中鋁智能云平臺(tái)在低壓配電室的應(yīng)用

侯國峰，董成茂，賈 強(qiáng)，雷 洋，范東陽

（1.杭州華成設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州 311000；2.中鋁智能科技發(fā)展有限公司，浙江杭州 311000）

0 引言

高低壓配電室的無人值守、綜合管理和安全管理是電網(wǎng)現(xiàn)代化的必由之路。隨著高低壓配電室改造建設(shè)的深入進(jìn)行，傳統(tǒng)的“遙控、遙調(diào)、遙測(cè)、遙信”功能已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代化高低壓配電室的發(fā)展要求，加之當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，為集中管理各高低壓配電室設(shè)備工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無人值守配電房中對(duì)監(jiān)控圖像遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，即“遙視”功能的實(shí)現(xiàn)，提供了可能。為適應(yīng)現(xiàn)代化無人值守高低壓配電室的建設(shè)要求[1]，高低壓配電室監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)具備對(duì)環(huán)境、電氣設(shè)備狀態(tài)、用電安全等信息的監(jiān)測(cè)和控制功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)高低壓配電室、用電回路運(yùn)行狀況的動(dòng)態(tài)感知。系統(tǒng)對(duì)各種監(jiān)測(cè)及報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)反映現(xiàn)場運(yùn)行情況，通過聯(lián)動(dòng)控制，保證高低壓配電室安全運(yùn)行，防止因環(huán)境改變、非授權(quán)活動(dòng)、設(shè)備狀態(tài)變化等引起的事故，滿足對(duì)高低壓配電室遠(yuǎn)程運(yùn)維的可靠調(diào)度，提高無人值守高低壓配電室綜合管理手段。

高低壓配電室是氧化鋁企業(yè)在安全生產(chǎn)中最重要的公共系統(tǒng)之一。在日常管理中，不但要重視配電室的觸電傷害事故，也要注意配電室的爆燃事故、短路事故、漏電事故等災(zāi)害。如何使配電室的管理變得更加全面，且對(duì)安全事故的預(yù)防更加防范于未然，對(duì)此中鋁智能科技發(fā)展有限公司推出中鋁智能云平臺(tái)，不僅加強(qiáng)對(duì)高低壓配電室的電力監(jiān)控分析，而且對(duì)配電室的安全管理增加強(qiáng)有力的監(jiān)控手段，如增加配電室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)z像、環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、水浸監(jiān)測(cè)、安全門監(jiān)控等，結(jié)合信息化的運(yùn)維管理，打造統(tǒng)一監(jiān)控的動(dòng)環(huán)云平臺(tái)系統(tǒng)[1]，統(tǒng)一平臺(tái)，統(tǒng)一上云，統(tǒng)一開發(fā)、統(tǒng)一管理，統(tǒng)一運(yùn)維，來保障氧化鋁企業(yè)的安全生產(chǎn)。

1 現(xiàn)狀分析

此次選取改造的低壓配電室現(xiàn)狀：低壓配電室設(shè)1 臺(tái)1600 kV·A 干式變壓器，國產(chǎn)低壓抽屜柜13 面，其中電機(jī)回路10 路，饋電回路大于200 A 回路7 回。目前配電室定時(shí)由電工對(duì)配電室的各種設(shè)備進(jìn)行巡檢，對(duì)溫度測(cè)量只是靠測(cè)溫槍進(jìn)行檢測(cè)，不能實(shí)時(shí)有效反應(yīng)抽屜柜的插頭的溫度。每個(gè)單元抽屜上大電流回路均裝有LY48-A 的指針表和紅綠信號(hào)燈。同時(shí)進(jìn)線柜和各主要設(shè)備的電量均采用的是人工抄表統(tǒng)計(jì)上傳的方式。

目前配電室存在安全管控難：配電室缺少環(huán)境監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，安全故障難預(yù)防；配電室缺少實(shí)時(shí)監(jiān)控，故障告警無定位；缺乏有效的設(shè)備監(jiān)控管理體系，無法實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和事前預(yù)警；電工巡檢和抄表的工作量大，無法精細(xì)化作業(yè)。

