中壓配電室智能配電監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘""要：中壓配電室的智能配電監(jiān)測系統(tǒng)可與用戶直接連接，成為幫助用戶分配電能的關(guān)鍵之一。而中壓配電室是否可以完成智能化的配電監(jiān)測工作，會對人們的生活、生產(chǎn)活動帶來直接影響?；诖?，結(jié)合實(shí)際思考，首先簡要分析了中壓配電室智能配電監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)，其次闡述了中壓配電室智能配電監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)措施。以期對相關(guān)部門的工作有所幫助。

關(guān)鍵詞：中壓配電室""配電監(jiān)測""局部放電""系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號：TM73

Design"and"Research"of"Intelligent"Distribution"Monitoring"System"for"Medium"Voltage"Distribution"Room

WANG""Dong

Fujian"Southeast"Electrochemical"Co.，"Ltd.，"Fuzhou，"Fujian"Province，"350309"China

Abstract："The"intelligent"distribution"monitoring"system"in"the"medium"voltage"distribution"room"can"be"directly"connected"to"users，"becoming"one"of"the"keys"in"helping"users"distribute"electrical"energy."Whether"the"medium"voltage"distribution"room"can"complete"intelligent"distribution"monitoring"work"will"have"a"direct"impact"on"people's"lives"and"production"activities."Based"on"this，"combined"with"practical"thinking，"it"first"briefly"analyzes"the"design"architecture"of"the"intelligent"distribution"monitoring"system"for"medium"voltage"distribution"rooms."Secondly，"the"design"measures"of"the"intelligent"distribution"monitoring"system"for"medium"voltage"distribution"rooms"are"elaborated，"hoping"to"provide"assistance"to"the"work"of"relevant"departments.

Key"Words："Medium"voltage"distribution"room;"Distribution"monitoring;"Partial"discharge;"System"design

由于目前社會中的電力負(fù)荷呈現(xiàn)出不斷增長的趨勢，電力企業(yè)的工作壓力也不斷增大。但以往的中壓配電工作，在配電保護(hù)、控制和監(jiān)視期間容易發(fā)生線路熔斷、裝置接觸不良、絕緣缺陷等問題，所以，本文針對中壓配電室智能配電監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)活動展開論述，目的在于延長中壓配電室的運(yùn)行全生命周期。要想使相關(guān)人員改變傳統(tǒng)的人工管理方式，需通過先進(jìn)技術(shù)的融入，設(shè)計(jì)中壓配電室智能配電監(jiān)測系統(tǒng)，以得到優(yōu)化供電及儀器設(shè)備的管理方法的結(jié)果。這樣既可以輔助中壓配電室的高效運(yùn)行，又可展現(xiàn)出智能配電監(jiān)測系統(tǒng)在中壓配電室的根本價(jià)值，使后續(xù)智能配電監(jiān)測系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的控制與監(jiān)測；又能幫助運(yùn)維人員開展對配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測活動，掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與信息，在電力行業(yè)內(nèi)展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。

1""項(xiàng)目背景

本項(xiàng)目為中壓配電室的綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，以設(shè)備的預(yù)防及數(shù)據(jù)維護(hù)為主，采用實(shí)時(shí)監(jiān)控的方式，開展分析、診斷及預(yù)測工作，以便提前預(yù)知設(shè)備運(yùn)行期間發(fā)生的運(yùn)行隱患，有助于完成設(shè)備預(yù)防性維護(hù)工作。同時(shí)，本項(xiàng)目為實(shí)現(xiàn)配電室的全區(qū)域覆蓋，需采用暫態(tài)的電波傳感器、紅外測溫模組以及超聲傳感器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)無人值守的。監(jiān)測配電設(shè)備如容屏、回路、開關(guān)柜等的運(yùn)行狀態(tài)，分析設(shè)備運(yùn)行環(huán)境及狀態(tài)，降低安全生產(chǎn)事故的發(fā)生概率，進(jìn)而減少經(jīng)濟(jì)損失。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，先進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行考察，然后完成方案設(shè)計(jì)CAD設(shè)計(jì)圖紙，整合與配電變電室區(qū)域設(shè)備點(diǎn)位、光電轉(zhuǎn)換器等相關(guān)的內(nèi)容，借助智能配電監(jiān)測系統(tǒng)，滿足項(xiàng)目的建設(shè)需要。

2""中壓配電室智能配電監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)架構(gòu)

相關(guān)人員應(yīng)歸一化現(xiàn)場傳感監(jiān)測層、硬件設(shè)備層及系統(tǒng)管理層，增設(shè)監(jiān)測終端，采集配電信息，通過硬件設(shè)備層收集數(shù)據(jù)，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较到y(tǒng)管理層。

