10kV箱變、環(huán)網(wǎng)柜智能除濕系統(tǒng)
技 術(shù) 方 案
江蘇征途電氣科技有限公司
2024年9月
一、背景概述
箱式變電站及環(huán)網(wǎng)柜是城市配電網(wǎng)的重要組成部分，承擔(dān)著電纜線路分段及臺(tái)區(qū)的降壓供電任務(wù)。隨著電網(wǎng)配電自動(dòng)化覆蓋率的大幅提升，智能融合終端和配電站所終端作為配電自動(dòng)化的終端設(shè)備已得到大量運(yùn)用。使配電網(wǎng)的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)得到了可靠采集，并于各種配電終端設(shè)備中進(jìn)行匯聚計(jì)算以及遠(yuǎn)傳上送，大大提高了城市配電網(wǎng)的智能化、自動(dòng)化水平。
但是與安全穩(wěn)定運(yùn)行緊密相關(guān)的輔助類信息卻未做到可靠有效的采集和上傳，以至于配電線路以及配電設(shè)備的整體智能化水平不高。配電設(shè)備和輔助設(shè)備的狀態(tài)缺乏監(jiān)測、監(jiān)控、無法及時(shí)獲知，導(dǎo)致在實(shí)際運(yùn)行過程中總是存在著各種痛點(diǎn)問題，例如：柜內(nèi)空氣濕度較高，容易造成母線相與相間、相與地間放電，以及在柜體內(nèi)壁產(chǎn)生凝露，引發(fā)套管爬電污閃故障，配變樁頭發(fā)熱導(dǎo)致起火、配變絕緣劣化造成短路事故、配變過載造成配變燒毀、柜內(nèi)電氣連接點(diǎn)接觸電阻過大引發(fā)火災(zāi)、配電設(shè)備被外力破壞、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡化（極端天氣、嚴(yán)重汛情或城市內(nèi)澇等）影響可靠供電及設(shè)備安全等。臺(tái)區(qū)中所存在的這些問題明顯不符合新型電力系統(tǒng)的特征和建設(shè)要求。
所以,為解決目前箱式變電站和環(huán)網(wǎng)柜普遍存在的痛點(diǎn)問題，及時(shí)獲知配電設(shè)備、輔助設(shè)備以及配電設(shè)備周邊環(huán)境的各種狀態(tài)，就需要在上述設(shè)備中部署一套基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，具備采集功能、匯聚功能、邊緣計(jì)算功能以及上傳功能的智能感知系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)上述配電設(shè)備的本體狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的多方式、全方位感知，實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備可全景遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常工況，并通知運(yùn)維人員進(jìn)行快速處理，從而真正實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修。當(dāng)隱患發(fā)生時(shí)，可以提前發(fā)現(xiàn)，及時(shí)預(yù)警，使運(yùn)檢部門可以安排轉(zhuǎn)供電并進(jìn)行提前檢修；當(dāng)故障發(fā)生或運(yùn)行環(huán)境惡化時(shí)，可以及時(shí)告警，使運(yùn)檢部門在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行處置（停電檢修或復(fù)電）操作。從而縮短停電時(shí)間、提高供電可靠性，同時(shí)保證配電設(shè)備、配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及有效防止可能發(fā)生的觸電導(dǎo)致人身傷亡的風(fēng)險(xiǎn)。
二、系統(tǒng)簡述
本系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)電力物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，由感知采集、除濕控制設(shè)備、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、匯聚（邊緣計(jì)算）及上傳設(shè)備組成。通過部署不同的感知采集、除濕控制設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及環(huán)境狀態(tài)信息的采集；通過配置不同的匯聚上傳設(shè)備，系統(tǒng)可以部署在配電自動(dòng)化已覆蓋或未覆蓋區(qū)域（未來可根據(jù)配電終端部署情況再進(jìn)行接入），真正實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備及周邊環(huán)境的可觀、可測、可控，打造符合新型電力系統(tǒng)建設(shè)要求的智慧配電網(wǎng)。
