CN202026140U - 一种分布式配电室环境与配电综合监控系统 - Google Patents

Abstract

一种分布式配电室环境与配电综合监控系统，属于配电自动化技术领域。系统采用分级分布式结构，集环境监控和配电监控为一体，由监控中心子系统和1至64个配电室现场子系统构成。配电室现场子系统完成配电室相关环境参数与状态、配电参数与状态以及现场视频图像的监测、监视、处理和控制；多个配电室现场子系统通过广域网络，汇集到一个监控中心。监控中心子系统完成对多个配电室现场各类数据采集、存储、处理、远程控制、综合管理等，实现遥测、遥信、遥调、遥控和遥视。本实用新型功能丰富、扩展性好、监控管理能力强、安全可靠性高，有助于供电企业加强对10kV配电室的全面监控和管理能力，提高企业配电自动化技术水平。

Description

一种分布式配电室环境与配电综合监控系统

技术领域：

本实用新型涉及一种分布式配电室环境与配电综合监控系统，适用于配电自动化技术领域。 

背景技术：

随着城市规模的日益扩大，10kV配电室和开闭所呈几何级数的增长，而且具有高分散的特征，采用现代科技手段，对这些配电室和开闭所进行有效的监控、管理及调度，将大大提高管理运行的效率，有效提高突发事件的响应速度，大幅降低运行成本，对提高供电质量、提升供电企业的服务水平和社会满意度，具有重要意义。长期以来，10KV以上电压等级的变电站监控技术已日趋成熟，而10KV以下电压等级的配电室和开闭所监控系统的开发与应用才刚刚起步。从供电企业的实际需求方面看，10kV配电室和开闭所往往是无人值守，其监控系统应包括环境监控和配电监控两个部分。目前，在少数10kV配电室和开闭所中，开始有了部分单一的环境监控系统或者单一的配电监控系统投入使用，但这些系统普遍存在功能简单、标准不统一、扩展困难、监控管理能力有限、安全可靠性不高的问题，难以满足供电企业的现实需要。 

经文献检索，在10kV配电室环境与配电综合监控系统方面，还未见到与本实用新型相同的公开报道。 

发明内容：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种集配电室环境监控和配电监控于一体的分布式配电室环境与配电综合监控系统，一个监控中心能够实现对多个10kV配电室和开闭所环境和配电的综合监控。 

为实现上述目的，本实用新型采用分级分布式结构。在10kV配电室和开闭所现场配置现场监控子系统，完成配电室和开闭所现场环境参数与状态、配电参数与状态以及现场视频图像的监测、监视、处理和控制；多个配电室和开闭所现场子系统通过广域网络，汇集到一个监控中心。在监控中心，配置有中心监控子系统，完成对多个配电室的 各类数据采集、存储、处理、远程控制和综合管理；多个监控中心还能够通过广域网络，进一步汇聚到上一级总监控中心，完成对各监控中心的统一监控、管理和调度。 

本实用新型采用的技术方案是： 

一种分布式配电室环境与配电综合监控系统，系统采用多级分布式结构，集10KV配电室的环境监控和配电监为一体，包括监控中心子系统(101)和1至64个配电室现场子系统(103)。监控中心子系统(101)和1至64个配电室现场子系统(103)通过广域网络进行连接。 

本实用新型所述监控中心子系统(101)包括：与局域网(209)相连接的通信服务器(202)、数据库服务器(203)、GIS服务器(204)、WEB服务器(205)、视频服务器(206)、短信服务器(207)、北斗时间同步服务器(208)、可视对讲终端(210)、监控工作站(211)、管理工作站(212)，还包括通过广域网(102)相连接的智能手机或移动终端(201)以及配套的监控中心软件。 

