智能型配電房的系統(tǒng)改造設計

吳金娟，吳小娟

（金川集團股份有限公司，甘肅金昌 737100）

智能配電是在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)基礎上，通過智能采集監(jiān)測終端，配備外圍傳感器，為配電房環(huán)境、動力、安防、設備的監(jiān)控應用提供高可靠性、高適用性的產品，實現(xiàn)遠程監(jiān)測、無人值守、異常預警的數字化、網絡化、智能化管理和維護，為確保配電房設備的安全運行、避免重大事故的發(fā)生、減少企業(yè)經濟損失、提高運維效率提供保障[1]。與傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)相比，智能化配電系統(tǒng)變被動故障排查為主動監(jiān)測，可實現(xiàn)提前預警、自動故障定位、遠程數據分析與監(jiān)控等功能，大大地提高了系統(tǒng)運行的可靠性。為了進一步提升配網運維的工作質量和效率，提高供電穩(wěn)定性，縮小斷電時間和范圍，提高電能質量，緩解減能增效壓力，支撐配網技術發(fā)展向數字化、自動化、智能化轉型，本文擬對金川集團配電房現(xiàn)狀進行分析，并結合現(xiàn)有監(jiān)測技術，提出智能配電房系統(tǒng)構架和相應的系統(tǒng)設計方案。

1 項目現(xiàn)狀

配電房是電網的重要組成部分。金川集團的部分原有配電房存在靜電、潮濕、凝露、浸水、電纜溝積水、易爆氣體超標等環(huán)境問題，配電柜及其控制元件老化嚴重，柜體機械結構損壞嚴重，配電柜操作機構失效，無法保證正常停送電；控制回路插件接觸不良，配電柜操作機構失效，配電柜通風散熱不良；電氣元件及線路絕緣性能下降，極易發(fā)生短路和接地故障，嚴重影響電氣設備的安全運行，對操作人員的人身安全存在嚴重的安全隱患。

該廠配電房現(xiàn)有控制系統(tǒng)為和利時1.0版本，目前，廠家已停止對該系統(tǒng)的服務支持，相關備件已經停產。在此情況下，控制回路插件接觸不良、控制系統(tǒng)超高負荷運行和備件的缺失均會造成控制信號延時滯后或系統(tǒng)死機，導致生產系統(tǒng)和設備無前兆停車，給生產線的運行帶來不安全因素。該系統(tǒng)在控制功能和運行負荷方面已經不能滿足當前生產和后續(xù)發(fā)展的控制需求。為解決以上問題，順應單位正常生產需要，金川集團按照國家發(fā)改委、能源局發(fā)布的《關于促進智能電網發(fā)展的指導意見》，開展了智能配電房的技術改造項目，以金川集團某車間配電網2021年全年事故作為采樣數據對配電房現(xiàn)狀及環(huán)境信息等問題進行數據分析，查找導致事故發(fā)生的主要原因；同時，在對廠家技術進行充分調研的基礎上，制定了具有針對性、可行性、先進性的技術改造方案。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)設計原則

1）智能配電系統(tǒng)應具備對環(huán)境、安防、電氣設備狀態(tài)等信息的監(jiān)測和控制功能，嚴格按照“實用、合理、經濟、完善”和“無人值班、少人值守”的原則進行設計。

2）為保持技術上的先進性，設計時選用國內最新的專業(yè)廠家產品。系統(tǒng)的硬件和軟件均采用技術成熟的產品，保證系統(tǒng)的高可靠性。

3）智能配電系統(tǒng)采用方便的組態(tài)界面，確保系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性及易維護性。操作人員僅需通過簡單配置即可以實現(xiàn)對配電室內設備的統(tǒng)一監(jiān)控與管理。

4）智能配電系統(tǒng)應具有強大的自檢功能，能對軟件數據庫、動態(tài)庫等進行全面的自檢，從而幫助用戶減少值班人員，提高電力設備的可靠性和配電室的管理水平。

5）采用開放式體系結構，提供開放式環(huán)境，保證系統(tǒng)整體性能穩(wěn)定可靠，尤其要適合在狀況比較復雜、對可靠性要求較高的環(huán)境中運行。

6）智能配電系統(tǒng)須具有進一步擴展功能的能力，可以很好地適應現(xiàn)代智能管控的需求，保證用戶有效地開發(fā)和使用，并為今后的發(fā)展提供一個良好的環(huán)境。

