基于MEMS结构的配电站环境状态监测及自动化装置的研究

摘要：本文研究的配电站智能方案设计综合考虑了功能实用、技术先进、运行可靠、经济合理、可扩展等方面，充分满足配电站综合技术防范的功能要求，以电力物联网建设总体规划为目标，本着科学规划、安全可靠、资源共享的原则，将基于MEMS（微机电系统）结构的配电站项目建设成为国内现代化、信息化、数字化的配电站。

探讨基于MEMS(微机电系统)结构的配电站环境状态监测和自动化运维装置的意义。

1.1MEMS(微机电系统)的定义。

MEMS-微电子机械系统、微系统、微机械等。是一种尺寸只有几毫米甚至更小的高科技装置。同时，MEMS内部结构的尺寸一般为几微米甚至几纳米，是一个独立的智能系统。

1.2国内外配电站环境状态监测及自动化运维装置的发展趋势。

1.2.1国内发展趋势。

随着社会和时代的不断发展，随着现代通信技术和监控终端技术的发展，配电站监控系统也朝着多功能、智能化、模块化的方向发展。由于现代输配电监控设备，其监控模式已转变为通过监控设备实现对电力系统运行安全和电能质量监控的研究。根据配电站监控量的多样性，监控量分为两部分:电相关监控量包括屏蔽层电位、接地电流、体电阻电容、护套绝缘电阻、局部放电等。非电监测量包括湿度、气体、水浸等。

电气控制主要通过断路器、接触器、热维护电器、控制继电器、各种主电器等组合的开关控制柜实现配电、控制和保护功能，通过互感器和各种电气仪表实现数据采集和监控功能。这种传统的开关柜和仪器配备了各种指针刻度仪器和继电器，产生了模拟效果，给管理、存储、维护和查询带来了很多麻烦。因此，这种以人工操作为主的方式对员工的综合素质要求很高。

随着计算机网络技术、微处理器技术、抗干扰技术等新技术的快速发展，电力自动化技术有了很大的发展空间。这些技术应用于配电领域，实现了传统采集控制与网络通信的结合，诞生了智能开关柜及相关产品。

1.2.2国外发展趋势。

目前，基于现场总线开发的国际配电管理系统已成熟开发和市场化应用。随着以人为本的发展理念、电气设备控制自动化和智能化的要求、电网安全和用电质量的要求越来越高，企业需要将资源、计划和管理相结合，使公司的管理水平达到更高的水平，实现高透明度，这已成为必然的发展趋势。现场总线技术在高低压配电领域得到了广泛的应用，但当时部署的监控系统仍存在一些不足。

(1)监控单一，远程部署无法实现。

过去，配电站使用的监控系统主要为设备制造商提供，差异很大，监控项目单一，主要为电力信息的实时显示状态，无综合监控、远程报警和辅助维护功能。

(2)软件技术不统一，可扩展性不强。

智能设备发展初期，各厂商监控系统基础软件技术不统一，协议和标准不统一，规定按照自己的理解构建。使得后续设备相互无关，可扩展性不强。

(3)其使用界面和接口单一，数据过于专业。

配电站基本都有专业的室内监控操作室，没有远程监控操作能力，与现阶段智能手机、精准主页管理等技术不兼容。

1.2.3国内外配电站环境状态监测及自动化运维装置探索。

国内外关于配电站综合在线监控的方法很多，已经投入到实际应用中。但目前配电站综合监控系统将各独立监控系统采集的实时状态参数传输集成到统一监控平台上，实现了基本的监控功能，但系统内部没有信息交互，设备状态评价指标单一，容易导致其信息孤岛。

1.3探讨了基于MEMS(微机电系统)结构的配电站环境状态监测和自动运维装置的功能。

1.3.1可以提高企业员工的工作质量。

通过MEMS(微机电系统)传感器采集技术、坐标定位技术、设备建模技术、地理编码技术、路径导航技术等应用技术，可以帮助企业工作人员逐步提高配电站的环境温湿度、水浸和气体浓度等具体信息，实时监控配电站的关键指标，提高企业工作人员的工作质量和效率。