按照本实用新型提供的分布式配电室环境与配电综合监控系统，所述通信服务器由一台或多台物理服务器及配套的通信服务软件构成。通信服务软件负责完成各配电室环境和配电监测实时数据与状态轮询采集处理，保存至数据库服务器的数据库中；接受配电室现场子系统的高优先级实时数据和状态主动上报、处理并保存至数据库；完成由监控中心软件下传到各配电室现场智能传感器、监测表计、综保装置的整定值或限值以及排风扇、智能门禁、及断路器执行机构的通信处理；当监控中心具有更上一级总监控中心时，还作为与上一级总监控中心进行数据交换的通信网关，将各配电室环境和配电监测数据转发至上一级总监控中心。 

按照本实用新型提供的分布式配电室环境与配电综合监控系统，所述监控中心子系统与配电室现场子系统通过广域网进行连接，广域网是光纤网、或3G网或无线专网。 

配电室现场子系统(103)包括与工业交换机单元(301)相连接的视频服务单元(302)、主控单元(304)、可视对讲单元(305)、与主控单元(304)相连接的CAN现场总线(307)、与CAN现场总线(307)相连接的数据测控单元(308)、自适应协议转换单元(309)，以及与数据测控单元(308)相连接的温度传感器(310)、湿度传感器(311)、SF6传感器(312)、明火传感器(313)、烟雾传感器(314)、红外入侵传感器(315)、水浸传感器(316)、门磁传感器(317)、窗磁传感器(318)、排风扇(319)、智能门禁(320)，与自适应协议转换单元(309)相连接的高压配电柜测量表计(321)、高压配电柜综保装置(322)、变压器测量表计(323)、变压器 综保装置(324)、低压配电柜测量表计(325)、低压配电柜综保装置(326)以及配套的嵌入式配电室现场综合监控固件。 

按照本实用新型提供的分布式配电室环境与配电综合监控系统，所述数据库服务器上运行数据库管理系统，用于存储各配电室的实时数据、历史数据、管理数据和过程数据，作为整个系统的数据存储中心。 

按照本实用新型提供的分布式配电室环境与配电综合监控系统，所述GIS服务器为整个系统提供各配电室所在地域的地理信息数据服务，当系统所属配电室出现报警事件时，监控中心软件能够根据GIS服务器提供的地理信息数据，在地图上给出报警图示。 

按照本实用新型提供的分布式配电室环境与配电综合监控系统，所述WEB服务器通过广域网提供系统所连接配电室的授权异地监控和移动监控服务。 

按照本实用新型提供的分布式配电室环境与配电综合监控系统，所述北斗时间同步服务器为整个系统提供同步基准定时，保证各配电室现场子系统及其带有时间特性的智能装置能够按照统一时间基准进行数据采集、事件记录和执行同步操作，有效保证系统安全性和时间同步性。 

按照本实用新型提供的分布式配电室环境与配电综合监控系统，所述视频服务器通过广域网，从各配电室视频监控单元获取实时视频图像，为在监控中心进行多画面图像显示播放提供视频数据，并能够作为各配电室视频监控单元视频录像的备份存储，当某一配电室现场子系统的视频监控单元失效时，能够从该视频服务器获得历史录像视频数据。 

按照本实用新型提供的分布式配电室环境与配电综合监控系统，所述监控工作站和管理工作站根据配电室接入规模，由一台或多台PC构成，运行配套的监控中心软件，用于整个系统的监控和管理。 

按照本实用新型提供的分布式配电室环境与配电综合监控系统，所述智能手机和移动终端采用无线连接方式，通过广域网连接到监控中心子系统，对各配电室的授权监测数据查询和实时视频图像查看。 