三、技術(shù)方案
1、感知采集、除濕方案
針對(duì)箱式變電站及環(huán)網(wǎng)柜中目前存在的各種問題，可通過部署不同類型的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并匯聚至邊緣計(jì)算設(shè)備（環(huán)境監(jiān)測主機(jī)網(wǎng)關(guān)）進(jìn)行運(yùn)算處理工作，使整個(gè)臺(tái)區(qū)透明化，讓設(shè)備的狀態(tài)可觀、可測、可控。
對(duì)于環(huán)境濕度較大的地區(qū)，在配電設(shè)備柜內(nèi)加裝除濕設(shè)備。除濕設(shè)備與集中器通過有線方式進(jìn)行信息交互。設(shè)備可獨(dú)立運(yùn)行，也可以與其他傳感器通過集中器（邊緣計(jì)算設(shè)備）進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。在環(huán)網(wǎng)柜不停電的情況下安裝柜外微正壓新風(fēng)裝置，使柜內(nèi)外溫度無溫差，破壞凝露條件。
2）通過柜內(nèi)安裝溫濕度傳感器采集柜內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，可用于多參量分析設(shè)備狀態(tài)或是聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備，例如啟動(dòng)通風(fēng)或除濕設(shè)備。與集中器通過無線通訊（LoRa）方式進(jìn)行信息交互。
3）針對(duì)電纜溝進(jìn)水的情況，可以在電纜溝中部署水浸傳感器，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水浸問題并上報(bào)。與集中器通過無線通訊（LoRa）方式進(jìn)行信息交互。
4）針對(duì)設(shè)備遭到外力破壞，例如柜門非正常開啟，則可以通過高清廣角攝像機(jī)予以監(jiān)視，所記錄的影像資料便于進(jìn)行事件分析和追溯。與集中器通過無線通訊（LoRa）方式或有線方式進(jìn)行信息交互。高清廣角攝像機(jī)配合AI算法后，還可以用于人員行為的識(shí)別。
5）針對(duì)所有電氣連接點(diǎn)的異常溫升問題，通過在電氣連接部位安裝新型的無源無線電纜頭溫度傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集各個(gè)電氣連接點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)。新型的無源無線溫度傳感設(shè)備具有高精度溫度測量能力以及極低負(fù)荷電流情況下的工作能力。與集中器通過無線通訊（LoRa）方式進(jìn)行信息交互。
6）針對(duì)設(shè)備絕緣劣化、破損等造成的放電情況，通過于柜內(nèi)安裝各種原理（特高頻、地電波或超聲波）的局部放電傳感器，采集設(shè)備的局部放電數(shù)據(jù)。與集中器通過無線通訊（LoRa）方式進(jìn)行信息交互。
7）針對(duì)嚴(yán)重汛情或城市內(nèi)澇帶來的配電設(shè)備被水浸泡的情況，可以通過部署水位傳感器，主機(jī)帶AI識(shí)別功能提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備周邊的環(huán)境惡化情況，便于提前做出正確的處置措施。傳感器以及攝像設(shè)備與集中器通過無線通訊（LoRa）方式以及有線方式進(jìn)行信息交互。
8）在未來的實(shí)際運(yùn)用中，還會(huì)產(chǎn)生各種新的需求。因?yàn)橛辛舜讼到y(tǒng)的存在，只需部署新的感知采集設(shè)備即可，臺(tái)區(qū)的智能化水平也將越來越高。
9）微區(qū)域智輔感知采集設(shè)備匯總列表：
序號(hào)
解決的痛點(diǎn)問題
解決方法
上行通訊方式
1
