智能斷路器在電廠重要回路的應(yīng)用

焦社寧 大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司

傳統(tǒng)斷路器一般具備保護(hù)功能和測量功能，同時具備通訊功能，電動操作功能等。實現(xiàn)斷路器的兩遙、三遙乃至四遙。具備現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及上送，在保證對電氣可靠保護(hù)的前提下，實現(xiàn)電氣運行數(shù)據(jù)的測量以及保護(hù)故障的記錄功能。采用的電子式和機械式的記錄方式相結(jié)合的方法。例如對于斷路器操作次數(shù)采用機械計數(shù)器，對于斷路器觸頭磨損度通過拆開斷路器檢查，操作難度相對較大。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和普及、傳感器技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到斷路器領(lǐng)域。智能斷路器誕生了。Excstruxure Power 智能配電，是施耐德電氣在2016 年推出的，基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的，包含硬件、軟件和應(yīng)用分析服務(wù)，通過IT 和OT 的技術(shù)融合，助力用戶的配電系統(tǒng)的最大化物聯(lián)網(wǎng)價值，并驅(qū)動互聯(lián)互通的產(chǎn)品，采集更多的數(shù)據(jù)，在邊緣控制系統(tǒng)，以及云端的大平臺中，層層創(chuàng)新，實現(xiàn)能效和過程控制的優(yōu)化，在安全性，可靠性，高效性。智能斷路器和傳統(tǒng)斷路器的區(qū)別在于高度集成了更多的傳感器和數(shù)字化分析功能，以及大數(shù)據(jù)分析功能，并且和智能移動終端的結(jié)合，提高運維人員分析和現(xiàn)場操作的能力。

在本次討論中，我們運用用了智能配電，智能斷路器的藍(lán)牙功能、NFC（近場通訊功能），數(shù)字模塊升級功能，平臺形成配電系統(tǒng)的運行日志的分析，能源使用情況的分析，以及關(guān)鍵的設(shè)備的磨損老化分析。基礎(chǔ)配電的數(shù)據(jù)在實時監(jiān)測的同時，保存在歷史數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)能夠得到充分的利用，實現(xiàn)的數(shù)據(jù)價值，極大的提高了現(xiàn)場快速處置問題的能力。

一、EcoStruxure Power智能配電系統(tǒng)

EcoStruxure Power 是開放的、具有交互性的、基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)化架構(gòu)與平臺。采用物聯(lián)網(wǎng)、移動、傳感、云計算、分析和網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)層層創(chuàng)新。

EcoStruxure Power 是“在大數(shù)據(jù)時代，依托互聯(lián)網(wǎng)+的理念，利用物聯(lián)網(wǎng)，數(shù)字化手段和專家服務(wù)，幫助用戶優(yōu)化能源效率和設(shè)備全資產(chǎn)運維管理，顯著提高業(yè)務(wù)績效”的系統(tǒng)方案。EcoStruxure Power 智能配電系統(tǒng)是行業(yè)領(lǐng)先的技術(shù)架構(gòu)，包含了從互聯(lián)互通的產(chǎn)品到邊緣控制再到應(yīng)用、分析與服務(wù)如下三個層級：

（一）互聯(lián)互通的產(chǎn)品

因為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)是“物”，這里的“物”指的是可以作為智能運營基礎(chǔ)的智能產(chǎn)品，比如施耐德的智能斷路器（MTZ、NSX、Smart HVX 等）、智能儀表（ION9000、PM8000、PM5000、PM2000 等）、溫度傳感器（TH150S、TH150M、TH200M 等）、智能終端產(chǎn)品（SarmtLink）、UPS、智能網(wǎng)關(guān)（Link150、PAS900、PAS700）、電柜服務(wù)器等，可實現(xiàn)設(shè)備最底層狀態(tài)量、電氣量、完整設(shè)備信息的全面采集。

（二）邊緣控制

幫助用戶部署應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)邊緣的實時解決方案。對于任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用場景，用戶能夠根據(jù)自身需求選擇控制和無控制的，選擇定制化的數(shù)據(jù)分析模塊，能耗分析模塊，提升邊緣控制系統(tǒng)的功能和應(yīng)用價值。邊緣控制系統(tǒng)中個，除了部署在就地的PME 電能管理系統(tǒng)、PO 電力監(jiān)控軟件系統(tǒng)、云端的遠(yuǎn)程設(shè)備運維管理平臺“千里眼”。邊緣控制系統(tǒng)通過多種友好、便捷、可靠的交互界面呈現(xiàn)給用戶專業(yè)高效的信息，讓運維人員能隨時隨地便捷的獲取設(shè)備的狀態(tài)，提高配電系統(tǒng)可靠性、安全性、穩(wěn)定性；同時讓電廠管理人員輕松掌握能耗狀況，可靈活實現(xiàn)不同類型負(fù)荷的多樣需求。