本实用新型所述的配电室现场子系统(103)包括：与工业交换机单元(301)相连接的视频服务单元(302)、主控单元(304)、可视对讲单元(305)、与主控单元(304)相连接的CAN现场总线(307)、与CAN现场总线(307)相连接的数据测控单元(308)、自适应协议转换单元(309)，以及与数据测控单元(308)相连接的温度传感器(310)、湿度传感器(311)、SF6传感器(312)、明火传感器(313)、烟雾传感器(314)、 红外入侵传感器(315)、水浸传感器(316)、门磁传感器(317)、窗磁传感器(318)、排风扇(319)、智能门禁(320)，与自适应协议转换单元(309)相连接的高压配电柜测量表计(321)、高压配电柜综保装置(322)、变压器测量表计(323)、变压器综保装置(324)、低压配电柜测量表计(325)、低压配电柜综保装置(326)以及配套的嵌入式配电室现场综合监控固件。 

按照本实用新型提供的分布式配电室环境与配电综合监控系统，所述配电室现场子系统主控单元(304)由嵌入式处理器、通信接口电路及触摸式LCD显示屏构成，运行嵌入式操作系统和嵌入式配电室现场综合监控固件。 

按照本实用新型提供的分布式配电室环境与配电综合监控系统，所述配电室现场子系统视频服务单元视频服务单元(302)能连接多个摄像头，提供配电室多点多角度视频摄像。 

按照本实用新型提供的分布式配电室环境与配电综合监控系统，所述可视对讲单元(305)与工业交换机相连接，能够通过IP网络与监控中心可视对讲终端进行可视对讲。 

按照本实用新型提供的分布式配电室环境与配电综合监控系统，所述数据测控单元(308)与温度传感器、湿度传感器、SF6传感器、明火传感器、烟雾传感器、红外入侵传感器、水浸传感器、门磁传感器、窗磁传感器、排风扇、智能门禁相连接，提供数据采集和可控对象控制，同时通过CAN现场总线(307)与主控单元(304)相连接。 

按照本实用新型提供的分布式配电室环境与配电综合监控系统，所述自适应通信协议转换单元(309)与高压配电柜测量表计、高压配电柜综保装置、变压器测量表计、变压器综保装置、低压配电柜测量表计、低压配电柜综保装置相连接，完成相应表计和装置的通讯协议转换并与CAN现场总线(307)相连接。 

本实用新型的有益效果： 

1、本实用新型采用多级分布式结构，将10KV配电室的环境监控和配电监控融为一体，一个监控中心能够同时对1至64个配电室进行全面综合监控和统一管理，除实时采集各配电室环境、配电运行参数与状态外，还能对配电室内的控制机构，及配电开关装置进行远程控制，同时也能够实时监视各配电室的视频图像，使各配电室的实时运行状况在监控中心得到直观表现，实现对各配电室现场的遥测、遥信、遥调、遥控和遥视。 

2、本实用新型能够利用智能手机或移动终端对各配电室进行移动监控，使供电企业操作人员能够随时随地查看各配电室环境和配电的实时运行状况和历史运行状况，并监视各配电室现场实时视频图像，方便了操作人员工作，提高工作实效性和时效性。 

3、本实用新型的配电室现场子系统采用CAN现场总线实现各种智能仪表与主控单元的连接，使系统除具有主控单元定时轮询采集配电室环境与配电数据和状态能力外，还能够在当配电室现场出现环境与配电报警事件时，及时主动上报报警事件信息，有效提高报警的实时性。 

4、本实用新型的配电室现场子系统提供的主控单元具有触摸式人机操作界面，除了能够直观显示配电室现场各类实时工况外，还能够使操作人员在远离高压配电柜的情况下，通过触摸屏操作，控制配电室内高压配电柜上的各类断路器和开关，确保操作人员的人身安全。 

