簡談福建某老年大學配電改造應用的安科瑞電力監(jiān)控系統(tǒng)
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易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)可以運用計算機技術將配電工程的各個環(huán)節(jié)有機結(jié)合起來，全面控制配電系統(tǒng)工作狀態(tài)，科學測量系統(tǒng)工作信息，提高配電工作的可靠性與安全性，確保電力系統(tǒng)順利運行。通過部署設計智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以遠程監(jiān)控配電室工作狀態(tài)，提高配電網(wǎng)工作的信息化與自動化程度，明確系統(tǒng)工作需求，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)工作以外狀況，提高系統(tǒng)工作效率。文章主要闡述了配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實踐方案。
關鍵詞：配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)；功能設計；實踐意義
0 引言
作為電力系統(tǒng)的基礎設施，配電室工作的穩(wěn)定性具有重要意義。人工管理方式錯誤率較高、實時性較差，影響了配電網(wǎng)絡的作用。因此，運用信息技術、網(wǎng)絡通信技術等方式監(jiān)控配電室是電力部門發(fā)展的關鍵所在，需要增大研究強度，做好軟件開發(fā)工作，為電力系統(tǒng)正常運行提供強有力保障。
1 配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)設計與實踐意義
- 配電室管理的信息化程度不高，仍然使用人工的方式進行管理。人員對于專業(yè)的新設備、新技術、新結(jié)構特征掌握不足，處理水平差，消耗時間較長，難以準確定位系統(tǒng)故障，影響了故障排查質(zhì)量。
- 配電室中的電力設備種類較多，連接線路錯綜復雜，需要使用大量的人力、物力完成管理任務。
- 配電室所在地理位置比較分散，多位于較為偏僻的地區(qū)，增加了管理與監(jiān)控配電室的難度，影響了電力系統(tǒng)的管理工作水平。
設計低壓配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)具有重要意義。
- 可以提高電力管理效率與管理質(zhì)量，滿足電力管理工作的基本資源需求。配電室是電力系統(tǒng)中的基礎性設備，對于系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行具有重要意義。遠程監(jiān)控系統(tǒng)工作狀況可以準確定位故障發(fā)生位置，掌握配電室實時運行狀況，有利于提高電力管理水平。
- 配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)可以排除設備維護與檢修過程中存在的安全隱患。電力設備檢測工作的危險程度較高，容易發(fā)生重大安全事故，從而導致嚴重的經(jīng)濟損失與人員傷亡狀況。配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)可以減少檢修工作量，排除安全隱患，提高電力系統(tǒng)檢修工作效率與工作質(zhì)量。
- 提高電力系統(tǒng)的信息化程度，符合當前電網(wǎng)建設的發(fā)展方向。配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)給區(qū)域電網(wǎng)建設提供了有效技術保障，對于國家電網(wǎng)的平安發(fā)展具有重要意義。
2 配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)總體設計
2.1系統(tǒng)組成
在進行配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計過程中，實現(xiàn)監(jiān)控智能化需要以通訊網(wǎng)絡為核心，對配電室的工作狀況進行實時監(jiān)測，并將信息傳遞至控制室以便根據(jù)實際情況調(diào)整。其中，通用無線分組業(yè)務作為配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的主要通訊操控系統(tǒng)，能夠適應配電室各個組件的工作需要，滿足不同領域的需求。
綜上，由通訊網(wǎng)絡進行信息數(shù)據(jù)傳遞，使得系統(tǒng)輸入輸出設備能夠?qū)?shù)據(jù)傳遞至控制鏈中的主站，主站將其傳遞至各個分站，細化到不同功能模塊，該控制系統(tǒng)的工作流程清晰，工作效率較高，能夠保障信息數(shù)據(jù)的傳遞質(zhì)量。此外，在對配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)進行設計過程中，幫助工作人員了解該智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計結(jié)構與功能，通過配電室的應用場所明確其工作需求，來進行智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計，提高該監(jiān)控系統(tǒng)的應用價值。
2.2軟件設計
在完成配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構設計后，分析該系統(tǒng)的整體運行狀況，該系統(tǒng)的結(jié)構組成較為復雜，包含模塊與功能較多，各個組成部分之間聯(lián)系緊密，在該智能監(jiān)控系統(tǒng)運行過程中，需要對每一模塊的運行狀況進行分析，來得到系統(tǒng)整體運行數(shù)據(jù)分析報告。當前對該監(jiān)控系統(tǒng)進行檢測的方式為定期檢測或?qū)⑤斎胼敵鲈O備所傳遞的數(shù)據(jù)進行總結(jié)分析，來達到對該智能監(jiān)控系統(tǒng)的整體運行狀況的了解，若配電室出現(xiàn)異常，可自動報警，工作人員根據(jù)報警定位信息迅速到達現(xiàn)場維修，保障配電室運行效率。