2.1""傳感監(jiān)測層

將標(biāo)稱的電壓設(shè)置為3×220"V/380"V，讓標(biāo)稱的電流為1.5～1.6"A；標(biāo)稱的頻率是50"Hz。采用精準(zhǔn)測量的方式，防止電壓測量期間出現(xiàn)誤差，將最大電壓及電流的誤差值控制在2%以內(nèi)[1]。確保該系統(tǒng)在溫度為-40～70"℃的環(huán)境內(nèi)進(jìn)行工作，讓終端的功耗控制在5"W左右，而設(shè)計(jì)現(xiàn)場傳感監(jiān)測層時(shí)可劃分多個(gè)模塊，將初始測試線路零線電壓維持在±1.0"kV左右，頻率為3"kHz，運(yùn)行時(shí)間為0.5"min，系統(tǒng)狀態(tài)處于平穩(wěn)；所設(shè)置的A相電壓是±2.0"kV，頻率為5.0"kHz，運(yùn)行時(shí)間為1"min；B相電壓是±2.0"kV，頻率為5.0"kHz，運(yùn)行時(shí)間為1"min；C相電壓是±2.0"kV，頻率為5.0"kHz，運(yùn)行時(shí)間為1"min；而加入智能配電監(jiān)測系統(tǒng)后，詳細(xì)分析的方式得到，零線電壓是±2.0"kV，頻率為5.0"kHz，運(yùn)行時(shí)間為1"min，所設(shè)置的A相電壓是±4.0"kV，頻率為2.5"kHz，運(yùn)行時(shí)間為1"min；B相電壓是±4.0"kV，頻率為2.5"kHz，運(yùn)行時(shí)間為1"min；C相電壓是±4.0"kV，頻率為2.50"kHz，運(yùn)行時(shí)間為1"min，系統(tǒng)狀態(tài)更穩(wěn)定。

2.2""硬件設(shè)備層

規(guī)劃硬件設(shè)備層，計(jì)量電壓與電流的有效值，使所應(yīng)用硬件滿足電流及電壓要求。倘若為三相的交流電，為確認(rèn)其中的有效值，可通過下述公式計(jì)算：

式（1）中：表示三相交流電采樣信號值；N表示輸入電流值；f表示低通濾波；n表示可變參數(shù)。同時(shí)，采用抗擾度試驗(yàn)的方式，從額定值進(jìn)行分析，使電源DC12"V電壓暫降到30%、60%、100%，按次序進(jìn)行跌落及中斷時(shí)間，使間隔時(shí)間是5"s；共開展2次，間隔時(shí)間是10"s。此時(shí)，在電壓變化實(shí)驗(yàn)中，電壓是以逐漸減小狀態(tài)呈現(xiàn)的，初次額定電壓下降了40%，隨后，減小至“0”。排除了1次的性能暫降外，試驗(yàn)皆滿足抗擾度試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)，控制用電管理難度[2]。

3""中壓配電室智能配電監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)措施

3.1""加快規(guī)劃設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)

3.1.1""劃分硬件電路

測試環(huán)節(jié)終端需按照X、Y、Z三個(gè)方向施加場強(qiáng)，最少施加10"V/m；起止頻率是80～1"000"MHz；步長是20%，所駐留的時(shí)間是15"s。而上層的電路板可采集電量參數(shù)，規(guī)劃AC-DC電源模塊，利用200"V交流電的外接方式，讓24"V的直流電完成下板的接入工作。確認(rèn)電磁場的調(diào)制幅度為80%，比原有的升高了20%，保證在管理期間實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息指令的發(fā)送以及接收[3]。

3.1.2""負(fù)載電流取樣機(jī)

確認(rèn)配電室內(nèi)的整流電路、負(fù)載電流取樣情況，實(shí)現(xiàn)模/數(shù)的轉(zhuǎn)換，按設(shè)計(jì)內(nèi)容，接入主機(jī)連接配電室并通過CPU控制器，轉(zhuǎn)換整流電路。讓人機(jī)界面展示各類信息，最終實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)內(nèi)容的存儲[4]。而增設(shè)電流互感裝置T1（如圖1所示）。

圖中：R表示為電阻；I表示電流；E表示電源。根據(jù)配電監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行情況，了解火線是經(jīng)過T1后貫穿于磁環(huán)的。若此線路處于一定負(fù)載狀態(tài)，則負(fù)載電流會經(jīng)過交變池，與互感裝置進(jìn)行對接，配合連接次級線圈并增加了電流的產(chǎn)生[5]。