附图说明：

图1是本实用新型分布式配电室环境与配电综合监控系统的组成结构示意图。 

图2是本实用新型监控中心子系统组成结构示意图。 

图3是本实用新型配电室现场子系统组成结构示意图。 

具体实施方式：

如图1所示，本实用新型所述分布式配电室环境与配电综合监控系统由分别与广域网102相连接的监控中心子系统101和1至64个配电室现场子系统103组成。 

如图2所示，本实用新型所述的监控中心子系统由分别与局域网209相连接的通信服务器202、数据库服务器203、GIS服务器204、WEB服务器205、视频服务器206、短信服务器207、北斗时间同步服务器208、可视对讲终端210、监控工作站211、管理工作站212组成，局域网209通过广域网102与监控中心子系统101相连接，智能手机或移动终端201通过广域网102与监控中心子系统相连接。 

如图3所示，本实用新型所述的配电室现场子系统分别由与工业交换机单元301相连接的视频服务单元302、主控单元304、可视对讲单元305、与主控单元304相连接的CAN现场总线307、与CAN现场总线307相连接的数据测控单元308、自适应协议转换单元309，以及与数据测控单元308相连接的温度传感器310、湿度传感器311、SF6传感器312、明火传感器313、烟雾传感器314、红外入侵传感器315、水浸传感器316、门磁传感器317、窗磁传感器318、排风扇319、智能门禁320，与自适应协议转换单元309相连接的高压配电柜测量表计321、高压配电柜综保装置322、变压器测量表计323、变压器综保装置324、低压配电柜测量表计325、低压配电柜综保装置326组成。本实用新型所述的配电室现场 子系统还包括为系统各单元提供低压稳压电源的电源单元306。工业交换机单元301通过广域网102与监控中心子系统相连接。 

具体实施时： 

监控中心子系统中的通信服务器202、数据库服务器203、GIS服务器204、WEB服务器205能根据系统所接入的配电室数量和规模构建在一台和多台物理服务器上。 

通信服务器202是一个基于TCP/IP协议的与配电室进行数据通信的抽象层应用服务软件模块，每当接入一个配电室现场子系统时，通信服务器202创建并启动一个对应配电室现场子系统的通信服务，该通信服务按照定时巡回方式从对应配电室现场子系统采集实时数据，并与数据库服务器203进行通信，将采集到的数据保存到数据库服务器203的实时数据库中。当通信服务器202接收到监控中心软件发出的控制命令或设置的定值、限值数据时，对应的通信服务随即将命令或数据发送到对应配电室现场子系统，由配电室现场子系统作出响应。当通信服务接收到对应配电室现场子系统主动上报的数据或状态(报警事件)时，该通信服务除将收到的数据或状态保存到数据库服务器203的实时数据库外，还通知监控中心软件即刻作出响应和处理。 

数据库服务器203作为整个系统的数据存储中心，运行数据库管理系统软件，响应监控中心软件的数据请求，存储来自通信服务器202采集到的各配电室实时数据、历史数据，同时用于存储整个系统的管理数据和过程数据。 

GIS服务器204运行GIS应用服务软件，保存有各配电室所在地域的地理信息数据，提供地图无级缩放和漫游，当系统所属配电室出现报警事件时，监控中心软件能够根据GIS服务器204提供的地理信息数据绘制出报警配电室所在区域的放大地图，并在配电室所在地图位置上显示出报警图标，不同级别的报警事件用不同颜色图标进行标识，方便工作人员迅速判别出报警配电室地理位置和报警等级，同时根据地图提供的导航路径前往报警配电室处理报警事件。 

WEB服务器205通过广域网102和数据库服务器203以WEB方式提供异地监控和移动监控服务，使系统除在监控中心具有监控能力外，还能通过Intranet或Internet对各配电室进行远程监控或移动监控。对于移动监控，采用智能手机或移动终端201通过无线方式连接，接入到监控中心子系统，对各配电室的监测数据进行查询和实时视频图像监控，实现移动监控和移动办公。 

北斗时间同步服务器208为整个系统提供同步时间，保证监控中心的计算机设备和各配电室现场子系统及其带有时间特性的智能装置能够按照统一的基准时钟进行数据 采集、处理、事件记录和执行同步操作，能够保证系统整体时间同步性，也能够保证在进行事故回溯时具有准确的时间依据。同时，由于北斗卫星授时系统是中国自已的授时系统，具有更高的安全性能。 