（三）應(yīng)用、分析和服務(wù)

面對不同的用電負(fù)荷，能夠向用戶提供更深層次的數(shù)據(jù)應(yīng)用分析服務(wù)。EcoStruxure Power 能夠最大限度的支持與各類硬件、系統(tǒng)和控制共同工作的應(yīng)用、服務(wù)與分析。通過硬件軟件緊密結(jié)合，使用專業(yè)分析技術(shù)和閉環(huán)式應(yīng)用技術(shù)，結(jié)合云計算和大數(shù)據(jù)存儲及分析，AI 和先進(jìn)算法，向用戶提供電力顧問（Power Advisor），確保配電系統(tǒng)的安全可靠運行；提供千里眼顧問（Facility Advisor），確保配電設(shè)施的全生命周期的穩(wěn)定運行；云能效顧問（Building Advisor），提供碳及可持續(xù)發(fā)展服務(wù)、能效管理咨詢等服務(wù)。

二、智能斷路器在電廠中應(yīng)用

（一）電廠重要回路的管理

第一：電廠里有非常多的重要回路，在設(shè)計的時候?qū)τ?5KW 及以上的電機采用框架斷路器控制啟停，而沒有采用傳統(tǒng)的接觸器熱繼電器的方案。目的就是為了最大可能保證電機回路的穩(wěn)定工作。

斷路器的電氣壽命和機械壽命一般在10000 次以上，根據(jù)不同的廠家技術(shù)水平和生產(chǎn)工藝的不同，斷路器壽命會有較大差異?，F(xiàn)場一般會按照運行7～8 年對于頻繁啟停的斷路器進(jìn)行更換。這種管理方式的顆粒度會比較大，只能對于正常情況下的運行的斷路器具有參考價值，當(dāng)回路發(fā)生故障時對于斷路器壽命有較大影響但是靠操作次數(shù)的方式，無法準(zhǔn)確預(yù)估斷路器的觸頭磨損度和斷路器健康信息。

第二：對于這些重要回路一般采用低壓綜?；蛘邤嗦菲髯詭У谋Ｗo(hù)單元，智能針對過流、短路等電流量或者失壓過壓等進(jìn)行保護(hù)。對于電能質(zhì)量引起的故障脫扣無法準(zhǔn)確記錄原因，例如電壓暫降或者諧波等原因。只能通過數(shù)次的試驗來復(fù)現(xiàn)故障現(xiàn)象或者增加錄波儀等設(shè)備。對于現(xiàn)場的工作造成很大困難。

第三：現(xiàn)場電氣設(shè)備種類較多，一般斷路器都具有故障復(fù)位按鈕等類似機構(gòu)，當(dāng)發(fā)生故障或者做檢修操作時，需要數(shù)據(jù)這些裝置的位置和操作方法，只能帶著操作手冊現(xiàn)場核對。導(dǎo)致效率較低。

（二）中低壓智能化配電方案

1.建設(shè)中壓/低壓一體化的監(jiān)測管理平臺，實現(xiàn)中低壓配電系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)測管理；

2.全面集中和及時獲得報警，并積累運維部門的報警處理經(jīng)驗，結(jié)合中低壓配電廠家的支持產(chǎn)品特點，建立應(yīng)急預(yù)案處理管理，以提升中低壓配電系統(tǒng)的可用性和可靠性；

3.監(jiān)測和分析工藝配電的斷路器的運行信息，結(jié)合設(shè)備的生產(chǎn)、整定、維護(hù)數(shù)據(jù)，有效分析設(shè)備運行效能和壽命，并追溯設(shè)備的運行歷史；

4.采用云端的部署方案的架構(gòu)，提供運行維護(hù)的便利性，并大幅降低用戶的設(shè)備投資和系統(tǒng)運維成本；

5.部署數(shù)據(jù)分析和能源分析功能，監(jiān)測企業(yè)的能耗情況，通過能源重新分類歸集，實現(xiàn)用戶的關(guān)鍵的能耗信息，幫助用戶分析電能消耗狀況，促進(jìn)優(yōu)化電能使用，降低企業(yè)的能耗成本支持；