2 實(shí)施方案

中鋁智能云平臺(tái)采用云端實(shí)施部署，SaaS 模式的理念，平臺(tái)主要由應(yīng)用層、通信網(wǎng)絡(luò)層、感知層三個(gè)層次構(gòu)成，中鋁智能云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1 所示。采用分層部署的思想，每一層硬件設(shè)備與軟件平臺(tái)均按照規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和維護(hù)簡易性進(jìn)行安裝，并充分考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性進(jìn)行配置和布局。

圖1 中鋁智能云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

中鋁智能云平臺(tái)依托電力智能化行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，在大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”及“SaaS 模式”，采用“線上監(jiān)測(cè)+線下運(yùn)維”的一站式服務(wù)模式，在夯實(shí)安全監(jiān)控的基礎(chǔ)上重點(diǎn)打造智能運(yùn)維和能效分析。中鋁智云平臺(tái)通過在配電室、回路、設(shè)備、環(huán)境等位置部署各類監(jiān)測(cè)終端，中鋁智能云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示，通過專用智能網(wǎng)關(guān)將采集數(shù)據(jù)上傳云平臺(tái)，通過大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，實(shí)現(xiàn)配電室運(yùn)維全生命周期綜合管理，建立多樣化的增值服務(wù)[2]。

圖2 中鋁智能云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

將原有低壓配電室干式變壓器配套溫控儀的RS485 通信線引出，進(jìn)線柜電流表改為CITD601 多功能電力儀表，原有低壓抽屜柜上的指針式電流表全部改為CITD602 多功能電力儀表（將5 個(gè)溫度傳感器探頭分別綁扎在進(jìn)線的L1、L2 插頭處，出線的L1、L2、L3 插頭處，溫度傳感器二次回路接入CITD602的溫控原件的PT 端子上），原有電機(jī)回路增加電機(jī)保護(hù)器CITD500，溫控儀、多功能電力儀表、電機(jī)保護(hù)器等設(shè)備通過RS485 接入到智能網(wǎng)關(guān)；其他的攝像頭、門禁、環(huán)境溫濕度傳感器等也是通過RS485 通信接入智能網(wǎng)關(guān)，智能網(wǎng)關(guān)通過4G 無線傳輸上到中鋁智能云平臺(tái)上。

3 實(shí)施后的效果

3.1 安全運(yùn)行管理

低壓配電室的日常安全運(yùn)行管理，主要是指企業(yè)名下所有低壓配電室正常運(yùn)行和事故狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)低壓配電柜供電回路及溫度數(shù)據(jù)、變壓器數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、配電室實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等進(jìn)行采集、處理、分析，并對(duì)事件進(jìn)行報(bào)警記錄，實(shí)現(xiàn)配電室全天24 h 不間斷的安全運(yùn)行監(jiān)管。其中，用戶低壓配電室信息概況如圖3 所示，低壓配電室的進(jìn)線柜的詳細(xì)參數(shù)如圖4 所示。

圖3 用戶低壓配電室信息概況

圖4 用戶低壓配電室的進(jìn)線柜的詳細(xì)參數(shù)

3.2 環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

配電室的運(yùn)行安全還包括配電室的環(huán)境安全。中鋁智能云平臺(tái)可以提供對(duì)高低壓配電室的環(huán)境安全進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如攝像監(jiān)控、溫濕度監(jiān)控、水浸監(jiān)控、安全門監(jiān)控等。低壓配電室的攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面如圖5 所示。

圖5 用戶低壓配電室的攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面

3.3 安全報(bào)警分析

中鋁智能云平臺(tái)支持安全報(bào)警分析，平臺(tái)可顯示實(shí)時(shí)告警數(shù)量、當(dāng)月累積告警數(shù)、累計(jì)已處理告警，當(dāng)沒有選擇指定區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)顯示區(qū)域告警數(shù)量，當(dāng)選擇了指定區(qū)域時(shí)，告警統(tǒng)計(jì)聯(lián)動(dòng)顯示所選區(qū)域告警數(shù)量；告警詳情中包含并不限于以下類型告警：溫度、濕度、陌生人入侵等。

同時(shí)也可以對(duì)重點(diǎn)設(shè)備及參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)告警監(jiān)測(cè)，顯示實(shí)時(shí)告警和告警列表，支持將告警記錄批量確認(rèn)或者批量轉(zhuǎn)工單，與APP 功能無縫銜接，安排運(yùn)維人員到現(xiàn)場進(jìn)行維護(hù)、搶修等操作；告警可以在電腦、手機(jī)等客戶端給予提示。用戶低壓配電室的實(shí)時(shí)報(bào)警列表如圖6 所示。

