智能化供配電系統(tǒng)在工業(yè)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用與研究

陳蕭殷

沈陽(yáng)有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110003

隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)智能的理解也越來(lái)越高。智能配電系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用到各種制造業(yè)，為了提高其智能化應(yīng)用程度，就需要對(duì)應(yīng)用需求、各參數(shù)監(jiān)測(cè)、及其各構(gòu)建、搭接進(jìn)行研究，以更全面地滿足智能配電系統(tǒng)的需求。

1 智能配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)的智能配電系統(tǒng)是軟硬件結(jié)合的。從硬件結(jié)構(gòu)來(lái)看，包括系統(tǒng)軟件層、通信網(wǎng)絡(luò)層和智能設(shè)備層。

系統(tǒng)軟件層用于接收、存儲(chǔ)和計(jì)算數(shù)據(jù)。當(dāng)設(shè)置系統(tǒng)軟件層時(shí)，該層以模塊化方式設(shè)計(jì)。由于設(shè)備型號(hào)不同，用戶多樣，有數(shù)據(jù)接口用于與各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行通信，軟件功能界面多樣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。

在通信網(wǎng)絡(luò)層，為系統(tǒng)軟件層和智能設(shè)備層之間的信息傳輸提供技術(shù)支持和平臺(tái)。為了支持各種數(shù)據(jù)的需求，本研究采用有線通信和無(wú)線通信兼容各種數(shù)據(jù)接口，如現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、雙絞線、光纖無(wú)線等[1]。在智能組件層，用于設(shè)置配電柜和配電柜內(nèi)的智能設(shè)備。該設(shè)備將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量值和現(xiàn)場(chǎng)的工作狀態(tài)數(shù)字化，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號(hào)，通過(guò)通信接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)。

1.2 通信層與硬件層交互方案探討

目前，智能配電系統(tǒng)不僅在向智能化方向發(fā)展，而且在應(yīng)用過(guò)程中也趨于安全可靠。同時(shí)需要考慮通信層和硬件層交互時(shí)的注意事項(xiàng)。以下是幾種情況的簡(jiǎn)要描述:

（1）用戶的一些具體通信要求、現(xiàn)場(chǎng)工作條件和經(jīng)濟(jì)條件等。這些方式?jīng)Q定了通信層和硬件層交互的選擇，比如設(shè)計(jì)通信接口兼容多個(gè)通信接口。

（2）基于不同用戶的目的，在改造舊設(shè)備的基礎(chǔ)上，還可以實(shí)現(xiàn)載波通信、光纖通信等多種數(shù)據(jù)通信方式。

（3）由于用戶所處的位置和環(huán)境不同，用戶可以選擇合適的通信網(wǎng)絡(luò)和最佳方式，例如：①當(dāng)設(shè)備運(yùn)行位置到監(jiān)測(cè)計(jì)算的距離較短（一般小于1000米）時(shí)，最好采用屏蔽雙絞線連接。②假設(shè)設(shè)備與監(jiān)控計(jì)算機(jī)距離較長(zhǎng)（一般在1000米以上），可以使用光纖通信；③在一些惡劣的工業(yè)場(chǎng)所，可以采用GPRS、CDMA等無(wú)線通信方式。④根據(jù)客戶的不同要求，選擇以上方法進(jìn)行組合。

2 智能設(shè)備層監(jiān)控方案

2.1 傳感器檢測(cè)技術(shù)

在智能設(shè)備層，本研究使用多種不同類型的傳感器實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息的智能感知，如溫度傳感器、剩余電流傳感器、環(huán)境溫濕度傳感器或水位傳感器。為了方便檢測(cè)，可以設(shè)計(jì)一種多功能的檢測(cè)器，它具有以下功能：

（1）異常故障排除報(bào)警功能：一旦傳感器檢測(cè)到故障信息，智能設(shè)備層設(shè)置的異常信息報(bào)警燈會(huì)提醒工作人員進(jìn)行故障排除，在具體應(yīng)用中，可以設(shè)置聲光報(bào)警。

