淺析配電房的智能化系統

劉建川 林曉新

摘 要：陶瓷廠配電房具有數量多、分布廣、覆蓋面積寬、饋電回路多等特點，配電房的智能化管理系統對配電的自動化管理、安全運行、負荷評估、設備運行狀態監測等具有重大意義。傳統的管理模式是人工抄表、人工監測設備運行狀態、人工進行市電與發電轉換，這些系統存在：人工檢測不可靠、不及時，往往設備出現故障后才發現;系統自動化和智能化程度低，市電＼發電轉換人工響應速度慢;占用大量的時間人工去抄電表、做記錄，效率低下等問題。本文重點介紹了配電房智能化管理系統的實施方案、系統架構，從自動化智能化方面推進配電房管理，減輕工人勞動強度，提高工作效率。

關鍵詞：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，優點是高壓側接線簡單、清晰，采用設備少;缺點主要有可靠性不高，發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停電。低壓側動力柜數量眾多，每年因設備檢查不到位造成的停電事故障數不勝數。如能將配電房管理納入智能化管理范圍，實現市電/發電自動轉換、電表數據采集、設備監控、視頻監控，將節省大量人力物力，減少設備故障，提高供電穩定性。

電房智能管理系統以PLC和組態軟件為基礎，關鍵設備采用熱成像溫度檢測技術，配合主接線接點、電力電纜溫度檢測、視頻監測技術，通過網絡通訊手段，結合數據分析，實現智能化應用管理。

2系統結構

系統采用組態軟件為上位機，OPC進行數據采集，使用西門子S7-1200PLC、熱成像傳感器及PT100熱電阻、GPM650三相智能電表等，實現電房的自動化市電/發電轉換，電壓、電流、電量、諧波數據采集，開關設備、變壓器及電纜的溫度監控、視頻采集，結構如下圖：

主要采集、控制設備硬件選型如下：

各饋電回路的發電/市電轉換采用西門子S7-1200PLC，1個配電房可僅配置1臺PLC，各變壓器動力柜安裝一只ET200S系列遠程IO，具有指令豐富、組網能力強、模塊組件豐富、接線簡單等優點，缺點是硬件價格稍貴。

三相智能電表采用GPM650，該儀表集遙控、遙信、遙測為一體，每個儀表集成2DI/2DO，儀表采用中文液晶顯示屏，能采集電壓、電流、功率因素、諧波等數據，可以幫助用戶對供電質量進行具體分析。儀表具有MODBUS通訊功能，工控設備互連較為方便。

熱成像儀采用CAM100熱成像傳感器，0.8-1.5米檢測距離時窗口有效尺寸350mm×500mm，實現對主要開關設備在線溫度檢測?？刂破鞑捎肅M400，一個控制器可以與3個熱成像傳感器配套使用。支持104電力協議及Modbus_TCP協議，采用4G物聯網卡、TCP/IP網絡傳輸，每張實時圖像包含768個數據點，實現最大值、平均值溫度的采集，為分析、偏差報警和溫度歷史曲線保存提供有力支持。

針對本熱成像儀的性能特點，可方便地對變壓器、高低壓開關柜進行現場溫度采集，節約人力資源，有力提升設備運行可靠性，及時發現運行異常的設備。

3配電設備的溫度監測

3.1 設備

10KV? KYN22高壓電柜設備具有“五防”的特點，供電公司一般不開放權限，不易對設備進行自動化監測。一般按電網公司要求每1-3年或設備大修后進行預防性試驗，做好防鼠、鳥等小型動物進入電柜，做好防水/防火，利用年檢時間檢修高壓框架開關，做好各級斷路器的保護定值整定，做到保護有效、不越級跳閘，再結合人工定期檢查巡視，基本可以保障全年無故障運行。

0.4KV供電設備數量較多，靠人工去檢查很難做到及時、準確、可靠。需要實時監測各GGD、GYK動力柜的斷路器、補償柜電容器運行電壓電流、運行溫度。系統以0.4KV低壓網中的配電房環境溫濕度、配電開關狀態及運行溫度為監測對象，實現對配電房重要設備運行狀態的多種參數和狀態進行本地聯動控制、遠程集中監控、手機短信報警。