圖6 用戶低壓配電室的實(shí)時(shí)報(bào)警列表

3.4 運(yùn)維資產(chǎn)管理

在企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的運(yùn)維中，原采用線下人工的運(yùn)維模式，這種運(yùn)維模式工作效率較低，且發(fā)現(xiàn)故障、安全隱患困難，傳統(tǒng)的管理手段無法對(duì)電氣設(shè)備維保進(jìn)行全流程管理，缺乏對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行備案管理，導(dǎo)致設(shè)備老舊報(bào)廢時(shí)得不到及時(shí)的更新維護(hù)。

針對(duì)以上現(xiàn)象，中鋁智能云平臺(tái)可推出完善的運(yùn)維服務(wù)體系，該體系是基于線上云平臺(tái)+線下服務(wù)隊(duì)伍組成，通過線上智能化電力運(yùn)維系統(tǒng)智能監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警，維修工單派發(fā)，再結(jié)合線下企業(yè)自有的維修隊(duì)伍為企業(yè)提供及時(shí)的維護(hù)。平臺(tái)還提供設(shè)備檔案管理，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行記錄備份，便于庫存管理。

3.5 移動(dòng)端管理

中鋁智云的移動(dòng)APP 應(yīng)用功能可滿足企業(yè)內(nèi)部各級(jí)職能人員和運(yùn)維人員的移動(dòng)化辦公需求，提升工作效率。移動(dòng)APP 應(yīng)用共具備以下5 個(gè)版塊功能（首頁、監(jiān)控、運(yùn)維、分析、個(gè)人主頁）：

首頁：用戶首頁包括3 個(gè)部分：我的應(yīng)用、互動(dòng)園地和資訊信息。我的應(yīng)用是用戶常用功能的快捷入口；互動(dòng)園地主要是為用戶提供互動(dòng)的窗口；資訊信息主要為用戶提供電力相關(guān)的資訊以及平臺(tái)最新版本內(nèi)容的通知。

監(jiān)控：移動(dòng)端APP 可展示用戶用電總負(fù)荷，包括本月最大負(fù)荷、本年最大負(fù)荷、歷史最大負(fù)荷，功率因數(shù)、裝機(jī)容量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)、變壓器數(shù)量、安全運(yùn)行天數(shù)等。支持對(duì)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)、如設(shè)備、環(huán)境、電能質(zhì)量、安全的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，并提供實(shí)時(shí)告警及列表，便于用戶查看記錄。其中監(jiān)控負(fù)荷頁中的進(jìn)線柜電流顯示如圖7 所示，監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頁中的實(shí)時(shí)視頻顯示如圖8 所示，監(jiān)控電量分析頁中的電費(fèi)分析如圖9 所示。

圖7 監(jiān)控—進(jìn)線柜電流

圖8 監(jiān)控—實(shí)時(shí)視頻

圖9 監(jiān)控—電費(fèi)分析

運(yùn)維：根據(jù)用戶需求，為用戶提供一系列全面的運(yùn)維服務(wù)，包括巡檢管理，搶修管理及設(shè)備檔案管理，支持建立周期性的巡視計(jì)劃，支持用戶工單聯(lián)動(dòng)、在線維護(hù)設(shè)備檔案。

個(gè)人主頁：為方便用戶安全有效的使用該移動(dòng)端功能，提供個(gè)人資料頁（圖10），主要包括企業(yè)信息、個(gè)人中心、客服中心、監(jiān)測(cè)更新、產(chǎn)品二維碼（圖11）。為用戶提供在線更新，密碼更換，客戶服務(wù)熱線等功能。

圖10 個(gè)人資料頁

圖11 產(chǎn)品二維碼

3.6 實(shí)施中注意的問題

中鋁智能云平臺(tái)配套的每個(gè)網(wǎng)關(guān)最大可支持2 路RS485接口，相互之間各自獨(dú)立。在實(shí)際現(xiàn)場中，為了防止信號(hào)反射通常會(huì)在網(wǎng)絡(luò)末端并聯(lián)上一個(gè)大約120 Ω 的電阻以進(jìn)行信號(hào)匹配，請(qǐng)用戶注意。采集通道通信口使用屏蔽雙絞線，同一網(wǎng)絡(luò)中最多可攜帶60 臺(tái)智能設(shè)備（默認(rèn)9600 波特率，接入數(shù)量隨通信速率增加而減少），若無中繼器則最長總線不超過1200 m。

