廣播發(fā)射臺智能化低壓配電系統(tǒng)的應用研究

呂斌

(國家新聞出版廣電總局724臺,陜西寶雞 722400)

1 概述

伴隨著計算機通信、大規(guī)模集成電路、自動控制、視頻監(jiān)控等技術的快速發(fā)展,電力系統(tǒng)在控制和保護技術上有了很大的提高,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)開始應用試點。各項控制保護技術也已呈現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡化,保護、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)的自動化改造已經(jīng)基本完成,微機綜合保護裝置、自動控制裝置及智能監(jiān)控軟件已經(jīng)大量應用,并在加強系統(tǒng)智能監(jiān)控,提高運行可靠性,減少人員工作強度,實現(xiàn)無人值班工作模式等方面奠定了基礎。但是多數(shù)臺站的低壓配電系統(tǒng)仍然是傳統(tǒng)的開關柜,數(shù)量多、分布散、技術落后,操作仍以人工直接進行為主,保護單元功能單一,控制及自動裝置依靠多種繼電器實現(xiàn),監(jiān)視依賴電壓表、電流表、電能表、功率計等指模擬針式儀表,沒有監(jiān)控軟件和預警裝置等。如果需要實現(xiàn)微機綜合管理,則需采用電量變送器及微處理器實現(xiàn),這種方式成本高、功能簡單、可靠性和穩(wěn)定性較差,應用效果不佳。在廣播發(fā)射臺的發(fā)射機房及各類附屬設施供電中,這種傳統(tǒng)的低壓配電系統(tǒng)已經(jīng)成為保障廣播發(fā)射臺電力安全供應的瓶頸和短板。探討將新型的智能化低壓配電系統(tǒng)應用到廣播發(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、通訊技術、總線技術、視頻監(jiān)控技術、計算機及網(wǎng)絡技術與電力設備融合,將配電系統(tǒng)中的監(jiān)測、保護、控制、計量和管理部門的監(jiān)控管理等工作結合在一起,對低壓配電系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)、開關狀態(tài)及遠程控制進行集中管理,使低壓配電系統(tǒng)能夠進行快速診斷、自動隔離,準確切除故障設備,保障正常設備運行。

圖1 智能化低壓配電系統(tǒng)結構圖

2.1 系統(tǒng)的結構組成

智能化低壓配電系統(tǒng)一般由智能斷路器和四遙單元,微機測控裝置,智能馬達控制器,溫濕度控制器,數(shù)字儀表,相關網(wǎng)絡設備及后臺監(jiān)控軟件組成。相較于普通塑殼式斷路器結構緊湊,操作容易,功能比較簡單的特點,智能斷路器則具有模塊化設計,功能完善,保護范圍和定值可調,可對外通訊的特點,特別是近年來單片機技術的應用,使智能斷路器向著高性能、易維護、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。

智能低壓配電系統(tǒng)采用當前國內外在供配系統(tǒng)結構設計中都遵循的IEC61850標準,將系統(tǒng)組成的設備分為站控管理層、通訊控制層、現(xiàn)場設備層三個區(qū)域。其典型結構如圖1所示。

2.1.1 站控管理層

站控管理層面向運行維護人員,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)控設備的監(jiān)視、保護和控制通訊,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備如監(jiān)控計算機、UPS不間斷電源、GPS時鐘、打印機等組成,實現(xiàn)對系統(tǒng)內設備的監(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,對下層設備進行在線維護、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、串口服務器、規(guī)約轉換器等組成,負責數(shù)據(jù)的傳輸交換,集中上傳現(xiàn)場實時數(shù)據(jù),下達后臺軟件對現(xiàn)場設備的控制命令。通信網(wǎng)絡的傳輸主要由光線和雙絞線組成,與現(xiàn)場設備的聯(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)場設備層

現(xiàn)場設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。主要包括微機保護裝置,自動控制裝置,數(shù)字儀表,溫濕度控制器,各種傳感器。設備層的元器件安裝在低壓開關柜中,負責采集現(xiàn)場數(shù)據(jù),進行上傳和前端存儲。

圖2 視頻監(jiān)控輔助系統(tǒng)結構圖

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)在運行中遵循“下層獨立工作,后臺綜合管理”的工作原理。

由于現(xiàn)場總線技術和微電子技術的應用,現(xiàn)場設備層的智能化元件可不依靠計算機網(wǎng)絡而獨立運行,這些智能元件能夠根據(jù)內置的程序和定值,結合電流電壓互感器、溫濕度傳感器或其他控制器傳達的信息,自動準確的做出判斷,進行開關的分合閘操作或其他動作。這種不依賴網(wǎng)絡和后臺指令的工作原理能提高系統(tǒng)運行的實時性和可靠性,滿足低壓電器設備運行的需要及生產過程控制的要求。這些智能原件將采集到的各類數(shù)據(jù)信息,開關動作的情況通過網(wǎng)絡上傳至站控管理層的后臺機,同時將電量計量、錄波等采集數(shù)據(jù)在前端進行存儲。