2.3硬件設計
針對配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)設計中的硬件設計部分，需要分析各個硬件的組成，本文主要針對內(nèi)核、直流模擬量采集、交流模擬量采集進行分析。
內(nèi)核決定智能監(jiān)控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，內(nèi)核包含眾多功能，選擇用于計量的電子芯片，對配電室供電配電狀況進行計量，同時對產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進行記錄處理。
直流模擬量是指緩慢變化的連續(xù)量，直流模擬量采集是利用通訊網(wǎng)絡將電路運行中產(chǎn)生的多個節(jié)點的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳遞至主機中，能夠?qū)ε潆娛抑悄鼙O(jiān)控系統(tǒng)的整體運行情況進行實時監(jiān)測，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與數(shù)據(jù)傳遞質(zhì)量。
交流模擬是指周期性變化的模擬量，交流模擬量采集系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛叶囗椷\行參數(shù)進行監(jiān)測，例如電壓、電流、頻率、功率等。通過檢測得到的數(shù)據(jù)進行總結(jié)分析，分析出當前配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)運行方案中存在的不足并進行優(yōu)化調(diào)整，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
3 配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)技術與理論體系分析
3.1以太網(wǎng)通信技術與理論分析
配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)屬于分布式系統(tǒng)，包括多個功能模塊，各個模塊之間可以通過以太網(wǎng)發(fā)送與接收數(shù)據(jù)信息。以太網(wǎng)是當前使用*為廣泛的局域網(wǎng)技術，主要包括總線型以太網(wǎng)、星型以太網(wǎng)等。以太網(wǎng)將CSMA/CD作為基礎訪問控制協(xié)議，有效解決了網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)的沖突性問題，提高了網(wǎng)絡線路訪問的有序性與數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。以太網(wǎng)技術可以實現(xiàn)多臺計算機與服務器互聯(lián)的目標，提高數(shù)據(jù)共享效率。
3.2信息化建設相關技術
信息技術在配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)項目中發(fā)揮著重要作用。其中，基于UML的建模技術屬于面向?qū)ο蟮慕＜夹g，提供了完整的標記與定義方法，展現(xiàn)出了軟件系統(tǒng)的建模過程，提高了軟件項目開發(fā)的工作效率與工作質(zhì)量。UML在軟件系統(tǒng)開發(fā)中具有重要應用，可以給復雜軟件系統(tǒng)提供技術支撐。
4 配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的功能設計
4.1配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計原則
配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的工作環(huán)境比較特殊，需要在設計過程中遵循以下原則。
- 需要提高系統(tǒng)的工作效率。配電室的工作效率對于電力系統(tǒng)的正常運行具有決定性意義。智能監(jiān)控系統(tǒng)不能影響配電室的正常運轉(zhuǎn)，使得配電室原計劃正常工作。
- 需要遵循可靠性原則。配電室工作對于可靠性的要求較高。智能監(jiān)控系統(tǒng)需要監(jiān)控電力系統(tǒng)設備的實時運行狀態(tài)，及時發(fā)出故障警告信息，自動尋找故障發(fā)生位置，有效應對外界環(huán)境因素變化。
- 需要遵循兼容性原則。電力系統(tǒng)基礎設施種類較多。智能監(jiān)控系統(tǒng)需要具備較高的兼容性，順應未來工作發(fā)展趨勢。在向系統(tǒng)添加設備時，不能對系統(tǒng)做出較大改動。
（4）需要遵循模塊性原則。詳細分析系統(tǒng)功能，模塊化設計系統(tǒng)工作，降低各個功能模塊之間的耦合性，降低后期維護工作的復雜程度。
4.2系統(tǒng)總體框架設計
4.2.1硬件部署模塊
該模塊包括電力基礎性設施及傳感器設備。電力基礎設施主要包括高壓配電室、低壓配電室中的硬件設施。傳感器設備可以提高電力基礎設備的互聯(lián)程度，獲得設備各項指標參數(shù)，如電壓、電流、溫度等。
4.2.2現(xiàn)場監(jiān)控模塊
現(xiàn)場監(jiān)控模塊可以搜集傳感器中電力設備的運行信息，將其傳輸?shù)骄W(wǎng)絡通信系統(tǒng)中，將信息交給系統(tǒng)管理模塊處理，提高系統(tǒng)通信效率。
4.2.3網(wǎng)絡通信模塊
網(wǎng)絡通信模塊中有較多以太網(wǎng)接口芯片、網(wǎng)絡接頭、集線器等設備，可以傳輸電力設備中的監(jiān)控數(shù)據(jù)信息，將其反饋給單片機。
