智能化供配電系統在工業電氣自動化中的應用與研究

張銀行

（河南森源電氣股份有限公司，河南鄭州，450000）

0 引言

隨著科技的進步，人們對智能的理解也越來越高。智能配電系統被廣泛地應用到各種制造業，為了提高其智能化應用程度，就需要對應用需求、各參數監測、及其各構建、搭接進行研究，以更全面地滿足智能配電系統的需求[1]。

本研究的智能配電系統充分考慮了其可靠性高、適用性強、自動化方面。需求功能有：（1）具有遠程監控、在線數據交互功能，通過遠距離數據采集，實現遠程控制。（2）對在線監控、采集出現的異常事件進行異常報警，并實現異常事件的記錄和數據傳遞。（3）根據異常情況，通過設置各種參數，實現工業設備檢測過程的動態保護。（4）利用智能化設備工作的場景，采用變權重綜合控制策略，實現電氣設備的監控，提高監控效率。

基于上述考慮，本研究實現了供配電系統的構件和設計，下文進行詳細說明。

1 智能配電系統結構設計

1.1 總體架構設計

本研究設計的智能配電系統總體結構圖如圖1所示，該系統為軟硬件結合的系統，從硬件結構上，其包括系統軟件層、通訊網絡層以及智能設備層。

圖1 總體架構設計示意圖

在圖1中的設計中，其中系統軟件層用于實現數據的接收、存儲和計算，在設置系統軟件層時，將該層以模塊化的方式進行設計，由于設備型號不同，用戶多樣，設置有與多種數據信息通訊的數據接口，軟件功能界面多樣，結構簡單，使用方便。

在通訊網絡層中，其為系統軟件層以及智能設備層之間的信息傳輸提供技術支持以及平臺，為了支撐多種數據的需要，本研究采用兼容多種數據接口的有線通訊和無線通訊，比如現場總線、工業以太網、雙絞線、光纖無線等。

在智能元件層中，其用于設置配電柜以及配電柜內部智能設備，該設備將其對工業現場的測量值以及現場工作狀態進行數字化處理，將模擬信號轉換為數據信號，通過通訊接口實現數據通訊，實現遠程在線監控。

1.2 通訊層與硬件層的交互方案討論

目前，智能配電系統不僅朝著智能化方向發展，在應用過程中，也逐步傾向于安全性和可靠性方面。還要考慮通訊層與硬件層在交互時的注意事項。下面簡單說明幾種情況：

(1)用戶的一些通訊具體要求、現場工作條件、經濟條件等。這些方式決定了通訊層與硬件層交互的選擇，比如將通訊接口設計成兼容多種通訊接口等。

(2)基于用戶用途的不同，同時選擇選擇多種數據通訊方式進行，比如載波通訊、光纖通訊等，也可以在改造舊設備的基礎上實現。

(3)由于用戶所處的位置環境不同，用戶可以選擇合適的通訊網絡并選擇最佳方法，例如:①在設備運行地點距離監控計算較短(一般小于1000米)時，最好用屏蔽雙絞線連接。②假設設備與監控計算機之間的距離較長(一般大于1000米)，可以利用光纖通訊的方式；③在一些環境惡劣的工業場所，可以采用諸如GPRS、碼分多址等無線通訊方式。④根據客戶的不同要求，選擇上述幾種方法進行組合。

下面對監控系統進行具體介紹。

2 智能設備層監控方案

2.1 傳感器探測技術

在智能設備層中，本研究采用多種不同類型的傳感器實現監控信息的智能傳感，比如溫度傳感器、剩余電流傳感器、環境溫濕度傳感器或者水位傳感器等多種類型。為了檢測的方便，可以設計集多種功能為一體的探測器，具有的功能為：

(1)異常排故報警功能：一旦傳感器檢測到故障信息時，智能設備層中設置的異常信息警報燈講警示工作人員排故，在具體應用時，可以設置聲光報警。

(2)異常溫度警報功能：當供配電系統在工業電氣自動化應用過程的溫度超過設定的閾值時，同樣會以聲光報警的形式警示工作人員排故，警示火災的發生。

(3)剩余電流異常警報功能：當供配電系統在工業電氣自動化應用過程的剩余電流采樣值超過用戶設置的火災報警閾值時，剩余電流傳感器將異常信息識別出來，向工作人員以聲光報警的形式發出警報。

(4)環境溫濕度異常警報功能：當供配電系統在工業電氣自動化應用過程的溫濕度傳感器采集的值超過工業設備應用的閾值時，將警示工作人員存在環境安全隱患。

(5)水位傳感器警示功能：當供配電系統在工業電氣自動化應用過程的水位過高時，一旦超過工業應用的安全范圍，將預警提示，工業設備將啟動排故設備，比如水泵排水等，起到消除故障的功能。

2.2 監控器功能設計

主要功能如下：

(1)工業電氣自動化現場火災預警：當智能化供配電系統中的監控主機接收到傳感器等檢測設備發出的檢測信息時，根據接收到的信息總類自動分類，以判別火災信號或者水位信號，進而輸出警示指令，用戶可以設置不同的故障警示提示音，以及時判斷出故障類型，并將接收到的信息存儲、應用。

(2)故障等級報警：根據故障的種類的等級，可將故障信息輸出分類多個不同的等級，當故障嚴重時，為一種形式的報警，當輕微時，設置為其他形式的報警，通過這種方式，能夠及時有效地識別出故障類型。

(3)人工干預：當工作人員接收到不同的信號時，能夠及時排除故障，并根據故障等級進行有效地跟蹤、處理。

3 實例應用及分析

通過上述介紹，下面在某電力公司按照上述方案進行組網測試，在工業電氣自動化應用過程中，假設以配網組件、110KV變電站為被測對象，分別選擇 A-H等不同區域的變電站作為示例。按照圖3的連接方式。如圖2所示。

圖2 測試結構示意圖

在上述試驗中，供電系統大體上采用就地取電的方式供電，開閉所、配電室、計算終端采用交流220V電壓供電，配網調、110KV變電站采用-48V電壓進行供電，柱上開關及環網柜采用-24V供電等。在通訊時采用上述介紹的方式，利用上文介紹的方式應用配電系統，分別在使用本研究系統與未使用本研究系統進行對比分析，每個區域的數據損失率，以衡量配電系統在工業電氣自動化中的應用時的數據穩定性，數據如表1所示。

表1 數據通訊損失對比表

通過上述通訊試驗，采用本技術設計的方案數據損失率低，使得系統的整體運行效率較高，系統運行穩定。

4 結束語

智能配電系統所需技術的需求分析表明了系統參數檢測的重要性。然后，闡述了智能配電系統的結構、當前監控系統采用的常規技術以及智能配電系統的應用。最后，闡述了智能監控系統的框架、功能。本研究研究的技術內容符合當前智能配電系統的發展方向。不同監控功能的結合可以充分發揮智能低壓監控系統的功能，提高管理水平，優化電網運行。