6.EcoStruxure Power 的系統(tǒng)架構(gòu)采用如下的方案（見圖1）。

圖1

（三）智能斷路器對于重要回路的管理意義

針對以上管理中碰到的問題，在智能斷路器中都具有解決方法，其中斷路器觸頭磨損度和壽命分析功能，可以提高對斷路器運行水平的管理。斷路器波形捕捉及諧波監(jiān)測功能，可以實時評估記錄當(dāng)前回路的電能智能狀況，及時分析故障原因。藍(lán)牙、NFC（近場通訊）、斷路器操作助手、故障恢復(fù)助手等電子化的手段可以現(xiàn)場實時指導(dǎo)運維人員操作斷路器，避免翻閱紙質(zhì)操作手冊，為現(xiàn)場的工作帶來極大的方便。

針對重要回路安裝智能框架斷路器，斷路器集成通訊模塊，通過通訊組建智能配電管理系統(tǒng)，用于監(jiān)測重要回路設(shè)備的電氣參數(shù)和斷路器狀態(tài)，采集實時數(shù)據(jù)，通過管理系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行管理。進(jìn)行斷路器工作情況記錄，根據(jù)每次工作的記錄及運行情況結(jié)合斷路器觸頭磨損度，對對斷路器進(jìn)行健康度分析。

報表服務(wù)：根據(jù)需要提供針對斷路器健康狀況、觸頭磨損狀態(tài)、維護(hù)記錄、能耗分析、維保計劃、斷路器運行歷史記錄等全狀態(tài)的報表服務(wù)，使管理手段可視化。

維保計劃服務(wù)：系統(tǒng)針對所有接入的斷路器進(jìn)行橫向和縱向比較，將重要回路斷路器根據(jù)健康狀況進(jìn)行分類，提供維護(hù)計劃，進(jìn)行針對性維護(hù)。對于嚴(yán)重故障斷路器進(jìn)行告警，提示申請維保和更換計劃。避免嚴(yán)重故障斷路器帶傷運行，對生產(chǎn)工作造成損失。

（四）實施收益

通過安裝智能斷路器及管理系統(tǒng)，以前對于重要回路的管理主要依靠人員的定期巡檢，通過看、聽、聞等手段進(jìn)行檢測?；蛘卟捎帽O(jiān)測設(shè)備在設(shè)備停電后，進(jìn)行測試。以觀察設(shè)備的運行狀態(tài)。或者根據(jù)斷路器上的操作次數(shù)，機械的按照固定的時間進(jìn)行管理。這樣對于某些老化嚴(yán)重的斷路器進(jìn)行超期運行，對于某些負(fù)載較輕的斷路器又浪費了本該有的運行時間，提前更換。導(dǎo)致風(fēng)險較大、經(jīng)濟(jì)性較差。

通過這個系統(tǒng)，系統(tǒng)自動進(jìn)行圖表分析，將設(shè)備橫向縱向分類比較。使管理更為直觀和準(zhǔn)確。維保人員能夠更有針對性的對重點設(shè)備進(jìn)行檢修以及維保計劃的制定。將設(shè)備健康監(jiān)測做到在線監(jiān)測時時監(jiān)測。

故障檢測手段：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過以下手段可以迅速排除故障查找原因。

1）通過斷路器自帶的藍(lán)牙以及NFC 功能，通過移動終端連接斷路器，讀取斷路器故障類型及故障程度。

2）通過故障波形撲捉功能對跳閘前的故障波形導(dǎo)出，進(jìn)行分析，確認(rèn)是否為電源側(cè)的故障，排除故障。

3）利用移動終端的操作助手功能，根據(jù)指示進(jìn)行操作。

利用這些智能化的功能，將以前判斷故障、查找原因、分析原因、排除故障、恢復(fù)供電這個過程中需要采用專用設(shè)備復(fù)現(xiàn)故障現(xiàn)場的過程省卻了。利用實時記錄的工具，記錄現(xiàn)場發(fā)生所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)。極大的提高了管理能力，提高工作效率。

三、總結(jié)

智能斷路器是在傳統(tǒng)斷路器增加更多的實用功能，但是本質(zhì)上需要斷路器具備良好的基本性能，保證安全可靠運行的前提下再進(jìn)行智能化。智能斷路器的以太網(wǎng)接口配合本地集中管理模塊可以實現(xiàn)便捷組網(wǎng)，改變以前二次回路繁多導(dǎo)致故障難以排查等運維困境，數(shù)據(jù)的完整調(diào)取和就地分析便于運維的精確高效管理，故障數(shù)據(jù)的報警和記錄便于運維人員第一時間得到具體故障原因和查找故障記錄及時恢復(fù)通電。智能斷路器可以將數(shù)據(jù)傳輸至大系統(tǒng)平臺進(jìn)行集中管理和分析，為電廠廠數(shù)字化提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。