4.2.4系統(tǒng)管理模塊
系統(tǒng)管理模塊主要安裝在中心服務器及管理PC機上，主要包括服務器模塊、客戶端模塊及后臺數(shù)據(jù)庫等信息。服務器是系統(tǒng)管理模塊的核心，也是操縱后臺數(shù)據(jù)庫的關鍵所在。客戶端模塊可以給管理人員提供可視化的管理數(shù)據(jù)信息，將管理人員的請求發(fā)送給服務器，在后臺顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)。
4.3系統(tǒng)功能層次設計
配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)主要包括4個功能模塊，需要在設計過程中確定硬件設備型號、模塊內(nèi)部框架結(jié)構、基本業(yè)務流程等信息。
4.3.1系統(tǒng)硬件部署情況
硬件部署模塊工作內(nèi)容主要是部署測量傳感器信息、處理搜集到的信息等。
- 需要設置交流數(shù)據(jù)采集電路。在測量交流電壓及電流數(shù)值時，需要保證二者數(shù)值不存在時間差，減少測量誤差。
- 需要設置溫度測量電路。為了測量電力系統(tǒng)所在環(huán)境的溫度，可以將數(shù)字式溫度傳感儀作為主要檢測設備，在工作時間給系統(tǒng)提供工作電源。傳感器可以將搜集到的溫度數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變成為計算機可以直接處理的數(shù)字信號信息，無需額外參數(shù)即可加以計算。
（3）需要設置功率數(shù)據(jù)測量電路，將變壓器的頻率參數(shù)轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)工作的功率參數(shù)。
4.3.2現(xiàn)場監(jiān)控現(xiàn)場
監(jiān)控是配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，承擔著原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換任務，可以將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信息交給網(wǎng)絡通信中心，需要計算電流及電壓的有效值、系統(tǒng)工作效率等數(shù)值，給系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)提供有效支撐，提高系統(tǒng)配電工作的可靠性與有效性。
4.3.3網(wǎng)絡通信
網(wǎng)絡通信過程可以將處理后的數(shù)據(jù)信息傳輸給服務器，需要在單片機內(nèi)實現(xiàn)通信的網(wǎng)絡協(xié)議信息。
4.3.4系統(tǒng)管理
根據(jù)響應方式進行功能劃分，可以將管理服務器分為以下幾個功能。①數(shù)據(jù)庫處理功能，接收通信模塊的監(jiān)控信息，根據(jù)服務器請求查找或修改數(shù)據(jù)庫信息。②網(wǎng)絡通信功能，需要設置專門的通信子模塊，判斷用戶端的系統(tǒng)發(fā)送請求，明確故障發(fā)生位置。
4.4系統(tǒng)管理模塊
系統(tǒng)管理模塊需要管理用戶權限信息、登錄單位信息及運行參數(shù)信息等多個部分，有效管理配電室業(yè)務，保證電力系統(tǒng)正常運行。底層傳感器設備可以管理系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)信息，統(tǒng)計分析各項業(yè)務數(shù)據(jù)信息。視頻監(jiān)控管理模塊需要在配電室安裝攝像頭，檢查其運轉(zhuǎn)情況，管理拍攝畫面，查詢用戶工作狀態(tài)。測溫管理模塊需要監(jiān)測環(huán)境異常情況，及時發(fā)出警告信息。
4.5系統(tǒng)功能與特點
配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)含有較多功能：
（1）遙測遙信功能。遙測是指通過近距離觀察被測對象的各參數(shù)數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳遞至遠距離達到較遠距離測量的目的，在配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)應用中，主要針對電流、電壓、電流頻率、直流電流等信號進行采集并將其傳遞至監(jiān)控室。遙信是監(jiān)測物體的物質(zhì)的系統(tǒng)狀態(tài)，監(jiān)測線路開關、刀閘的位置并將其位置信息傳遞至監(jiān)控室。
（2）綜合監(jiān)控功能。該功能較為全面，如傳遞配電室實時數(shù)據(jù)、自動監(jiān)控、危險預測與自動報警、配電室運行數(shù)據(jù)記錄與查詢、數(shù)據(jù)分析總結(jié)等。其中，自動監(jiān)控功能幫助工作人員實時掌握配電室運行狀況，實現(xiàn)遠程監(jiān)控與操作。配電室數(shù)據(jù)記錄與查詢需要重點關注配電室運行中變壓器、低壓配電設備的電壓、電流、頻率等數(shù)據(jù)。需要根據(jù)現(xiàn)階段配電室工作需求，結(jié)合以往需求并分析以往工作數(shù)據(jù)，對現(xiàn)階段配電室工作進行調(diào)整。
配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)設計結(jié)構為分層分布式，能夠為不同崗位的工作人員提供便捷服務。通過瀏覽器/服務器模式將配電室監(jiān)控管理內(nèi)容進行拓展，得到加全面的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息。
5 配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)實踐價值
5.1管理效率顯著提升