所有的CITD 系列的多功能表和電機(jī)保護(hù)器寄存器在MODBUS 通信協(xié)議時(shí)都具有4XXXX 的基址。根據(jù)MODBUS 協(xié)議，請(qǐng)求CITD 系列產(chǎn)品中一個(gè)地址為4XXXX 的寄存器時(shí)，網(wǎng)關(guān)實(shí)際讀取為XXXX-1。例如，請(qǐng)求CITD602 中40011 寄存器，網(wǎng)關(guān)實(shí)際寄存器號(hào)為10[2]。

多功能儀表、電機(jī)保護(hù)器與網(wǎng)關(guān)能否通信的前提要求是通信參數(shù)的設(shè)置是否正確。通信參數(shù)包括：

（1）儀表地址ID：這是儀表在網(wǎng)絡(luò)上的標(biāo)識(shí)，每臺(tái)智能設(shè)備都有唯一的ID，用戶可更改。

（2）所有串口型通信口波特率：有1200，2400，4800，9600，19 200，38 400，57 200，115 200可選，建議選取9600 的波特率。

多功能儀表中各種二次側(cè)值：電壓U、電流I、有功功率P、無功功率Q、視在功率S、需量，需量最值；如果外部采用CT，需要乘上CT 變比，如果外部采用PT，需要乘上PT 變比；有功功率、無功功率等要同時(shí)乘以PT 變比和CT 變比。

4 結(jié)束語

通過實(shí)施運(yùn)行可以看到：

（1）節(jié)省用電安全風(fēng)險(xiǎn)成本。①實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電柜的安全運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)在線變壓器溫度及抽屜插頭溫度、煙霧情況、系統(tǒng)諧波、三相不平衡等，相比依靠人工定期巡點(diǎn)檢測(cè)溫的方式，更能有效預(yù)防電氣火災(zāi)或短路事故，節(jié)省運(yùn)行成本和安全成本；②指導(dǎo)技術(shù)人員開展設(shè)備規(guī)范化運(yùn)維作業(yè)，規(guī)避電工作業(yè)人員的人身安全責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)；③設(shè)備在線監(jiān)測(cè)預(yù)警、高效應(yīng)急響應(yīng)，減少非正常停電次數(shù)，以規(guī)避電力故障造成的生產(chǎn)經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)成本。

（2）節(jié)省運(yùn)維管理成本。①智能運(yùn)維系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)配電參數(shù)及狀態(tài)，可以減少運(yùn)維電工對(duì)工藝系統(tǒng)的工作強(qiáng)度，降低人工成本和管理成本；②能源報(bào)表及時(shí)導(dǎo)出，用電成本管理更精細(xì)，給用電成本管理的進(jìn)一步優(yōu)化提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐，降低目前依靠人工抄表進(jìn)行月成本分析的工作強(qiáng)度；③在線電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，電能使用情況一目了然，實(shí)時(shí)跟蹤電能使用情況，避免浪費(fèi)用電，規(guī)避非正常用電情況的發(fā)生，并及時(shí)優(yōu)化調(diào)整用電策略，降低用電成本；④實(shí)時(shí)故障預(yù)警，提前干預(yù)處理故障，降低電力搶修成本。

中鋁智能云平臺(tái)管理系統(tǒng)幫助企業(yè)實(shí)時(shí)了解基本的電力參數(shù)和安全用電狀況，每天可以對(duì)運(yùn)行電費(fèi)進(jìn)行尖峰、平谷的分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行和負(fù)荷狀態(tài)，通過實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患進(jìn)行運(yùn)維，減少供配電事故，從而保證負(fù)荷的供電穩(wěn)定性，避免事故造成的重大損失，解放電氣人員對(duì)配電設(shè)備繁重的定期巡點(diǎn)檢工作及故障應(yīng)急的高效處置，從而大大降低企業(yè)的安全成本、管理成本、運(yùn)營成本等。