淺析配電房的智能化系統(tǒng)

劉建川 林曉新

摘 要：陶瓷廠配電房具有數(shù)量多、分布廣、覆蓋面積寬、饋電回路多等特點(diǎn)，配電房的智能化管理系統(tǒng)對(duì)配電的自動(dòng)化管理、安全運(yùn)行、負(fù)荷評(píng)估、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)等具有重大意義。傳統(tǒng)的管理模式是人工抄表、人工監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、人工進(jìn)行市電與發(fā)電轉(zhuǎn)換，這些系統(tǒng)存在：人工檢測(cè)不可靠、不及時(shí)，往往設(shè)備出現(xiàn)故障后才發(fā)現(xiàn);系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化程度低，市電＼發(fā)電轉(zhuǎn)換人工響應(yīng)速度慢;占用大量的時(shí)間人工去抄電表、做記錄，效率低下等問(wèn)題。本文重點(diǎn)介紹了配電房智能化管理系統(tǒng)的實(shí)施方案、系統(tǒng)架構(gòu)，從自動(dòng)化智能化方面推進(jìn)配電房管理，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。

關(guān)鍵詞：陶瓷廠 ;配電房 ; 智能化

1 前 言

陶瓷廠是耗能大戶，一般采用單母線主接線方式，優(yōu)點(diǎn)是高壓側(cè)接線簡(jiǎn)單、清晰，采用設(shè)備少;缺點(diǎn)主要有可靠性不高，發(fā)生任一連接元件故障或斷路器及母線故障都將造成供電系統(tǒng)停電。低壓側(cè)動(dòng)力柜數(shù)量眾多，每年因設(shè)備檢查不到位造成的停電事故障數(shù)不勝數(shù)。如能將配電房管理納入智能化管理范圍，實(shí)現(xiàn)市電/發(fā)電自動(dòng)轉(zhuǎn)換、電表數(shù)據(jù)采集、設(shè)備監(jiān)控、視頻監(jiān)控，將節(jié)省大量人力物力，減少設(shè)備故障，提高供電穩(wěn)定性。

電房智能管理系統(tǒng)以PLC和組態(tài)軟件為基礎(chǔ)，關(guān)鍵設(shè)備采用熱成像溫度檢測(cè)技術(shù)，配合主接線接點(diǎn)、電力電纜溫度檢測(cè)、視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊手段，結(jié)合數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)智能化應(yīng)用管理。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用組態(tài)軟件為上位機(jī)，OPC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，使用西門(mén)子S7-1200PLC、熱成像傳感器及PT100熱電阻、GPM650三相智能電表等，實(shí)現(xiàn)電房的自動(dòng)化市電/發(fā)電轉(zhuǎn)換，電壓、電流、電量、諧波數(shù)據(jù)采集，開(kāi)關(guān)設(shè)備、變壓器及電纜的溫度監(jiān)控、視頻采集，結(jié)構(gòu)如下圖：

主要采集、控制設(shè)備硬件選型如下：

各饋電回路的發(fā)電/市電轉(zhuǎn)換采用西門(mén)子S7-1200PLC，1個(gè)配電房可僅配置1臺(tái)PLC，各變壓器動(dòng)力柜安裝一只ET200S系列遠(yuǎn)程IO，具有指令豐富、組網(wǎng)能力強(qiáng)、模塊組件豐富、接線簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是硬件價(jià)格稍貴。

三相智能電表采用GPM650，該儀表集遙控、遙信、遙測(cè)為一體，每個(gè)儀表集成2DI/2DO，儀表采用中文液晶顯示屏，能采集電壓、電流、功率因素、諧波等數(shù)據(jù)，可以幫助用戶對(duì)供電質(zhì)量進(jìn)行具體分析。儀表具有MODBUS通訊功能，工控設(shè)備互連較為方便。

熱成像儀采用CAM100熱成像傳感器，0.8-1.5米檢測(cè)距離時(shí)窗口有效尺寸350mm×500mm，實(shí)現(xiàn)對(duì)主要開(kāi)關(guān)設(shè)備在線溫度檢測(cè)?？刂破鞑捎肅M400，一個(gè)控制器可以與3個(gè)熱成像傳感器配套使用。支持104電力協(xié)議及Modbus_TCP協(xié)議，采用4G物聯(lián)網(wǎng)卡、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，每張實(shí)時(shí)圖像包含768個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最大值、平均值溫度的采集，為分析、偏差報(bào)警和溫度歷史曲線保存提供有力支持。

針對(duì)本熱成像儀的性能特點(diǎn)，可方便地對(duì)變壓器、高低壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度采集，節(jié)約人力資源，有力提升設(shè)備運(yùn)行可靠性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常的設(shè)備。