视频服务器206通过广域网102和配电室现场的工业交换机301及视频监控单元302，获取各配电室现场的视频图像，能够实现在监控中心的监控工作站211上进行多画面实时视频图像显示或历史视频图像回放。并能作为各配电室视频监控单元302的视频录像备份存储，当某一配电室现场子系统的视频监控单元302失效时，还能从视频服务器206获得历史录像视频数据。 

监控工作站211和管理工作站212作为整个系统的监控终端和管理终端，根据配电室接入系统的规模，由一台或多台PC构成，用于整个系统的监控和管理，运行配套的监控中心软件，完成如下工作：a.采集各配电室环境与配电实时数据和状态，并以可视化图形方式进行显示，当监测到报警状态时，能够以语音和文字方式进行播报和显示，并在GIS地图上定位到报警配电室所在位置，按报警紧急程度进行区别图示。b.设定和管理各配电室相关智能传感器、测量表计、综保装置的整定值和限值，并将整定值和限值下传到相应装置中。c.在授权条件下远程控制指定配电室子系统中的可控对象，包括排风扇、配电柜断路器或开关、传感器复位、表计装置复归，并能够进行指定配电室现场系统的远程开闭锁控制。d.对各配电室实时视频图像进行多画面显示，回放各配电室历史视频图像，并能对各配电室的摄像头进行方向、焦距控制。e.进行实时数据管理、历史数据管理、权限管理、操作票管理、智能门禁卡管理、报警短信手机管理、告警短信内容管理和报表管理。 

配电室现场子系统的主控单元304是现场子系统的控制核心，指挥和协同视频服务单元302、数据测控单元308、自适应通信协议转换单元309的工作，由嵌入式处理器、以太网接口电路、CAN接口电路和触摸式LCD显示屏构成，基于嵌入式操作系统和嵌入式数据库，运行嵌入式配电室现场综合监控固件，完成如下工作：a.以定时轮询方式，通过CAN现场总线307从数据测控单元308及自适应通信协议转换单元309分别采集配电室环境相关传感器的参数和状态、配电监测表计及综保装置的电参量数据和状态，在触摸式LCD显示屏以图形化方式进行显示和实时曲线绘制，同时将这些数据和状态保存到嵌入式数据库中，用于历史数据查询和历史曲线绘制。b.当与数据测控单元308相连接的各类传感器或者与自适应通信协议转换单元309相连接的各类检测表计和综保装置出现报警事件时，嵌入式配电室现场综合监控固件能够及时接收到由数据测控单元308 和自适应通信协议转换单元309主动上报的报警事件信息，在存入嵌入式数据库的同时立即向监控中心上报。c.通过触摸式LCD显示屏显示的图形化操作界面，工作人员能够采用触摸方式切换实时数据和状态显示控制界面、实时曲线显示界面、历史数据查询界面、历史数据显示界面等人机交互界面，控制排风扇、智能门禁门锁的开关状态以及高低压配电柜的各种断路器和开关的分合状态。 

多路摄像头303通过视频线和控制线分别连接到视频服务单元302和主控单元304。接入到主控单元304的多路视频图像，能够在主控单元302的LCD显示屏上进行显示。接入到视频服务单元302的图像经压缩处理后，一方面进行本地录像存储，另一方面通过工业交换机单元301和广域网102发送到监控中心，提供监控中心进行录像和实时视频监视。 

配电室现场子系统的可视对讲单元305通过工业交换机单元301和和广域网102，连接监控中心子系统的可视对讲终端210，实现监控中心与配电室现场之间的可视对讲，此外，在监控中心，还能够通过可视对讲终端210和配电室子系统的可视对讲单元305，实现对配电室现场的音频监听。 