2.2 系統(tǒng)設計內容

智能配電系統(tǒng)采用CSSmart Link系統(tǒng)，系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 智能配電系統(tǒng)組成

系統(tǒng)采用分層結構，網絡結構簡潔清晰，便于安裝、維護和擴充。主站層安裝監(jiān)控主機，網絡層通過分布式的網關可根據現(xiàn)場情況靈活地與局域網網絡相結合，在長距離通信時可借助光纖進行組網。通過現(xiàn)場總線和以太網技術相結合，實現(xiàn)現(xiàn)場設備數據的高速交換，并快速響應各種遠程控制命令。同一網段中的客戶機可通過瀏覽器訪問配電監(jiān)控服務器，同樣實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。

配電運維主要由常熟開關制造有限公司的CW3、CM5Z智能斷路器，CD3馬達保護器等低壓電氣元件組成，并增加了各回路溫度檢測功能。CEPA3斷路器監(jiān)控裝置安裝于進線柜，以RS485總線與串口服務器連接，以Modbus RTU協(xié)議實現(xiàn)數據采集。采集各斷路器狀態(tài)顯示斷路器測量值，并可以對各回路智能斷路器保護參數查詢及調整，實現(xiàn)對智能低壓斷路器的遙測、遙信、遙調等功能。

通信管理機通過串口服務器采集各種傳感器和智能斷路器狀態(tài)，通過移動物聯(lián)卡用IEC104協(xié)議向i380v配電運維平臺上傳各回路狀態(tài)及測量值。通信管理機與斷路器之間采用Modbus 03命令協(xié)議通信，不支持遙控、遙調等功能。i380v配電運維平臺基于阿里云平臺搭建，擁有ISO 27001信息安全管理系統(tǒng)認證、信息系統(tǒng)安全等級保護三級認證（以下簡稱“等保三級”）備案證明，以及12項綜合能源及配售電領域的軟件著作權。其中，等保三級是中國最權威的信息產品安全等級資格認證，是國家對非銀行機構的最高級認證，屬于“監(jiān)管級別”。

CSSmart Link系統(tǒng)通過遠程集中監(jiān)控模式大大減少了值班人力，實現(xiàn)了配電監(jiān)控、能耗管理、故障報警、事件記錄、諧波分析、故障錄波、報表打印、網頁遠程瀏覽等多種功能?，F(xiàn)場設備的工作狀態(tài)、電力參數、歷史記錄、遠程操作等均可輕松瀏覽。CS Smart Link系統(tǒng)還支持各種智能配電設備，除本公司的智能化配電產品外，還包括第三方廠家的通用設備（如綜保、變壓器控制器、電容補償控制器等）。

配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測配電室內各設備運行參數，提供高度穩(wěn)定可靠的監(jiān)控信息資源。系統(tǒng)軟/硬件均采用模塊化設計，監(jiān)測中心可以根據系統(tǒng)運行情況，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，第一時間發(fā)出故障警報，為維護工作人員提供信號以便及時處理。

此次設計在配電房內部新增了配電房視頻監(jiān)控系統(tǒng)、溫濕度控制系統(tǒng)、防水浸系統(tǒng)、防煙霧火災系統(tǒng)等，實現(xiàn)對整個配電房環(huán)境監(jiān)控。

1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控采用數字監(jiān)控系統(tǒng)，配置安防攝像頭，配電房門口安裝1臺槍型攝像機，監(jiān)控進出配電房人員情況。在配電柜前后墻設置云臺球型攝像機，對配電柜進行監(jiān)控。攝像機安裝高度均為2.5 m。

2）溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用無源無線測溫產品，該產品由主機（或收發(fā)器）和傳感器兩部分組成，主要應用在低壓開關柜內母排搭接點，斷路器觸頭、電纜接頭、大電流設備等電氣連接點和其他易過熱點等位置的溫度檢測上，并把測量結果通過網絡上傳到監(jiān)控中心服務器。通過軟件分析，對過高的溫度發(fā)出告警，實現(xiàn)溫度故障的早期預測，防患于未然。