10KV箱變及環(huán)網(wǎng)柜環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)測、聯(lián)動(dòng)控制、邊緣計(jì)算、本地顯示、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)上報(bào)及控制
安裝柜外壁掛式環(huán)境監(jiān)測主機(jī)網(wǎng)關(guān)（功率20W）
有線/無線、4G通訊
2
電氣柜潮濕嚴(yán)重，除濕、凝露
安裝柜內(nèi)防凝露控制裝置（60W*4臺(tái)）
有線通訊
3
柜內(nèi)空氣流動(dòng)
安裝微正壓新風(fēng)裝置（60W）
有線/無線通訊
4
柜內(nèi)環(huán)境監(jiān)測
安裝溫濕度傳感設(shè)備（1W）
有線/無線通訊
5
電纜溝進(jìn)水、電纜泡水
安裝水浸傳感器（1W）
無線通訊
6
柜門外場景可視化監(jiān)測
安裝高清廣角攝像設(shè)備（5W）
有線通訊
防外力破壞監(jiān)測
7
絕緣劣化、破損
安裝電纜頭測溫、局部放電傳感器（選配2W）
無線通訊
2、匯聚及上傳方案
1）目前可采用方案
為保證在短期內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)上述智輔功能，可先將所有感知采集、除濕聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備所收集的信息通過有線或無線（LoRa）方式匯聚至具備4G通訊功能的智輔集中器（環(huán)境監(jiān)測主機(jī)網(wǎng)關(guān)），然后由智輔集中器（環(huán)境監(jiān)測主機(jī)網(wǎng)關(guān)）通過4G公網(wǎng)/專網(wǎng)遠(yuǎn)傳至后臺(tái)系統(tǒng)。
具體架構(gòu)及傳輸路徑見以下示意圖：
智輔集中器（環(huán)境監(jiān)測主機(jī)網(wǎng)關(guān)）具備無線通訊、有線通訊功能以及公網(wǎng)無線通訊功能，同時(shí)具備邊緣計(jì)算功能，并具備AI功能。
2）未來可采用方案
未來配置了智能配電終端后，可以取消智輔集中器，采取傳感采集設(shè)備直接與智能配電終端中的本地通訊模塊互聯(lián)方式，由智能配電終端做為邊緣計(jì)算以及上傳設(shè)備；或是保留智輔集中器做為邊緣計(jì)算設(shè)備與智能配電終端互聯(lián)，僅將計(jì)算結(jié)果上報(bào)至智能配電終端，甚至可以通過智輔集中器直接上傳視頻信號(hào)，以此減輕智能配電終端的算力壓力以及數(shù)據(jù)流量壓力。
具體架構(gòu)及傳輸路徑見以下示意圖：
四、針對(duì)除濕試點(diǎn)項(xiàng)目的技術(shù)方案細(xì)化
1、感知監(jiān)測、除濕聯(lián)動(dòng)方案
溫濕度傳感器溫度測量范圍：-40℃～85℃，精度：±0.5℃，濕度測量：范圍：5～95%RH，精度：±3%RH。
柜內(nèi)排水型除濕（柜內(nèi)防凝露控制裝置），采用先進(jìn)的半導(dǎo)體制冷技術(shù)除濕，可設(shè)置柜內(nèi)濕度高于65%時(shí)啟動(dòng)除濕機(jī)，低于60%時(shí)關(guān)閉除濕功能，單臺(tái)抽濕量24小時(shí)抽濕320mL。
微正壓新風(fēng)和排水型除濕相結(jié)合有效的防止環(huán)網(wǎng)柜凝露。
裝置主體空氣流動(dòng)示意如下：
殼體進(jìn)氣口初級(jí)過濾 → 活性炭濾芯精過濾 → 離心風(fēng)機(jī)加壓 → 背面出風(fēng)口排出。
柜內(nèi)溫度高于40℃，風(fēng)機(jī)自動(dòng)開啟，不斷向柜內(nèi)鼓風(fēng)，起到通風(fēng)散熱的作用；柜內(nèi)濕度大于75%、柜內(nèi)外溫差超過5℃時(shí)，風(fēng)機(jī)自動(dòng)開啟，不斷向柜內(nèi)鼓風(fēng)，加速柜內(nèi)柜外空氣交換，使柜內(nèi)柜外溫度趨于相同，使柜內(nèi)凝露條件難以出現(xiàn)；環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)溫度低于30℃、濕度小于60%，此時(shí)柜內(nèi)空氣比較干燥，風(fēng)機(jī)間歇性開啟進(jìn)行通風(fēng)，起到定期進(jìn)行柜內(nèi)柜外空氣交換的目的；環(huán)網(wǎng)柜外濕度大于柜內(nèi)濕度時(shí)，風(fēng)機(jī)停止，只開啟排水型除濕器，杜絕柜外高濕隨風(fēng)機(jī)通風(fēng)進(jìn)入環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)。
