廣播發(fā)射臺智能化低壓配電系統(tǒng)的應(yīng)用研究

呂斌

(國家新聞出版廣電總局724臺,陜西寶雞 722400)

1 概述

伴隨著計(jì)算機(jī)通信、大規(guī)模集成電路、自動(dòng)控制、視頻監(jiān)控等技術(shù)的快速發(fā)展,電力系統(tǒng)在控制和保護(hù)技術(shù)上有了很大的提高,電源綜合管理手段更加完善,智能化供配電網(wǎng)及智能變電站已經(jīng)開始應(yīng)用試點(diǎn)。各項(xiàng)控制保護(hù)技術(shù)也已呈現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化,保護(hù)、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化的發(fā)展趨勢。

近年來,廣播發(fā)射臺站的10kV及以上供配電系統(tǒng)的自動(dòng)化改造已經(jīng)基本完成,微機(jī)綜合保護(hù)裝置、自動(dòng)控制裝置及智能監(jiān)控軟件已經(jīng)大量應(yīng)用,并在加強(qiáng)系統(tǒng)智能監(jiān)控,提高運(yùn)行可靠性,減少人員工作強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)無人值班工作模式等方面奠定了基礎(chǔ)。但是多數(shù)臺站的低壓配電系統(tǒng)仍然是傳統(tǒng)的開關(guān)柜,數(shù)量多、分布散、技術(shù)落后,操作仍以人工直接進(jìn)行為主,保護(hù)單元功能單一,控制及自動(dòng)裝置依靠多種繼電器實(shí)現(xiàn),監(jiān)視依賴電壓表、電流表、電能表、功率計(jì)等指模擬針式儀表,沒有監(jiān)控軟件和預(yù)警裝置等。如果需要實(shí)現(xiàn)微機(jī)綜合管理,則需采用電量變送器及微處理器實(shí)現(xiàn),這種方式成本高、功能簡單、可靠性和穩(wěn)定性較差,應(yīng)用效果不佳。在廣播發(fā)射臺的發(fā)射機(jī)房及各類附屬設(shè)施供電中,這種傳統(tǒng)的低壓配電系統(tǒng)已經(jīng)成為保障廣播發(fā)射臺電力安全供應(yīng)的瓶頸和短板。探討將新型的智能化低壓配電系統(tǒng)應(yīng)用到廣播發(fā)射臺站成為必要的研究課題。

2 智能低壓配電系統(tǒng)的組成和工作原理

智能低壓配電系統(tǒng)是將電子技術(shù)、通訊技術(shù)、總線技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備融合,將配電系統(tǒng)中的監(jiān)測、保護(hù)、控制、計(jì)量和管理部門的監(jiān)控管理等工作結(jié)合在一起,對低壓配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)及遠(yuǎn)程控制進(jìn)行集中管理,使低壓配電系統(tǒng)能夠進(jìn)行快速診斷、自動(dòng)隔離,準(zhǔn)確切除故障設(shè)備,保障正常設(shè)備運(yùn)行。

圖1 智能化低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

智能化低壓配電系統(tǒng)一般由智能斷路器和四遙單元,微機(jī)測控裝置,智能馬達(dá)控制器,溫濕度控制器,數(shù)字儀表,相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及后臺監(jiān)控軟件組成。相較于普通塑殼式斷路器結(jié)構(gòu)緊湊,操作容易,功能比較簡單的特點(diǎn),智能斷路器則具有模塊化設(shè)計(jì),功能完善,保護(hù)范圍和定值可調(diào),可對外通訊的特點(diǎn),特別是近年來單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,使智能斷路器向著高性能、易維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

智能低壓配電系統(tǒng)采用當(dāng)前國內(nèi)外在供配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都遵循的IEC61850標(biāo)準(zhǔn),將系統(tǒng)組成的設(shè)備分為站控管理層、通訊控制層、現(xiàn)場設(shè)備層三個(gè)區(qū)域。其典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1.1 站控管理層

站控管理層面向運(yùn)行維護(hù)人員,是工作人員與智能控制系統(tǒng)交互的窗口,用來對智能元件以及控制監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)視、保護(hù)和控制通訊,是系統(tǒng)的最上層部分,主要由后臺監(jiān)控軟件和必要的硬件設(shè)備如監(jiān)控計(jì)算機(jī)、UPS不間斷電源、GPS時(shí)鐘、打印機(jī)等組成,實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的監(jiān)視、控制、告警及信息交互,完成數(shù)據(jù)的采集存儲和分析,對下層設(shè)備進(jìn)行在線維護(hù)、在線組態(tài)、在線修改參數(shù)等。