1.3.2可提供快速故障定位导航，提高相关设备的抢修响应效率。

配电站环境状态监测和基于MEMS(微机电系统)结构的自动化运维装置，可通过各种前端感知设备获取配电站室内环境、高压开关状态、低压电气参数、电缆层状态、安全等具体信息。如果信息异常或报警，配电站工作人员可以通过相关手机APP或电脑APP直接查看维修信息，并准确定位导航到信息故障位置。

1.3.3打通报警、维修、复电流程环节，有效规范工作步骤。

配电站的环境状态监测和自动化运维装置的研究，可以完善传统的配电站巡线-发现-通知-维修-复电的检查流程模式，完善报警-维修-复电的流程模式。同时，配电站需要安排不同的责任人员使用相同的APP，顺利完成故障报警通知、维修复电等流程环节，有效规范工作步骤。

2 基于MEMS(微机电系统)结构的配电站环境状态监测和自动化运维装置的技术原理。

2.1移动互联网服务。

采用移动互联网技术，通过后台数据和服务，提供故障自动报警通知能力，在故障后几分钟内通过后台服务和前端应用，给出故障位置和时间指示信息，通过APP通知将故障信息发送到相关人员手机，提供分钟报警提醒能力，提高故障发生-故障消除效率。

2.2设备坐标定位及导航。

采用不同的坐标定位技术，根据外部环境自动选择合适的坐标定位技术，方便获取准确的坐标信息。根据故障报警和消除的实际情况，研究将设备设置为导航目的地的地理编码技术，并自动将设备切换到导航算法可见的目标地址。

2.3设备信息的获取和维护。

通过指示器的设备信息、位置信息和故障信息通过移动APP列表和地图直观浏览，可以维护和完善设备信息和位置信息，为故障报警提供基础数据支持。

3 探讨基于MEMS结构的配电站环境状态监测及自动化运维装置的内容及优势。

3.1内容

3.1.1MEMS结构微型传感器集成研究。

本研究可生成全站关键部位温湿度热图、气体浓度拓扑图、水浸拓扑图等。，实现差异化环境控制，延长设备寿命，降低能耗，打造绿色低碳站室。

3.1.2故障报警及通知研究应用。

研究移动互联网故障报警通知的应用，通过互联网获取故障报警信息，加密必要的数据内容，然后通过手机和电脑APP通知相关人员，提高配送速度，降低故障概率，快速进入下一个工作环节。

3.1.3 定位导航技术研究

路径导航应用将结合地理信息、交通状况、道路桥梁、自身位置信息等数据，自动定位多条路径，并根据实时位置及时规划和切换路径。

3.1.4相关手机或电脑APP的研究与应用。

配电站故障报警定位移动应用程序可以通过对故障巡逻和消除工作的深入研究，实现故障报警、信息通知、快速定位到达等工作，打开报警、维护和恢复电源的过程环。
3.2优势

(1)MEMS自动化程度高，可实现无人值班，大大降低劳动强度，降低变配电站成本，显著提高效率。

(2)总线。普通屏蔽双绞线直接与PC连接，解决了微机保护装置在恶劣环境下的长期运行问题和常规控制。

信号兼容性问题。

(3)由于采用分层结构，主控层和现场层设备独立，不相互影响。主控层(上位机)设备退出运行时，现场层(下位机)可独立运行，完全满足运行要求，采用避错、容错、纠错等技术，实现高可靠性。

（4）由于分布式结构、模块化系统硬件和功能分布、现场设备控制独立、各设备独立运行，设备故障不影响其他设备的运行，维护方便。

（5）MEMS结构系统的监控软件具有友好的人机界面，界面可根据文本提示随意切换。全中文显示，简单、直观、操作方便，即使不熟悉计算机操作人员也很容易掌握操作方法。

(6)与传统继电保护相比，MEMS结构综合保护装置具有更高的精度和灵敏度，自动化程度高，故障报告记录准确。

(7)硬件模块化设计，每个CPU由单独开关电源供电，故障报告记录准确，可靠性高，维护简单。

（8）电站电气二次接线设计工作量小，控制连接电缆少，微机设备占用空间小；施工安装工作量小，现场调试也很简单。

4 探讨基于MEMS结构的配电站环境状态监测和自动化运维装置的发展前景。

4.1运维装置的应用。

探索基于MEMS结构的配电站环境状态监测和自动化运行维护装置，需要建立电力物联网配电站环境状态感知系统。该运行维护系统可以帮助用户收集地理信息、电气和环境信息、维修信息的推送和查看，并逐渐成为当前关键推广的应用之一。