配电室现场子系统的数据测控单元308由嵌入式处理器、模拟量输入电路、A/D转换电路、开关量输入输出电路和CAN接口电路构成，在主控单元304的控制下，分别完成温度传感器310、湿度传感器311、SF6传感器312的模拟量数据采集和明火传感器313、烟雾传感器314、红外入侵传感器315、水浸传感器316、门磁传感器317、窗磁传感器318的开关量数据采集，同时完成对排风扇319、和智能门禁320的开关量输出控制。 

配电室现场子系统的自适应通信协议转换单元309由嵌入式处理器和多路RS232/RS485通信接口电路、多路CAN通信接口电路构成，多路RS232/RS485通信接口分别与高压配电柜测量表计321、高压配电柜综保装置322、变压器测量表计323、变压器综保装置324、低压配电柜测量表计325、低压配电柜综保装置326相连接；多路CAN通信接口通过CAN现场总线307连接到主控单元304。运行于嵌入式处理器内的通信协议转换固件完成所连接的各类测量表计、装置自身通信协议与CAN标准协议的自适应转换。 

Claims (3)

1.一种分布式配电室环境与配电综合监控系统，其特征在于系统采用多级分布式结构，集10KV配电室的环境监控和配电监为一体，包括监控中心子系统(101)和1至64个配电室现场子系统(103)。

2.权利要求1所述的分布式配电室环境与配电综合监控系统，其特征在于监控中心子系统(101)包括：与局域网(209)相连接的通信服务器(202)，数据库服务器(203)，GIS服务器(204)，WEB服务器(205)，视频服务器(206)，短信服务器(207)，北斗时间同步服务器(208)，可视对讲终端(210)，监控工作站(211)，管理工作站(212)；通过广域网(102)相连接的、能够以移动方式接入配电室现场子系统(103)、随时随地查看各配电室环境和配电的实时运行状况和历史运行状况、并监视各配电室现场实时视频图像的智能手机或移动终端(201)；以及配套的通过GIS服务器(204)保存各配电室所在地域的地理信息数据、支持地图无级缩放和漫游、当系统所属配电室出现报警事件时、能够根据GIS服务器(204)提供的地理信息数据、绘制出报警配电室所在区域的放大地图、提供出导航路径、并在配电室所在地图位置上显示出报警图标、不同级别的报警事件用不同颜色图标进行标识的监控中心软件。

3.权利要求1所述的分布式配电室环境与配电综合监控系统，其特征在于配电室现场子系统(103)包括：与工业交换机单元(301)相连接的视频服务单元(302)，定时轮询采集配电室环境与配电数据和状态的、具有触摸式人机操作界面，能够直观显示配电室现场各类实时工况，并使操作人员在远离高压配电柜的情况下，通过触摸屏操作，控制配电室内高压配电柜上的各类断路器和开关，能够通过监控中心子系统(101)远程锁定和通过操作票授权控制的主控单元(304)，可视对讲单元(305)，与主控单元(304)相连接的CAN现场总线(307)；与CAN现场总线(307)相连接、将配电室现场出现的环境与配电报警事件及时主动上报给主控单元(304)的数据测控单元(308)和自适应协议转换单元(309)；以及与数据测控单元(308)相连接的温度传感器(310)，湿度传感器(311)，SF6传感器(312)，明火传感器(313)，烟雾传感器(314)，红外入侵传感器(315)，水浸传感器(316)，门磁传感器(317)，窗磁传感器(318)，排风扇(319)，能够通过监控中心子系统(101)远程控制和主控单元(304)就地控制的智能门禁(320)；与自适应协议转换单元(309)相连接的能够兼容不同厂家、不同通信协议的高压配电柜测量表计(321)，高压配电柜综保装置(322)，变压器测量表计(323)，变压器综保装置(324)，低压配电柜测量表计(325)，低压配电柜综保装置(326)，以及配套的嵌入式配电室现场综合监控固件。

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