)用功能。數(shù)據(jù)獲取后,對(duì)上與云端或系統(tǒng)端實(shí)時(shí)交換關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù),并通過(guò)大數(shù)據(jù)分析梳理、提示預(yù)警。
模組化感知終端,硬件整體采用可插拔式的模組化設(shè)計(jì),基礎(chǔ)單元為感知模組,可擴(kuò)展控制模組、防護(hù)模組,具有獨(dú)立采集和邊緣計(jì)算能力,支持電量采集、拓?fù)渥R(shí)別、線損核算、環(huán)境溫濕度、磁場(chǎng)檢測(cè)、非法開箱拍照、位置異動(dòng)檢測(cè)等功能,配合集中器、能源控制器,實(shí)現(xiàn)配電臺(tái)區(qū)運(yùn)行狀態(tài)全景感知。
感知模組是綜合高頻CPU、計(jì)量芯片、HPLC通訊芯片、安全加密芯片、臺(tái)區(qū)識(shí)別模塊等于一體的管理單元。感知模組與臺(tái)區(qū)控制器上行通信傳輸選用寬帶電力線載波(HPLC);下行通信RS-485接口用于智能電表抄讀,支持DL/T645、DL/T698.4通訊協(xié)議;近端配置低功耗藍(lán)牙模塊,支持近距離無(wú)線及本地維護(hù)升級(jí)。通過(guò)內(nèi)置電壓互感器和外置電流互感器實(shí)現(xiàn)高精度采樣,具備全量電參量采集能力,包括三相電壓、三相電流、瞬時(shí)有功功率、瞬時(shí)無(wú)功功率、瞬時(shí)視在功率、功率因數(shù)、電壓波形失真度、電流波形失真度、電壓諧波含量、電流諧波含量等;內(nèi)置拓?fù)渥R(shí)別模塊,實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)自動(dòng)識(shí)別、相位識(shí)別、臺(tái)區(qū)拓?fù)渥詣?dòng)生成;內(nèi)置高精度溫濕度傳感器,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱體內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)。裝載了安全芯片,對(duì)身份認(rèn)證、權(quán)限控制等進(jìn)行了周密防護(hù),保障數(shù)據(jù)的安全性和完整性[2]。
控制模組內(nèi)置高性能的北斗定位模塊,具有高靈敏度、低功耗、小型化的特點(diǎn),其極高追蹤靈敏度大大擴(kuò)大了其定位的覆蓋面,滿足設(shè)備高精度準(zhǔn)確定位的需求,結(jié)合感知模組自動(dòng)上報(bào)故障事件,實(shí)現(xiàn)搶修人員制定的最優(yōu)路徑和實(shí)時(shí)地圖導(dǎo)航;內(nèi)置的小尺寸、分辨率加速度傳感器,具有低功耗、耐沖擊性高及可編程的待機(jī)喚醒功能,能夠?qū)崿F(xiàn)箱體的傾斜檢測(cè)、振動(dòng)檢測(cè)、移動(dòng)檢測(cè)等功能;內(nèi)置門鎖控制模塊,具備智能鎖管理和控制功能,支持遠(yuǎn)程開鎖和本地藍(lán)牙認(rèn)證開鎖,實(shí)時(shí)反饋門鎖開關(guān)狀態(tài)。
防護(hù)模組內(nèi)置熱釋電紅外人體檢測(cè)傳感器、強(qiáng)磁感應(yīng)模塊、取證攝像裝置和SD 卡存儲(chǔ),能夠檢測(cè)設(shè)備前方是否有人員在操作,并與智能箱鎖狀態(tài)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。當(dāng)有非法侵入時(shí),防護(hù)模組觸發(fā)攝像裝置進(jìn)行連續(xù)拍照,存儲(chǔ)至本地留證,并通過(guò)感知模組上傳至主站,觸發(fā)預(yù)警;實(shí)際工作時(shí)還可根據(jù)是否存在強(qiáng)磁干擾計(jì)量準(zhǔn)確度,對(duì)非法開箱、竊電等異常行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