（2）溫度異常報(bào)警功能：當(dāng)工業(yè)電氣自動(dòng)化應(yīng)用過(guò)程中供配電系統(tǒng)的溫度超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，還會(huì)以聲光報(bào)警的形式，警告工作人員排除故障，警告火災(zāi)的發(fā)生[2]。

（3）剩余電流異常報(bào)警功能：當(dāng)工業(yè)電氣自動(dòng)化應(yīng)用過(guò)程中供配電系統(tǒng)的剩余電流采樣值超過(guò)用戶設(shè)定的閾值時(shí)，剩余電流傳感器識(shí)別出異常信息，并以聲光報(bào)警的形式向工作人員報(bào)警。

（4）環(huán)境溫濕度異常報(bào)警功能:當(dāng)供配電系統(tǒng)的工業(yè)電氣自動(dòng)化應(yīng)用過(guò)程中，溫濕度傳感器采集的值超過(guò)工業(yè)設(shè)備應(yīng)用的閾值時(shí)，會(huì)警告工作人員存在環(huán)境安全隱患。

（5）水位傳感器預(yù)警功能：當(dāng)工業(yè)電氣自動(dòng)化應(yīng)用過(guò)程中供配電系統(tǒng)水位過(guò)高時(shí)，一旦超出工業(yè)應(yīng)用的安全范圍，就會(huì)給出預(yù)警，工業(yè)設(shè)備開(kāi)始對(duì)水泵排水等設(shè)備進(jìn)行故障排除，排除故障。

2.2 監(jiān)控功能設(shè)計(jì)

主要功能如下：

（1）工業(yè)電氣自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)報(bào)警：智能供配電系統(tǒng)中的監(jiān)控主機(jī)接收到傳感器等檢測(cè)設(shè)備發(fā)送的檢測(cè)信息時(shí)，會(huì)根據(jù)接收到的信息的大致類別自動(dòng)進(jìn)行分類，從而判斷火災(zāi)信號(hào)或水位信號(hào)，然后輸出報(bào)警指令。用戶可以設(shè)置不同的故障報(bào)警提示，及時(shí)判斷故障類型，并將收到的信息進(jìn)行存儲(chǔ)和應(yīng)用。

（2）故障等級(jí)報(bào)警：根據(jù)故障類型的等級(jí)，故障信息輸出可以分為幾個(gè)不同的等級(jí)。故障嚴(yán)重時(shí)為一種報(bào)警形式，輕微時(shí)設(shè)置為其他報(bào)警形式。這樣可以及時(shí)有效地識(shí)別故障類型。

（3）人工干預(yù)：當(dāng)工作人員收到不同信號(hào)時(shí)，能夠及時(shí)排除故障，并根據(jù)故障等級(jí)進(jìn)行有效跟蹤處理。

3 示例應(yīng)用和分析

以上述方案為基本構(gòu)架，在某電力公司按照上述方案進(jìn)行組網(wǎng)測(cè)試。在工業(yè)電氣自動(dòng)化應(yīng)用過(guò)程中，假設(shè)以配電網(wǎng)元件和110千伏變電站為測(cè)試對(duì)象，選取A-H等不同區(qū)域的變電站作為實(shí)例。供電系統(tǒng)一般采用就地取電方式，開(kāi)關(guān)站、配電室和計(jì)算終端采用交流220伏電壓，配電網(wǎng)調(diào)整和110千伏變電站采用-48V電壓，柱開(kāi)關(guān)和環(huán)網(wǎng)柜采用-24V電壓。對(duì)比分析使用本研究系統(tǒng)和不使用本研究系統(tǒng)時(shí)各區(qū)域的數(shù)據(jù)丟失率，以衡量配電系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)電氣自動(dòng)化時(shí)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)通訊損失對(duì)比表

4 結(jié)語(yǔ)

在新一代信息技術(shù)革命、工業(yè)4.0發(fā)展的大背景下，隨著各行業(yè)里越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接入與普及，以大數(shù)據(jù)的收集和應(yīng)用，這些數(shù)字化技術(shù)正在改變生活中的一切，同時(shí)也促進(jìn)著配電系統(tǒng)朝著更加智能化、更加信息化的方向迅速發(fā)展。