3配電設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)

3.1 設(shè)備

10KV? KYN22高壓電柜設(shè)備具有“五防”的特點(diǎn)，供電公司一般不開(kāi)放權(quán)限，不易對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。一般按電網(wǎng)公司要求每1-3年或設(shè)備大修后進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，做好防鼠、鳥(niǎo)等小型動(dòng)物進(jìn)入電柜，做好防水/防火，利用年檢時(shí)間檢修高壓框架開(kāi)關(guān)，做好各級(jí)斷路器的保護(hù)定值整定，做到保護(hù)有效、不越級(jí)跳閘，再結(jié)合人工定期檢查巡視，基本可以保障全年無(wú)故障運(yùn)行。

0.4KV供電設(shè)備數(shù)量較多，靠人工去檢查很難做到及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠。需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各GGD、GYK動(dòng)力柜的斷路器、補(bǔ)償柜電容器運(yùn)行電壓電流、運(yùn)行溫度。系統(tǒng)以0.4KV低壓網(wǎng)中的配電房環(huán)境溫濕度、配電開(kāi)關(guān)狀態(tài)及運(yùn)行溫度為監(jiān)測(cè)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電房重要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的多種參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行本地聯(lián)動(dòng)控制、遠(yuǎn)程集中監(jiān)控、手機(jī)短信報(bào)警。

3.2 軟件

本例使用臺(tái)灣MOXA5232串口網(wǎng)關(guān)，采用Modbus_TCP協(xié)議采集最高溫度，協(xié)議支持03＼06等功能碼，當(dāng)主機(jī)發(fā)送01 03 03 00 00 01 84 4E，其中844E是CRC較驗(yàn)碼，再把返回的命令幀解析出來(lái)，即得到采集的溫度。

采用在線熱成像儀實(shí)時(shí)檢測(cè)開(kāi)關(guān)設(shè)備如下圖：從圖上可以看出，最高溫度36.3℃，符合《中國(guó)南方電網(wǎng)設(shè)備缺陷定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)試行》規(guī)范要求，檢測(cè)數(shù)據(jù)合格，如檢測(cè)溫度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，可通過(guò)上位機(jī)組態(tài)軟件發(fā)送報(bào)警短信到指定人員手機(jī)，提示需進(jìn)行處理。

4市電/發(fā)電自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

市電/發(fā)電的檢測(cè)、轉(zhuǎn)換主要由1臺(tái)S7-1200PLC完成，1個(gè)配電房安裝一臺(tái)PLC，每1個(gè)變壓器動(dòng)力柜安裝一只ET200S遠(yuǎn)程模塊，各輸入輸出開(kāi)關(guān)量全部接入遠(yuǎn)程模塊，遠(yuǎn)程模塊之間采用Profibus或Profinet總線通訊。

轉(zhuǎn)換流程：首先檢測(cè)市電狀態(tài)，當(dāng)無(wú)電壓信號(hào)輸入時(shí)延時(shí)3秒，PLC啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組，待各發(fā)電機(jī)組自動(dòng)并網(wǎng)完成后，PLC發(fā)送發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)合閘信號(hào)，將電源送到各動(dòng)力柜母排。再按時(shí)間順序發(fā)送各饋電開(kāi)關(guān)合閘信號(hào)。

實(shí)施市電/發(fā)電自動(dòng)轉(zhuǎn)換前，發(fā)電機(jī)組應(yīng)有自動(dòng)并網(wǎng)功能，重要負(fù)荷饋電回路采用框架開(kāi)關(guān)。

5軟件系統(tǒng)

5.1采集軟件KepServer

KepServer是一款OPC服務(wù)器軟件，具有OPC標(biāo)準(zhǔn)接口，組態(tài)軟件通過(guò)OPC協(xié)議連接KepServer。本例中，使用KepServer采集PLC、溫度儀表、三相智能電表數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)交付組態(tài)軟件。

5.2組態(tài)軟件

本例中，采用Kingview6.5.3組態(tài)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)展示、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)寫(xiě)入、數(shù)據(jù)查詢/對(duì)標(biāo)、能效分析、峰谷分析、表計(jì)監(jiān)測(cè)、告警追溯等功能。

（1）數(shù)據(jù)展示、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)寫(xiě)入，可以實(shí)現(xiàn)一鍵導(dǎo)出報(bào)表功能、減少人員抄表、數(shù)據(jù)展示一目了然，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量以存儲(chǔ)3-5年為佳。