電表運(yùn)行數(shù)據(jù)全面感知。低壓臺(tái)區(qū)感知終端用來(lái)檢測(cè)表箱進(jìn)線側(cè)的電壓、電流等數(shù)據(jù),也應(yīng)可以對(duì)表箱內(nèi)的電表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,通過(guò)RS485方式進(jìn)行掛接,每路RS485可以掛接不超過(guò)32塊電表,可以通過(guò)485口自動(dòng)檢索其下掛的所有電表,并對(duì)電表狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),對(duì)電能表的電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)、電能表時(shí)鐘、電能表狀態(tài)字、開蓋次數(shù)等參量實(shí)時(shí)采集,通過(guò)這些數(shù)據(jù),分析和判斷各種狀態(tài)和事件。每塊表計(jì)輪詢需要10秒左右,可以根據(jù)安裝電表的數(shù)量計(jì)算出表箱輪詢的時(shí)間等,通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)的采集和分析實(shí)現(xiàn)對(duì)表箱內(nèi)的低壓用戶側(cè)的用電狀態(tài)進(jìn)行判斷和治理。
表箱門禁在線可靠管理。表箱內(nèi)內(nèi)置的位移控制模組,具備智能鎖管理和控制功能,同時(shí)也具備計(jì)量箱位移和形態(tài)監(jiān)測(cè)功能。電子鎖采用觸發(fā)式結(jié)構(gòu),內(nèi)置高強(qiáng)度彈簧推桿,通電電磁鐵拉動(dòng)拉桿,啟動(dòng)扭彈簧,靠扭彈簧的力把鎖扣和門彈開;并且內(nèi)置微動(dòng)開關(guān)短路信號(hào)檢測(cè),上鎖即導(dǎo)通,開鎖即斷開,實(shí)時(shí)反饋門鎖開關(guān)狀態(tài)。智能鎖具支持遠(yuǎn)程開鎖和本地藍(lán)牙認(rèn)證開鎖,通過(guò)應(yīng)用端協(xié)同APP,實(shí)現(xiàn)計(jì)量箱開鎖數(shù)字控制,自動(dòng)生成開、關(guān)鎖記錄,對(duì)非法開箱、竊電等異常行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,全面提升低壓臺(tái)區(qū)精益化管理水平。此外,智能門禁的設(shè)計(jì)可減少另購(gòu)鎖具、表箱封印的費(fèi)用,降低現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維成本。
表箱環(huán)境監(jiān)測(cè)及位置管理。同時(shí),位移控制模組內(nèi)置的加速度傳感器,可以實(shí)現(xiàn)計(jì)量箱體的傾斜檢測(cè)、震動(dòng)監(jiān)測(cè)、暴力破壞監(jiān)測(cè),發(fā)生異常及暴力破壞時(shí)聯(lián)動(dòng)防護(hù)模組,實(shí)現(xiàn)破壞行為的數(shù)據(jù)取證和圖像取證。同時(shí)位移控制模組還可以外接溫濕度傳感器和水浸傳感器,對(duì)箱體內(nèi)的溫度、濕度、積水等環(huán)境因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)警,減少事故發(fā)生的概率,降低事故造成的損失。位移控制模組內(nèi)置的北斗/GPS 數(shù)據(jù)定位,結(jié)合自動(dòng)上報(bào)故障事件,實(shí)現(xiàn)搶修人員制定的最優(yōu)路徑和實(shí)時(shí)地圖導(dǎo)航,準(zhǔn)確到達(dá)故障點(diǎn),精準(zhǔn)開展主動(dòng)搶修。管理人員可通過(guò)后臺(tái)實(shí)時(shí)查看搶修人員進(jìn)度和軌跡,實(shí)現(xiàn)搶修全過(guò)程監(jiān)控。
