賈 聰
(山東省濟寧市醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院,山東 濟寧 272000)
近年來,我國企業(yè)借助變配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù),全程檢測、管理供電設(shè)備運行情況,實現(xiàn)了實時監(jiān)控和智能化管理[1]。配電監(jiān)控智能化的應(yīng)用發(fā)展影響配電系統(tǒng)的發(fā)展方向,其中10 kV變配電監(jiān)控智能化技術(shù)保障配電系統(tǒng)安全、可靠的運行,也是變配電系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢[2]。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時,10 kV變配電監(jiān)控智能化技術(shù)可保證信息及時、有效地傳送給工作人員,保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,避免發(fā)生安全供電事故。因此,加強變配電監(jiān)控系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)對變配電系統(tǒng)的發(fā)展有重要意義。
監(jiān)控系統(tǒng)通過采集、管理數(shù)據(jù),實時監(jiān)控、管理設(shè)備運行狀態(tài),完成網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和系統(tǒng)間的通信功能[3],主要包括設(shè)備檢修管理、停電管理、計量以及負(fù)荷管理等功能。此外,各功能之間的有效數(shù)據(jù)包括設(shè)備的各項技術(shù)參數(shù)、用戶信息、網(wǎng)絡(luò)信息等。數(shù)據(jù)之間的交換、共享,可幫助監(jiān)控系統(tǒng)集中、高效地監(jiān)控、管理變配電設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面,變配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要由信息管理層、過程控制層以及現(xiàn)場設(shè)備層組成。其中,信息管理層遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理設(shè)備運行數(shù)據(jù),實現(xiàn)遠(yuǎn)程維護和數(shù)據(jù)傳輸功能,保證數(shù)據(jù)共享。過程控制層輔助現(xiàn)場設(shè)備采集數(shù)據(jù),并高速傳輸各子系統(tǒng)之間的信息?,F(xiàn)場設(shè)備層提供變配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信通道。數(shù)據(jù)管理方面,監(jiān)控系統(tǒng)采集、管理信息,測量、分析數(shù)據(jù),進而實現(xiàn)負(fù)荷控制和用電管理等功能[4]。此外,變配電綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有施工簡單、運行可靠和優(yōu)質(zhì)供電的特點。整個電力系統(tǒng)中,10 kV配電房屬于中壓部分,與電力末端設(shè)備直接相連,且與日常生活緊密聯(lián)系[5]。10 kV配電房電力設(shè)備主要包括電壓互感器、電流互感器、負(fù)荷開關(guān)、斷路器、避雷器、高壓接地開關(guān)以及各種電力儀表等。10 kV配電房電力設(shè)備的正常運行保證生產(chǎn)、生活中的正常供電。
目前,配電監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)歷經(jīng)四代。第一代為基于專用計算機的系統(tǒng),第二代是基于通用計算機的系統(tǒng)。這兩代均是基于集中式計算機系統(tǒng),不具有開放性,且系統(tǒng)維護、升級方面存在極大困難。第三代為基于分布式計算機網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng),匯集了各種最新計算機技術(shù)。第四代系統(tǒng)是以計算機為基礎(chǔ)的電力控制及綜合自動化系統(tǒng),主要釆用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)擴大、集成系統(tǒng),滿足了商業(yè)化與安全經(jīng)濟運行的需要[4-6]。此外,第四代系統(tǒng)可以監(jiān)視、管理工作現(xiàn)場設(shè)施,實現(xiàn)采集信息、測量數(shù)據(jù)、調(diào)節(jié)參數(shù)以及報警等功能。
10 kV變配電監(jiān)控系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部分,且全部進行模塊化,確保了各子系統(tǒng)之間互不干擾,各自獨立[7]。10 kV變配電監(jiān)控系統(tǒng)的終端通過通信子系統(tǒng)實時監(jiān)測饋線運行狀態(tài),并將數(shù)據(jù)信號傳送至整個系統(tǒng)的控制終端。同時,控制終端通過智能通信控制器完成數(shù)據(jù)的雙向傳送,控制具體線路的電源。為進一步提高配電系統(tǒng)安全性、可靠性和管理效率,減少發(fā)生故障的風(fēng)險,本文對10 kV變配電自動化監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計。