3.1.3""硬件裝置

由于中壓配電室內(nèi)所涉及的儀器設(shè)備相對較多，所以其通信傳輸信號也存在一定的差異。首先結(jié)合儀器設(shè)備的情況，采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的應(yīng)用，以ADS1253E/2K5的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器為主，其參數(shù)值如表1所示。

隨著ADS1253E/2K5的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的接入，可接入單片機(jī)創(chuàng)建模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。優(yōu)選型號為SXDP6745-20型號的單片機(jī)，使設(shè)備的紅外分辨率≥384×288；紅外焦距≥3.2"mm；紅外視場角≥55°×41°并注重監(jiān)控系統(tǒng)的測溫功能，實(shí)現(xiàn)對配電室內(nèi)最少5個(gè)熱源的實(shí)時(shí)測量。

3.2""合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件

3.2.1""數(shù)據(jù)采集和存儲

根據(jù)配電室的運(yùn)行情況結(jié)合現(xiàn)有條件，開展對配電監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)內(nèi)容的采集、檢索工作[6]。生成數(shù)據(jù)的處理模型，分析輸出及輸入數(shù)據(jù)的運(yùn)行情況，并根據(jù)公式確認(rèn)智能配電監(jiān)測系統(tǒng)的電力負(fù)荷input，具體如下：

式（2）中：AV表示電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值；V表示相位角區(qū)域的電流幅值；P表示相位角；I表示電流或功率的負(fù)載數(shù)據(jù)；Ai表示配電室電力信號的輸出值；Pre表示下一階段的電壓電流值。

（1）相關(guān)人員結(jié)合三相總電度、電源電壓以及電流等，獲取參數(shù)并檢測系統(tǒng)中所輸入的數(shù)據(jù)信息，依靠網(wǎng)絡(luò)渠道完成傳遞。

（2）規(guī)劃子模塊，利用存儲模塊、計(jì)量模塊、人機(jī)交互模塊以及溫濕度采集模塊等，連接子模塊并借助底層的驅(qū)動函數(shù)，執(zhí)行編寫活動。增設(shè)千兆匯聚交換機(jī)，將其參數(shù)規(guī)格設(shè)置為48個(gè)10/100/1"000"Base-T"RJ45端口，利用4個(gè)獨(dú)立千兆SFP端口，開展功能的刪減以及擴(kuò)展活動，增加微處理器的應(yīng)用并設(shè)計(jì)計(jì)量模塊程序，完成數(shù)據(jù)傳出工作[7]。待上電以及復(fù)位完畢后，方可通過3次的SS引腳方式，讓配電室進(jìn)入一種常見的串行通信接口協(xié)議（SPI）模式，準(zhǔn)確計(jì)算誤差值，具體公式如下：

式（3）中E為誤差值；yk為輸出時(shí)的實(shí)際值；Tk為輸出時(shí)預(yù)測值。然后，相關(guān)人員即可結(jié)合更新數(shù)據(jù)情況，確認(rèn)配電網(wǎng)偏置與權(quán)重，預(yù)測網(wǎng)絡(luò)性能。重復(fù)反向傳播及前向傳播的過程，及時(shí)發(fā)送字節(jié)并確認(rèn)寄存器所在地址。而配電室內(nèi)所應(yīng)用的器件地址為8位，高7位是期間地址，剩余1位是讀寫控制位。

3.2.2""加強(qiáng)分析配電室運(yùn)行情況

判斷配電室當(dāng)前的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行數(shù)據(jù)信息的采集及存儲。實(shí)時(shí)分析監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，了解各項(xiàng)參數(shù)是如何變化的并設(shè)定相應(yīng)閾值。設(shè)計(jì)通信模塊程序，通過Modbus通信協(xié)議，配合使用輸入存儲器，利用四核A53的CPU架構(gòu)、16"GB存儲內(nèi)存，將讀多個(gè)寄存器的十六進(jìn)制功能碼設(shè)置為0×03；讀輸入寄存器功能碼設(shè)置為0×04，傳輸?shù)叫畔淖詈笠莆缓?，方可再次讀取和驗(yàn)證信息[6-7]。

4""結(jié)語

綜上所述，為確保中壓配電室中的智能配電監(jiān)測系統(tǒng)順利運(yùn)行，還需了解電力工程項(xiàng)目的發(fā)展情況，明確系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)架構(gòu)，并采用加強(qiáng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的方式，合理編寫程序并融入使用模塊化的設(shè)計(jì)理念，確保相關(guān)人員及時(shí)檢索并存儲數(shù)據(jù)內(nèi)容，強(qiáng)化中壓配電室智能管理水平。

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