表箱防護(hù)與安全聯(lián)動(dòng)管理。防護(hù)模組內(nèi)置熱釋電紅外人體檢測(cè)傳感器和取證攝像裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)箱體位置前方是否有人員在操作,并與智能箱鎖狀態(tài)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。當(dāng)計(jì)量箱通過(guò)正常手段開鎖,位移控制模組記錄開鎖人、開鎖時(shí)間和鎖體狀態(tài),防護(hù)模組檢測(cè)是否有人員,如長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人操作,可能存在運(yùn)維人員忘記管箱門的行為,發(fā)出報(bào)警給相應(yīng)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查。當(dāng)有非法侵入時(shí),位移控制模組經(jīng)過(guò)判斷分析后,聯(lián)動(dòng)防護(hù)模組,防護(hù)模組觸發(fā)攝像頭進(jìn)行連續(xù)拍照,存儲(chǔ)至本地留證,并通過(guò)感知模組上傳至主站,觸發(fā)預(yù)警;實(shí)際工作時(shí),還可借助根據(jù)計(jì)量箱是否被暴力破壞,開關(guān)鎖行為聯(lián)動(dòng),對(duì)非法開箱、竊電等異常行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
計(jì)量表計(jì)誤差遠(yuǎn)程診斷。智能物聯(lián)計(jì)量箱內(nèi)置電能表計(jì)量誤差校驗(yàn)?zāi)P停▋?nèi)置標(biāo)準(zhǔn)表參數(shù))與采集電能表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,同時(shí)收集電能表歷史數(shù)據(jù),結(jié)合大數(shù)據(jù)分析模塊(自學(xué)習(xí)功能),提升診斷準(zhǔn)確性,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電能表計(jì)量精度在線診斷。通過(guò)遠(yuǎn)程校驗(yàn)監(jiān)測(cè)電能表計(jì)量精度功能,及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)電能表運(yùn)行準(zhǔn)確性、可靠性狀態(tài),創(chuàng)新優(yōu)化表計(jì)輪換策略,在避免電表失準(zhǔn)帶來(lái)計(jì)量差錯(cuò)、服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí),有效延長(zhǎng)表計(jì)使用壽命、減少設(shè)備投資成本[3]。
臺(tái)區(qū)線損分級(jí)精益管控。表箱單元線損分段計(jì)算:臺(tái)區(qū)線損管理工作中,在線路損耗各流失點(diǎn)中,末端表箱內(nèi)電量損失占比較大,是臺(tái)區(qū)線損治理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。智能物聯(lián)計(jì)量箱通過(guò)內(nèi)置高精度計(jì)量芯片與外置0.5s 級(jí)卡扣式互感器,完成表箱進(jìn)線側(cè)的精準(zhǔn)計(jì)量,同時(shí)通過(guò)比對(duì)表箱內(nèi)所有表計(jì)電量和,準(zhǔn)確判定表箱內(nèi)是否存在計(jì)量故障、竊電漏電等電量流失點(diǎn),將以往線損治理過(guò)程中的人工地毯式巡查模式,轉(zhuǎn)變?yōu)榫€損異常計(jì)量箱的精準(zhǔn)定位、快速消缺,大幅降低現(xiàn)場(chǎng)線損核查工作量。
故障精準(zhǔn)定位主動(dòng)搶修。通過(guò)智能物聯(lián)計(jì)量箱監(jiān)測(cè)用電狀態(tài),利用停電主動(dòng)上報(bào)、線路故障預(yù)判預(yù)警等功能,并結(jié)合應(yīng)用終端APP 的應(yīng)用,在終端APP 上即時(shí)提醒工作人員故障位置、故障初判等信息,轉(zhuǎn)變“停電用戶報(bào)修”的傳統(tǒng)模式,不等客戶報(bào)修即“主動(dòng)服務(wù)、即時(shí)搶修”,全面提升客戶搶修服務(wù)優(yōu)良感知,對(duì)優(yōu)化供電營(yíng)商環(huán)境,提升客戶滿意度具有重要意義。有效降低電網(wǎng)基層工作者的工作量,縮短客戶停電時(shí)間,大幅降低95598報(bào)修數(shù)量,更能避免因搶修不及時(shí)造成的不必要投訴,真正做到讓客戶“用好電”。