在完成配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計并將其投入使用后，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益與社會價值取決于該系統(tǒng)設計的創(chuàng)新程度，且應用過程中智能監(jiān)控系統(tǒng)需要加強對配電室供電配電狀況的監(jiān)控與管理，并實時傳遞信息，節(jié)約工作人員現(xiàn)場巡查的時間，借助通訊網(wǎng)絡將信息傳遞至監(jiān)控室或控制電腦，減少人工管理配電室存在的隱患，提高對配電室的管理效果。
5.2管理成本顯著降低
配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)設計是以系統(tǒng)創(chuàng)新為前提，以提高供電配電效率為目的，避免人工監(jiān)控管理因工作流程復雜、耗費時間較多造成的管理成本較高，簡化對配電室的監(jiān)控管理流程，優(yōu)化人力資源配置，減少成本，在安裝并使用配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)過程中能夠縮減管理成本。
5.3管理方式便捷
配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)是以遠程實時監(jiān)控、通訊網(wǎng)絡傳遞數(shù)據(jù)、掌握配電室整體情況為管理監(jiān)控方式，改變傳統(tǒng)人工監(jiān)控管理中掌握信息不全面、不及時、管理效率較低的問題。智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠檢測配電室各個線路的運行狀況，并定期對某條線路進行檢查，及時將檢測數(shù)據(jù)傳遞至控制室，降低配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)應用過程中存在的安全隱患。
6 安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
6.1概述
配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括智能監(jiān)控系統(tǒng)屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（云臺球機、槍機）、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統(tǒng)（燈光、空調(diào)、除濕機、風機、水泵）、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監(jiān)控子系統(tǒng)（雙鑒檢測器）。
6.2應用場所
適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設計、施工和運行維護。
6.3系統(tǒng)結(jié)構
6.4系統(tǒng)功能
6.4.1實時監(jiān)測
能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，實時顯示有關故障、告警等信息。
6.4.2數(shù)據(jù)查詢
在人機界面中，可以直接查看配電室中各個設備的運行數(shù)據(jù)。
6.4.3曲線查詢
可以直接查看各電參量曲線。
6.4.4運行報表
查詢配電室內(nèi)設備的運行數(shù)據(jù)報表。
6.4.5實時告警
具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟取穸取⒂泻怏w、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。
6.4.6歷史事件查詢
能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。
6.4.7用戶權限管理
設置了用戶權限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。
6.4.8網(wǎng)絡拓撲圖
支持實時監(jiān)視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構。
6.4.9遙控功能
可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備進行遠程遙控操作。
6.5系統(tǒng)硬件配置
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名稱 |
型號 |
圖片 |
功能 |
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系統(tǒng) |
ACREL-2000E |
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Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)開關柜運行監(jiān)控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境溫濕度監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控，可對燈光、風機、除濕機、空調(diào)控制等設備進行聯(lián)動控制。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設備控制，優(yōu)化動力環(huán)境，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。 |
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智能通信管理機 |
Anet-2E4SM |
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通用網(wǎng)關，2路網(wǎng)口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴展。 |