注：為了使柜內(nèi)空氣能按上圖示意方式流動(dòng)，開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜、箱變等設(shè)備柜體要進(jìn) 行必要的密封處理，將柜體原有的通風(fēng)口、縫隙進(jìn)行必要封堵，只在裝置安裝部分的對(duì)側(cè)留出出風(fēng)口，這樣，才有利于在柜內(nèi)形成微正壓，保證空氣從柜體一側(cè)進(jìn)入，從另一側(cè)排出。柜門縫等則不必進(jìn)行封堵，因?yàn)檫@些縫隙很小，空氣的摩擦力很大，對(duì)微正壓條件的形成影響不大。
于環(huán)網(wǎng)柜及柜變內(nèi)部靠近柜門位置的下方，敷設(shè)水浸傳感器的感應(yīng)線，并部署水浸傳感器，用以監(jiān)視水是否已經(jīng)進(jìn)入配電設(shè)施。
于柜變右側(cè)安裝立桿，立桿上部署高清槍機(jī)一臺(tái)，用于拍攝柜變和環(huán)網(wǎng)柜以及基礎(chǔ)部分。通過AI人工智能進(jìn)行監(jiān)測。
2、匯聚上傳方案
采用邊緣計(jì)算環(huán)境監(jiān)測主機(jī)網(wǎng)關(guān)用來收集所有傳感器信息以及攝像機(jī)視頻。邊緣計(jì)算主機(jī)網(wǎng)關(guān)具備邊緣計(jì)算能力以及AI人工智能識(shí)別能力，結(jié)合采集到的感知信息進(jìn)行除濕聯(lián)動(dòng)判斷，并及時(shí)給出預(yù)警和告警。環(huán)境監(jiān)測主機(jī)網(wǎng)關(guān)安裝于固定在柜外防水柜體內(nèi)，柜體內(nèi)自帶溫濕度傳感器。
3、系統(tǒng)部署示意圖
4、電源供給方案
交流電源從413開關(guān)處接引，通過地埋金屬管引至立桿處，向環(huán)境監(jiān)測主機(jī)網(wǎng)關(guān)及攝像機(jī)供電。傳感器安裝于配電設(shè)備柜內(nèi)，盡量采用外部供電方式。
5、遠(yuǎn)傳及后臺(tái)方案
暫時(shí)采用無線4G公網(wǎng)方式進(jìn)行遠(yuǎn)傳，數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，所有信息需做好脫敏工作。后臺(tái)具備推送功能，及時(shí)向運(yùn)維人員推送預(yù)警及報(bào)警信息。
6、AI人工智能方案（擴(kuò)展）
AI人工智能需能夠準(zhǔn)確識(shí)別道路水淹以及基礎(chǔ)泡水的情況，并能通過識(shí)別水位標(biāo)尺的刻度來進(jìn)行預(yù)警或報(bào)警。
7、方案實(shí)施
①本次智能除濕系統(tǒng)技術(shù)方案安裝主要目的是用于環(huán)境監(jiān)測、除濕聯(lián)動(dòng)控制及視頻監(jiān)控。
②總體除濕配置方案確定后，進(jìn)行安裝和測試。系統(tǒng)后臺(tái)采用服務(wù)器，暫時(shí)利用公網(wǎng)4G進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，預(yù)警及報(bào)警應(yīng)能夠進(jìn)行信息推送。
③設(shè)備的安裝、測試參與。
8、方案效果
本次箱變、環(huán)網(wǎng)柜智能除濕系統(tǒng)投入運(yùn)行后，先能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)前最需要的環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測、除濕聯(lián)動(dòng)控制和視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)能夠及時(shí)將監(jiān)控信息上報(bào)，幫助運(yùn)維人員按照除濕等級(jí)做出正確的處置決策。未來陸續(xù)擴(kuò)展系統(tǒng)功能后，可以實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備的全景智能化可觀、可測、可控，從而提升配電網(wǎng)的智能化水平，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的智能運(yùn)維。
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