2.1.2 通訊控制層

通訊控制層主要是由以太網(wǎng)交換機(jī)、串口服務(wù)器、規(guī)約轉(zhuǎn)換器等組成,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸交換,集中上傳現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),下達(dá)后臺軟件對現(xiàn)場設(shè)備的控制命令。通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸主要由光線和雙絞線組成,與現(xiàn)場設(shè)備的聯(lián)接一般使用雙絞線,硬件接口采用RS-485,長距離的聯(lián)接則采用光纖傳輸。

2.1.3 現(xiàn)場設(shè)備層

現(xiàn)場設(shè)備層是帶有通訊接口的各種智能元器件,是智能化低壓配電系統(tǒng)的執(zhí)行者。主要包括微機(jī)保護(hù)裝置,自動(dòng)控制裝置,數(shù)字儀表,溫濕度控制器,各種傳感器。設(shè)備層的元器件安裝在低壓開關(guān)柜中,負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù),進(jìn)行上傳和前端存儲。

圖2 視頻監(jiān)控輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 智能低壓配電系統(tǒng)的工作原理和功能

智能低壓配電系統(tǒng)在運(yùn)行中遵循“下層獨(dú)立工作,后臺綜合管理”的工作原理。

由于現(xiàn)場總線技術(shù)和微電子技術(shù)的應(yīng)用,現(xiàn)場設(shè)備層的智能化元件可不依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)而獨(dú)立運(yùn)行,這些智能元件能夠根據(jù)內(nèi)置的程序和定值,結(jié)合電流電壓互感器、溫濕度傳感器或其他控制器傳達(dá)的信息,自動(dòng)準(zhǔn)確的做出判斷,進(jìn)行開關(guān)的分合閘操作或其他動(dòng)作。這種不依賴網(wǎng)絡(luò)和后臺指令的工作原理能提高系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和可靠性,滿足低壓電器設(shè)備運(yùn)行的需要及生產(chǎn)過程控制的要求。這些智能原件將采集到的各類數(shù)據(jù)信息,開關(guān)動(dòng)作的情況通過網(wǎng)絡(luò)上傳至站控管理層的后臺機(jī),同時(shí)將電量計(jì)量、錄波等采集數(shù)據(jù)在前端進(jìn)行存儲。

后臺監(jiān)控軟件接受通訊控制層上傳的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù),進(jìn)行分析儲存,以各種豐富的界面展現(xiàn)給運(yùn)行維護(hù)人員,承擔(dān)遠(yuǎn)程控制、調(diào)整,事件和告警記錄,保存歷史數(shù)據(jù),定值在線修改,設(shè)備在線組態(tài)等工作,同時(shí)支持開源數(shù)據(jù)庫的接口,便于與高壓配電系統(tǒng)對接,或向上級站傳輸現(xiàn)場的運(yùn)行數(shù)據(jù)。后臺監(jiān)控軟件還負(fù)責(zé)下發(fā)GPS時(shí)鐘同步,設(shè)備層和通訊控制層設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的智能監(jiān)控,記錄分析不同層級開關(guān)故障時(shí)的SOE動(dòng)作記錄等任務(wù)。

對于廣播發(fā)射臺這樣的能源消耗較大的單位,利用智能監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析,能夠準(zhǔn)確進(jìn)行節(jié)能降耗的實(shí)施。

(1)后臺監(jiān)控系統(tǒng)會自動(dòng)分析不同地點(diǎn)負(fù)荷的功率因數(shù),在裝有無功補(bǔ)償裝置的設(shè)備范圍,選擇自動(dòng)投退補(bǔ)償裝置。(2)分析負(fù)載網(wǎng)絡(luò),合理優(yōu)化線路,減少線路損耗。(3)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)和功率變化,選擇容量與實(shí)際負(fù)荷最接近的變壓器,使變壓器工作在損耗最低的狀態(tài)。(4)利用過環(huán)境傳感器和智能馬達(dá)控制器,在冬季根據(jù)環(huán)境溫度變化自動(dòng)調(diào)整電鍋爐和電加熱設(shè)備的運(yùn)行溫度,夏季自動(dòng)調(diào)整風(fēng)冷系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

2.3 視頻監(jiān)控輔助系統(tǒng)

上述監(jiān)控系統(tǒng)將所有低壓設(shè)備的運(yùn)行裝填和告警信息集中上傳到了后臺監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)了對斷路器、電動(dòng)機(jī)、輔助設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。但是,這些裝置和傳感器還沒有做到環(huán)境監(jiān)控,如配電室、開關(guān)室、電纜溝內(nèi)的環(huán)境情況,變電站防火、防漬、防爆、防侵入等,這些問題只能依靠人員定期巡檢來發(fā)現(xiàn)或解決,對于廣播發(fā)射臺復(fù)雜且分布較散的低壓配電系統(tǒng),人員的巡視工作量會比較大,且無法做到無死角?；谶@些需求,重要單位的智能化低壓配電系統(tǒng)還應(yīng)建立視頻監(jiān)控輔助系統(tǒng)。