后臺監(jiān)控軟件接受通訊控制層上傳的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù),進行分析儲存,以各種豐富的界面展現(xiàn)給運行維護人員,承擔遠程控制、調整,事件和告警記錄,保存歷史數(shù)據(jù),定值在線修改,設備在線組態(tài)等工作,同時支持開源數(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)場的運行數(shù)據(jù)。后臺監(jiān)控軟件還負責下發(fā)GPS時鐘同步,設備層和通訊控制層設備運行狀態(tài)的智能監(jiān)控,記錄分析不同層級開關故障時的SOE動作記錄等任務。

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,能夠準確進行節(jié)能降耗的實施。

(1)后臺監(jiān)控系統(tǒng)會自動分析不同地點負荷的功率因數(shù),在裝有無功補償裝置的設備范圍,選擇自動投退補償裝置。(2)分析負載網(wǎng)絡,合理優(yōu)化線路,減少線路損耗。(3)根據(jù)負荷性質和功率變化,選擇容量與實際負荷最接近的變壓器,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控制器,在冬季根據(jù)環(huán)境溫度變化自動調整電鍋爐和電加熱設備的運行溫度,夏季自動調整風冷系統(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)將所有低壓設備的運行裝填和告警信息集中上傳到了后臺監(jiān)控,實現(xiàn)了對斷路器、電動機、輔助設備的遠程控制。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、開關室、電纜溝內的環(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。基于這些需求,重要單位的智能化低壓配電系統(tǒng)還應建立視頻監(jiān)控輔助系統(tǒng)。

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

利用自動跟蹤和移動偵測技術,自動監(jiān)控設備區(qū)域,及時發(fā)現(xiàn)人員入侵和消防等隱患,對低壓配電設備的網(wǎng)絡監(jiān)控起到補充、對比、印證的作用。自動用視頻記錄變電站的安全以及設備的運行情況,監(jiān)測電力設備發(fā)熱情況,及時發(fā)現(xiàn)、處理事故情況,提高電力系統(tǒng)自動化的安全性和可靠性,并提供分析事故的有關圖像資料,使運行維護人員及時準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)射臺應的注意事項

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,它是一個相對復雜的系統(tǒng)項目,包含多種類型的硬件設備和軟件系統(tǒng),各個模塊和子系統(tǒng)之間又存在著不同程度的關聯(lián)。因此在進行系統(tǒng)設計和規(guī)劃時要充分考慮系統(tǒng)的兼容性,統(tǒng)一性。要預留與其他系統(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)射臺的應用中應考慮電磁干擾的問題。一些廠家的智能設備和通訊網(wǎng)絡,在廣播發(fā)射臺這樣的強電磁環(huán)境下會出現(xiàn)誤報、丟包、死機、重啟等故障現(xiàn)象。因此前期做好現(xiàn)場試驗和比較選型工作十分重要。還應該從以下幾個方面提前準備必要的抗干擾措施。

(1)采用屏蔽技術防止輻射干擾。對微機保護裝置,自動控制裝置,網(wǎng)絡通訊設備,智能斷路器的電子器件采用封閉金屬機箱,施工中使用10mm2編織銅線進行分區(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)設備廠家可以采用雙重化采樣及互校技術,配置獨立的裝置啟動元件,電路板按電壓等級分區(qū)等措施來杜絕保護裝置硬件受到干擾引起的誤動。

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,對維護人員的整體素質也有更高的要求,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,在檢修或試驗中,錯誤的投退軟壓板,誤修改定值,造成開關動作引起停電的事故,需要管理人員引起重視,加強技術管理和制度管控。

4 結語

目前,隨著各相關技術的全面發(fā)展,智能化低壓配電系統(tǒng)具備了高效、科學、合理、自動管控電力系統(tǒng)的突出特點。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)能夠提高復雜低壓供電網(wǎng)絡的智能控制和綜合管理水平,減少維護工作量,實現(xiàn)對核心設備和重要設施的遠程遙測、遙信、遙控、遙調、遙視,為加強系統(tǒng)運行穩(wěn)定性,提高供電質量,保障安全播出工作起到有力的推動作用。

[1]張衛(wèi)東.智能型低壓配電系統(tǒng)[M].中國電力出版社,2010,07.

[2]許先灶.智能化低壓配電系統(tǒng)的發(fā)展與應用[J].低壓電器,2004,(02):33-35.

[3]劉爽.智能化低壓電控配電系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)[J].科技與創(chuàng)新,2017(09):139.

[4]徐純.廣播發(fā)射臺自動化監(jiān)控系統(tǒng)的應用和維護探析[J].黑龍江科技信息,2016,(14):39.

[5]張潔.中波廣播發(fā)射臺智能化播控監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].無線互聯(lián)科技,2018,15(02):11-12.