本文設(shè)計的自動化監(jiān)控系統(tǒng)為一套完整的綜合自動化系統(tǒng),包括現(xiàn)場監(jiān)控層、通信層和管理層。它的總功能主要包括以下四個方面。第一,采集、監(jiān)視本地信號,如采集、監(jiān)視各變配電室所有回路內(nèi)部信號。第二,現(xiàn)代化管理變配電系統(tǒng),如通過采集實時數(shù)據(jù)信息,了解變電站工作狀況進行分析。第三,管理電能,如登記并存儲用電負(fù)荷量,合理分配用電。第四,保障運行可靠,如做好實時預(yù)警,提高工作效率和管理水平,實現(xiàn)電子信息化,完成自動化信息管理[8]。自動化監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1 自動化監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖
現(xiàn)場監(jiān)控層的裝置采用獨立分布方式,實施檢測、控制、通信和故障反應(yīng)等功能。同時,由通信接口連接變壓器溫控儀等第三方設(shè)備?,F(xiàn)場監(jiān)控層包括開閉間設(shè)計、變配電室監(jiān)控回路設(shè)計、變壓器溫控電路設(shè)計以及斷路器控制電路設(shè)計?,F(xiàn)場監(jiān)控層與開關(guān)柜組裝成智能化開關(guān)柜,采集現(xiàn)場信息后由通信層接至現(xiàn)場總線。
通信層是將現(xiàn)場監(jiān)控層采集的數(shù)據(jù)信息傳輸至管理層,包括底層通信、頂層通信等。通信層的數(shù)據(jù)信息實時交換,數(shù)據(jù)信息包括現(xiàn)場監(jiān)控層檢測到的實時數(shù)據(jù)信息和管理層的數(shù)據(jù)信息。通信層的設(shè)備采用串口服務(wù)器,以提供光電隔離的保護作用。采集現(xiàn)場監(jiān)控層數(shù)據(jù)后由通信層進行傳輸,完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。同時,以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、交換機、通信電纜等設(shè)備,設(shè)計、組裝通信接口層,完成現(xiàn)場監(jiān)控層與管理層的實時連接,進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時交換。
管理層是自動化監(jiān)控系統(tǒng)的最高管理層,其設(shè)施均安放在某一監(jiān)控室內(nèi)。為達(dá)到用戶需求,管理層的設(shè)計需要采用專業(yè)的電力軟件和合適的硬件配置。自動化監(jiān)控系統(tǒng)有一套完整的工作流程,即現(xiàn)場監(jiān)控層先采集數(shù)據(jù)信息,然后通信層傳輸數(shù)據(jù)信息,最后由管理層接收并分析數(shù)據(jù)信息顯示在屏幕上,由工作人員實時觀測設(shè)施的運行狀態(tài)。管理層的硬件系統(tǒng)配置包括顯示器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、操作員工站、電源和打印機等。軟件系統(tǒng)配置為智能電力監(jiān)控軟件,可以采集、分析、管理信息等,是安全、可靠的高管理水平智能化系統(tǒng)。系統(tǒng)的軟件可以測量采集的數(shù)據(jù)信息,其中包括測量輸入電流、輸出電壓、輸出功率因數(shù)等狀態(tài)量,同時記錄、分析事故因素,完善故障報警、安全保護、自診斷以及自恢復(fù)等功能,實現(xiàn)高效率、高水平的控制和管理。
本文采用分層分布的方式設(shè)計變配電室監(jiān)控系統(tǒng)。變配電室監(jiān)控系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部分,且分為現(xiàn)場監(jiān)控層、通信層和管理層。同時,它將每一子部分模塊化,使各子部分各自獨立,互不干擾。變配電室監(jiān)控系統(tǒng)通過現(xiàn)場監(jiān)控層采集現(xiàn)場信息,由通信層將現(xiàn)場信息傳輸至管理層,最終由管理層分析、研究采集的數(shù)據(jù)信息,從而保證各設(shè)備安全、可靠運行。變配電室智能監(jiān)控系統(tǒng)具有操作簡單、可靠性高和人機界面友好的特點。它通過采集、分析和管理數(shù)據(jù)等功能,為合理使用電能提供數(shù)據(jù)支撐,同時使工作人員及時了解設(shè)備運行狀況,確保有效地控制運行故障。變配電室監(jiān)控系統(tǒng)不僅提高了工作效率,而且降低了變配電室的經(jīng)濟運行成本,提升了經(jīng)濟效益。實際應(yīng)用中,需要定期檢查、保養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng),做好維護工作,保障系統(tǒng)正常運行。