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主機 |
Acrel-2000E/A |
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數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、報警事件記錄查詢，可以根據(jù)采集到的設備數(shù)據(jù)或狀態(tài)聯(lián)動啟動風機、聲光報警器、空調(diào)、水泵等設備。 |
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Acrel-2000E/B |
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參數(shù)設置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、視頻監(jiān)控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。 |
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Acrel-2000E/M |
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參數(shù)設置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、視頻監(jiān)控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝。 |
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Acrel-2000E/G |
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參數(shù)設置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、視頻監(jiān)控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝 |
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環(huán)境監(jiān)測硬件 |
RS-WS-NO1-8 |
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用于配電房溫度和濕度。工作電源：AC/DC 85～265V工作溫度：-40.0℃～99.9℃工作濕度：0%RH～99%RH |
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BRJ-307 |
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光電式煙霧傳感;電源正極（DC 12V）：+12V，繼電器輸出：常開觸點 |
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RS-SJ-N01R01-2 |
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接觸式水浸傳感器，監(jiān)測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況，工作電源：DC 10-30V工作溫度：-20℃~+60℃工作濕度：0%RH~80%RH響應時間：1s繼電器輸出：常開觸點 |
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環(huán)境監(jiān)測硬件 |
T35-II-5.6 |
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風量4800，帶溫控器，帶消聲段，電機變頻 |
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AT8002 |
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常開型；感應距離：30-50mm材質(zhì)：鋅合金，銀灰色電度干接點輸出 |
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DS-2DC6120BY-A |
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視頻監(jiān)控 |
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ARTU-KJ8 |
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8路開關量輸入,8路繼電器輸出 |
7 結(jié)束語
綜上所述，配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)可以提高空間利用效率，有效監(jiān)控配電室工作狀況，降低工作風險，及時發(fā)現(xiàn)故障位置并發(fā)出警報信息，減少工作人員的維護工作量，提高設備保護功能，減少管理成本，保障供電配電的穩(wěn)定，同時保障電力系統(tǒng)順利運行。
參考文獻：
- 謝正勇.六安配網(wǎng)配電室環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)建設探索與實踐[J].中國電業(yè)（技術版）,2014（11）：83-84.
- 滕慧斌.配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實踐探索.
- 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.