視頻監(jiān)控輔助系統(tǒng)由高清攝像頭、存儲設(shè)備、光纖交換機(jī)、視頻矩陣、監(jiān)控屏幕等組網(wǎng),典型的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

利用自動(dòng)跟蹤和移動(dòng)偵測技術(shù),自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備區(qū)域,及時(shí)發(fā)現(xiàn)人員入侵和消防等隱患,對低壓配電設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控起到補(bǔ)充、對比、印證的作用。自動(dòng)用視頻記錄變電站的安全以及設(shè)備的運(yùn)行情況,監(jiān)測電力設(shè)備發(fā)熱情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理事故情況,提高電力系統(tǒng)自動(dòng)化的安全性和可靠性,并提供分析事故的有關(guān)圖像資料,使運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)準(zhǔn)確地掌握低壓配電系統(tǒng)各種現(xiàn)場信息,提高智能綜合管理水平。

3 智能低壓配電系統(tǒng)在廣播發(fā)射臺應(yīng)的注意事項(xiàng)

3.1 注意兼容性和開放性

目前,智能化低壓配電系統(tǒng)正在向綜合化、集成化、開放化的方向發(fā)展,它是一個(gè)相對復(fù)雜的系統(tǒng)項(xiàng)目,包含多種類型的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng),各個(gè)模塊和子系統(tǒng)之間又存在著不同程度的關(guān)聯(lián)。因此在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)要充分考慮系統(tǒng)的兼容性,統(tǒng)一性。要預(yù)留與其他系統(tǒng)對接的硬件和軟件規(guī)約,便于日后升級更新。

3.2 抗電磁干擾的問題

在廣播發(fā)射臺的應(yīng)用中應(yīng)考慮電磁干擾的問題。一些廠家的智能設(shè)備和通訊網(wǎng)絡(luò),在廣播發(fā)射臺這樣的強(qiáng)電磁環(huán)境下會出現(xiàn)誤報(bào)、丟包、死機(jī)、重啟等故障現(xiàn)象。因此前期做好現(xiàn)場試驗(yàn)和比較選型工作十分重要。還應(yīng)該從以下幾個(gè)方面提前準(zhǔn)備必要的抗干擾措施。

(1)采用屏蔽技術(shù)防止輻射干擾。對微機(jī)保護(hù)裝置,自動(dòng)控制裝置,網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備,智能斷路器的電子器件采用封閉金屬機(jī)箱,施工中使用10mm2編織銅線進(jìn)行分區(qū)接地,高頻接地效果好。RS-485通訊線全部采用屏蔽通訊線,并制作且僅制作一點(diǎn)接地。(2)從電源切斷電磁干擾途徑。在現(xiàn)場有條件的地方使用UPS電源或直流屏供電,只能采用交流供電的需使用帶有隔離變壓器的適配器供電,濾除電源入侵波。(3)設(shè)備廠家可以采用雙重化采樣及互校技術(shù),配置獨(dú)立的裝置啟動(dòng)元件,電路板按電壓等級分區(qū)等措施來杜絕保護(hù)裝置硬件受到干擾引起的誤動(dòng)。

3.3 智能低壓配電系統(tǒng)的安全管控問題

智能化低壓系統(tǒng)帶來便捷與高效的同時(shí),對維護(hù)人員的整體素質(zhì)也有更高的要求,在一些地方出現(xiàn)過因工作人員對智能系統(tǒng)的功能原理不清楚,在檢修或試驗(yàn)中,錯(cuò)誤的投退軟壓板,誤修改定值,造成開關(guān)動(dòng)作引起停電的事故,需要管理人員引起重視,加強(qiáng)技術(shù)管理和制度管控。

4 結(jié)語

目前,隨著各相關(guān)技術(shù)的全面發(fā)展,智能化低壓配電系統(tǒng)具備了高效、科學(xué)、合理、自動(dòng)管控電力系統(tǒng)的突出特點(diǎn)。隨著廣播發(fā)射臺這樣的重要播出單位對配電系統(tǒng)可靠性需求的增長,逐步應(yīng)用智能化低壓配電系統(tǒng)成為必然的趨勢。智能化低壓配電系統(tǒng)能夠提高復(fù)雜低壓供電網(wǎng)絡(luò)的智能控制和綜合管理水平,減少維護(hù)工作量,實(shí)現(xiàn)對核心設(shè)備和重要設(shè)施的遠(yuǎn)程遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視,為加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性,提高供電質(zhì)量,保障安全播出工作起到有力的推動(dòng)作用。

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