為加快“全感知新型物聯(lián)網(wǎng)計(jì)量箱”的新技術(shù)推廣,2020~2021年在山東東營(yíng)合計(jì)完成新裝和改造計(jì)量箱共計(jì)46121套,實(shí)現(xiàn)了計(jì)量箱全聯(lián)網(wǎng)、全在線、全監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)了采集全成功、數(shù)據(jù)全自動(dòng)、檔案全同步、關(guān)系全貫通、指標(biāo)全達(dá)標(biāo)、異常全監(jiān)控等“六全”目標(biāo),算準(zhǔn)了設(shè)備負(fù)載率、供電可靠率、電壓合格率、同期線損率等配電網(wǎng)“四率”指標(biāo),有力支撐了配電網(wǎng)科學(xué)規(guī)劃、智能管理、智慧運(yùn)營(yíng),促進(jìn)配電網(wǎng)與信息網(wǎng)“跨界融合”,全面提升配電網(wǎng)管理效率和發(fā)展質(zhì)量,為國(guó)家、為社會(huì)、為企業(yè)帶來(lái)顯著效益。
臺(tái)區(qū)檔案自動(dòng)梳理,深化營(yíng)配貫通。實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)戶表關(guān)系精準(zhǔn)識(shí)別,實(shí)現(xiàn)電能表、計(jì)量箱的運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè),完成計(jì)量設(shè)備“全時(shí)態(tài)管理”及計(jì)量資產(chǎn)可視化管理。低壓居民用電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可清晰、直觀、準(zhǔn)確的在營(yíng)銷系統(tǒng)中展示定位,大幅提高營(yíng)銷貫通成效;監(jiān)測(cè)改善計(jì)量環(huán)境,提升精益水平;通過(guò)全感知物聯(lián)網(wǎng)計(jì)量箱的感知物聯(lián)功能,全面監(jiān)測(cè)箱內(nèi)電能表、線路、開關(guān)等各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)量采集運(yùn)行故障和異常報(bào)警,提高采集成功率,保證計(jì)量器具精度,滿足計(jì)量準(zhǔn)確可靠的各項(xiàng)要求,有效改善計(jì)量環(huán)境。同時(shí),計(jì)量箱具備封閉性監(jiān)測(cè)功能,增強(qiáng)了計(jì)量防竊可靠性,最大程度的遏制箱內(nèi)竊電的發(fā)生。
精準(zhǔn)定位電量損失,顯著降損增效。通過(guò)表箱的感知監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)下表箱單元的線損獨(dú)立分段計(jì)算,精準(zhǔn)定位表箱計(jì)量異常、竊電漏電等電量流失點(diǎn),快速指導(dǎo)工作人員開展高損消缺工作,及時(shí)封堵跑冒滴漏異常,有效支撐反竊查違工作;強(qiáng)化供電安全管理,確保電網(wǎng)安全。通過(guò)表箱側(cè)線路監(jiān)測(cè)、線損治理等工作,逐步排查更新淘汰老舊設(shè)備和線路,改善供電環(huán)境,提高供電可靠性和電能質(zhì)量,提升供電能力,保證安全供用電,減少用電事故,防止觸電事故的發(fā)生,提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平;提高搶修運(yùn)維效率,提升客戶滿意度。將低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)潢P(guān)系、停復(fù)電實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)與電網(wǎng)GIS 相結(jié)合,快速定位故障位置,合理安排搶修力量,使報(bào)修服務(wù)由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng),有效縮短客戶停電時(shí)間,大幅度降低95598報(bào)修工單數(shù)量,避免搶修不及時(shí)引發(fā)的投訴輿情,提升客戶用電的優(yōu)良感知。