3）防水浸系統(tǒng)。在配電房電纜溝進線處設置水浸傳感器監(jiān)測配電房或電纜溝浸水狀態(tài)。水浸傳感器探針設置在墻壁上距地面1.5 m處，檢測器裝設在距離地面1 m以上的位置。通過監(jiān)測關鍵地點的水位和傳感控制，實現(xiàn)排水系統(tǒng)或水泵的自動或遠程控制。

4）防煙霧火災系統(tǒng)。配電房選用的煙霧探測器為離子型煙霧探測設備，每排配電柜運行設備上部署2個煙感探測器，吸頂安裝，主要用于監(jiān)測配電房內消防狀態(tài)。當探測設備采集到火災自動報警信號時，智能監(jiān)測主機會把信號上傳至系統(tǒng)監(jiān)控軟件，并聯(lián)動視頻系統(tǒng)進行錄像。

該系統(tǒng)極大地節(jié)省了配電室的綜合監(jiān)控運行管理費用，能夠達到短期投資長期受益的目的；同時也提高了監(jiān)測環(huán)境管理工作效率并提供安全舒適的工作環(huán)境[2]。

2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

智能配電系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能如下：1）實時動態(tài)顯示配電系統(tǒng)一次系統(tǒng)圖，以便于操作人員整體把控配電系統(tǒng)運行狀況；2）實時監(jiān)測系統(tǒng)中各設備電壓、電流、功率、電能等電力參數；3）實時顯示開關設備的通信狀態(tài)、運行狀態(tài)等狀態(tài)量參數；4）設備故障時，能顯示和記錄故障原因、故障時間、故障電流、設備編號等故障信息，并通過聲光報警和短信息的形式通知當值人員；5）對具有電動操作機構的斷路器進行遠程合分閘操作；6）將故障信息記錄在數據庫內，并提供故障信息查詢功能；7）將重要出線回路的電能數據生成電能報表，并可根據用戶需要根據時間區(qū)間進行查詢；8）對重要出線回路的用電功率進行采集記錄，以日期為單位生成回路運行功率曲線，并提供查詢比對功能，對異常用電情況分析提供數據支持；9）具備遙視功能，根據現(xiàn)場監(jiān)控需要安裝和組建視頻采集網絡并與配電監(jiān)控系統(tǒng)進行集成，可對現(xiàn)場情況進行實時監(jiān)控與視頻記錄。

3 智能配電系統(tǒng)使用效果

1）降低成本，提高經濟效益。以往某個區(qū)域發(fā)生故障停電，運維人員在處理復電時需要人工查閱多張藍圖，工作量大，耗時長。采用了該系統(tǒng)后，運維人員僅需在控制室甚至在辦公電腦的顯示屏上查看自動生成的低壓線路電氣拓撲圖即可，極大地降低了人工消耗。同時，采用智能配電房系統(tǒng)可以做到“不壞不修”，對故障實現(xiàn)了從被動接受向主動監(jiān)測、提前預警的轉變，運維更安全和高效，實時監(jiān)控少人值守，故障可查且有據可依，從而降低成本，杜絕過大的資源消耗。

2）提效增質，優(yōu)化管理效益。智能配電房系統(tǒng)通過采集配電房的溫度、濕度等參數并進行處理，將配電房內各項技術指標控制在合格范圍內。系統(tǒng)能主動分析站點情況，預判設備故障，同時發(fā)出警報；支持手機、電腦端在線運維，無需人員現(xiàn)場實時檢查、值守，十分方便。采用該智能配電系統(tǒng)后，配電房運行穩(wěn)定可靠，降低了環(huán)境、電力、人為等因素的干擾，減少了故障，電力傳輸更加穩(wěn)定。該系統(tǒng)實現(xiàn)了資產和運維管理的數字化、規(guī)范化、精細化，實現(xiàn)了對設備的全壽命周期管理，提高了供電可靠性。

4 結論

智能配電系統(tǒng)對各種用電設備的歷史數據進行管理分析，整個系統(tǒng)既保證了現(xiàn)場設備的安全運行，具有較高的系統(tǒng)可靠性，又提高了配電柜配電質量和管理水平。目前，利用配電室智能運維系統(tǒng)打造無人值守配電室的技術越來越成熟，金川集團下一步擬借助前期工作所積累的經驗，對集團內重要負荷配電房進行全面的智能化改造，并將研究成果應用到未來智能配電房建設當中，以期進一步提升配電網的智能化水平。