4.2利用运维装置的效益。

基于MEMS（微机电系统）结构的配电站环境状态监测和自动运行维护装置，可准确完成配电站环境量和电气信息收集、坐标信息收集、移动终端设备建模等功能，完善配电站环境、地址等信息。通过移动应用程序或计算机软件的建设，为故障和异常处理提供数据支持，有效解决配电站管理系统中存在的问题，实现高效、及时、可靠的运行模式。通过各种先进的设备获取室内环境、高压开关状态、低压电气参数、电缆层状态和安全信息，通过边缘计算网关数据存储、应用和转发，实现配电站关键指标的实时不间断监控，改变过去依检查维护的传统做法，减少配电站维护人员，提高工作效率。

5.介绍和选择安科瑞配电室环境监测系统。

5.1简介

安科瑞电气有限公司根据配电室的实际情况，结合多年的变电站和配电室运行管理经验，独立开发了安科瑞配电室综合监控系统，实现了智能开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、电流电压、母线温度监测、电缆温度监测、环境监测、有害气体监测、安全监测、采暖通风、门禁、照明、风扇、除湿机、空调控制等功能。实现电力环境数据检测和设备控制，实现电力环境优化，避免配电设备运行故障，保证维护人员，延长设备使用寿命，降低配电室广泛管理，实现配电电力环境的分布式远程管理。

5.2系统功能。

5.2.1通信管理。

安科瑞智能配电室综合监控系统可对整个配电室内的通信设备进行管理、添加、删除、控制和实时监控。

实时监测5.2.2。

安科瑞智能配电室综合监控系统人机界面友好，可显示配电室设备运行状态，实时监控视频、温度、湿度、漏水/水浸、水位、有害气体、电参等配电室环境参数信息。实时显示故障、报警等信息。

5.2.3数据查询。

配电室各设备的运行数据可在人机界面中直接查看。

5.2.4曲线查询。

在曲线查询界面，可直接查看远程参数曲线，包括温度、湿度、水位、有害气体、电压、电流等。

5.2.5操作报表。

查询配电室内设备的运行数据报表，包括日报、月报、年报、查询报等。

5.2.6实时报警。

安科瑞智能配电室综合监控系统具有实时报警功能，可报警配电室温度、湿度、有害气体、设备故障或通信故障。报警如右图所示：

5.2.7历史事件查询。

安科瑞智能配电室综合监控系统可以存储和管理所有事件记录，方便用户追溯系统事件和历史，查询统计和事故分析。

5.2.8用户权限管理。

为了保证系统的稳定运行，设置了用户权限管理功能。未经授权的操作(如遥控操作、数据库修改等。)可以通过用户权限管理来防止。可以定义不同级别用户的登录名、密码和操作权限，为系统的运行、维护和管理提供可靠的保证。

5.2.9网络拓扑结构。

该系统支持对安科瑞智能配电室中各个设备的通讯状况进行实时监测，并能完整地显示整个系统网络结构。可以在线诊断设备的通讯状态，当出现网络异常时，能够自动显示出故障设备或部件及其故障位置。

5.2.10遥控操作。

在配电网的整个配电网范围内，安科瑞智能配电室综合监控系统可实现远程遥控。

5.3Acrel-2000E/B/B配电室环境监测系统推荐配置选择。

6 结束语

总的来说基于 MEMS（微机电系统）结构的配电站环境状态监测及自动化运维装置后，既可以提高其工作人员的工作效率，及时排查故障，又可以降低运行成本，一举两得。

作者简介：

张星，女，安科瑞电气股份有限公司，主要从事配电室综合监控系统的研发与应用。

审核编辑：符乾江