（2）數(shù)據(jù)查詢/對(duì)標(biāo)功能，可以對(duì)同類型的機(jī)臺(tái)進(jìn)行對(duì)標(biāo)，如對(duì)2#壓機(jī)與3#壓機(jī)對(duì)標(biāo)，找出耗電量之間的差異，為節(jié)能分析提供依據(jù)。

（3）能效分析、峰谷分析，分析各高低壓線路或變壓器、各供電車間之間的峰谷平耗電情況，為錯(cuò)峰用電提供參考。目前供電公司通過(guò)峰平谷差異電價(jià)分開(kāi)計(jì)量收費(fèi)方式大力鼓勵(lì)用戶開(kāi)展錯(cuò)峰用電工作，如南方電網(wǎng)低谷電價(jià)僅占峰值電價(jià)的24%。陶瓷廠是耗電大戶，球磨車間耗電量占全廠30%左右，如實(shí)現(xiàn)球磨車間錯(cuò)峰用電，每年將節(jié)約一筆可觀的電費(fèi)支出。

（4）諧波監(jiān)測(cè)

GPM650三相智能電表具有實(shí)時(shí)諧波采集功能，可以采集基波到31次電壓、電流諧波數(shù)據(jù)，通過(guò)組態(tài)軟件可以實(shí)現(xiàn)諧波數(shù)據(jù)展示、查詢，為工廠諧波治理提供數(shù)據(jù)支撐。

（5）告警追溯功能，主要對(duì)儀表通訊故障、負(fù)荷運(yùn)行電壓電流超限值、變壓器/開(kāi)關(guān)/電纜運(yùn)行溫度超限值、一二級(jí)計(jì)量偏差超過(guò)定值進(jìn)行報(bào)警處理，實(shí)時(shí)發(fā)送信息到指定人員手機(jī)，快速響應(yīng)。或者通過(guò)觀注微信公眾號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警管理等功能。

5.3 PLC軟件

采用博途軟件V15.1版，先對(duì)硬件組態(tài)，采用標(biāo)準(zhǔn)的梯形圖語(yǔ)言，結(jié)合FB、FC功能塊編程，實(shí)現(xiàn)市電/發(fā)電的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，采用標(biāo)準(zhǔn)的PID模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)配電房環(huán)境溫度控制，根據(jù)環(huán)境溫度的變化實(shí)時(shí)調(diào)整換熱風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率。

6配電房防雷技術(shù)

根據(jù)陶瓷廠供電負(fù)荷性質(zhì)及對(duì)生產(chǎn)、人員的影響等因素綜合來(lái)看，一般規(guī)定為二級(jí)負(fù)荷，10KV高壓側(cè)宜采用雙回路供電或環(huán)網(wǎng)方式供電，防雷應(yīng)綜合采用以下措施：（1）應(yīng)在10KV進(jìn)戶線、和高壓進(jìn)線柜處安裝避雷器;（2）在0.4KV低壓出線等跨防雷分區(qū)位置安裝1-3級(jí)浪涌保護(hù)器;（3）土建時(shí)配電房頂應(yīng)設(shè)置避雷帶、安裝接地網(wǎng);（4）、有條件的情況下，10KV高壓線路全線宜采用YJV22電力電纜，相關(guān)數(shù)據(jù)表明，全線采用電力電纜的10KV高壓線路，全年受雷電影響概率相比架空線大幅降低。10KV高壓線路采用架空敷設(shè)時(shí)，電力塔走廊符合條件的，宜全線安裝避雷線。

7視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控技術(shù)相對(duì)成熟、價(jià)格合適、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為電力、石油化工、鋼鐵等行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配置。對(duì)重點(diǎn)設(shè)備、重點(diǎn)區(qū)域安裝視頻監(jiān)控，是對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的補(bǔ)充，除實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控外，還能實(shí)現(xiàn)視頻回溯，為安全生產(chǎn)提供幫助。

8配電房智能化管理系統(tǒng)

結(jié)合PLC、組態(tài)軟件、OPC、數(shù)據(jù)庫(kù)等應(yīng)用技術(shù)，關(guān)鍵解決了市電/發(fā)電自動(dòng)轉(zhuǎn)換、自動(dòng)計(jì)量，破解了10KV/0.4KV高低壓動(dòng)力柜電氣元件的溫度監(jiān)測(cè)難題，從數(shù)據(jù)分析、能源管理、設(shè)備監(jiān)控等方面挖掘潛力，整合視頻監(jiān)控功能，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率，做到了實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)分析、維護(hù)簡(jiǎn)單、診斷方便，在配電房日常管理中發(fā)揮了重要作用。

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[4]能源管理系統(tǒng)實(shí)施方案.廣州博依特智能信息科技有限公司.

[5]配電房智能化系統(tǒng)實(shí)施方案.廣州一邁智能科技有限公司.