3.2 軟件

本例使用臺灣MOXA5232串口網關，采用Modbus_TCP協議采集最高溫度，協議支持03＼06等功能碼，當主機發送01 03 03 00 00 01 84 4E，其中844E是CRC較驗碼，再把返回的命令幀解析出來，即得到采集的溫度。

采用在線熱成像儀實時檢測開關設備如下圖：從圖上可以看出，最高溫度36.3℃，符合《中國南方電網設備缺陷定級標準試行》規范要求，檢測數據合格，如檢測溫度超過標準數據，可通過上位機組態軟件發送報警短信到指定人員手機，提示需進行處理。

4市電/發電自動轉換。

市電/發電的檢測、轉換主要由1臺S7-1200PLC完成，1個配電房安裝一臺PLC，每1個變壓器動力柜安裝一只ET200S遠程模塊，各輸入輸出開關量全部接入遠程模塊，遠程模塊之間采用Profibus或Profinet總線通訊。

轉換流程：首先檢測市電狀態，當無電壓信號輸入時延時3秒，PLC啟動發電機組，待各發電機組自動并網完成后，PLC發送發電機開關合閘信號，將電源送到各動力柜母排。再按時間順序發送各饋電開關合閘信號。

實施市電/發電自動轉換前，發電機組應有自動并網功能，重要負荷饋電回路采用框架開關。

5軟件系統

5.1采集軟件KepServer

KepServer是一款OPC服務器軟件，具有OPC標準接口，組態軟件通過OPC協議連接KepServer。本例中，使用KepServer采集PLC、溫度儀表、三相智能電表數據，將數據交付組態軟件。

5.2組態軟件

本例中，采用Kingview6.5.3組態軟件進行數據展示、歷史數據存儲、數據庫數據寫入、數據查詢/對標、能效分析、峰谷分析、表計監測、告警追溯等功能。

（1）數據展示、歷史數據查詢、數據庫數據寫入，可以實現一鍵導出報表功能、減少人員抄表、數據展示一目了然，數據存儲量以存儲3-5年為佳。

（2）數據查詢/對標功能，可以對同類型的機臺進行對標，如對2#壓機與3#壓機對標，找出耗電量之間的差異，為節能分析提供依據。

（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，為錯峰用電提供參考。目前供電公司通過峰平谷差異電價分開計量收費方式大力鼓勵用戶開展錯峰用電工作，如南方電網低谷電價僅占峰值電價的24%。陶瓷廠是耗電大戶，球磨車間耗電量占全廠30%左右，如實現球磨車間錯峰用電，每年將節約一筆可觀的電費支出。

（4）諧波監測

GPM650三相智能電表具有實時諧波采集功能，可以采集基波到31次電壓、電流諧波數據，通過組態軟件可以實現諧波數據展示、查詢，為工廠諧波治理提供數據支撐。

（5）告警追溯功能，主要對儀表通訊故障、負荷運行電壓電流超限值、變壓器/開關/電纜運行溫度超限值、一二級計量偏差超過定值進行報警處理，實時發送信息到指定人員手機，快速響應。或者通過觀注微信公眾號實現數據查詢、報警管理等功能。

5.3 PLC軟件

采用博途軟件V15.1版，先對硬件組態，采用標準的梯形圖語言，結合FB、FC功能塊編程，實現市電/發電的自動轉換，采用標準的PID模塊實現對配電房環境溫度控制，根據環境溫度的變化實時調整換熱風機的運行頻率。

6配電房防雷技術

根據陶瓷廠供電負荷性質及對生產、人員的影響等因素綜合來看，一般規定為二級負荷，10KV高壓側宜采用雙回路供電或環網方式供電，防雷應綜合采用以下措施：（1）應在10KV進戶線、和高壓進線柜處安裝避雷器;（2）在0.4KV低壓出線等跨防雷分區位置安裝1-3級浪涌保護器;（3）土建時配電房頂應設置避雷帶、安裝接地網;（4）、有條件的情況下，10KV高壓線路全線宜采用YJV22電力電纜，相關數據表明，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時，電力塔走廊符合條件的，宜全線安裝避雷線。

7視頻監控

視頻監控技術相對成熟、價格合適、施工方便等優點，已成為電力、石油化工、鋼鐵等行業的標準配置。對重點設備、重點區域安裝視頻監控，是對自動化控制系統的補充，除實時視頻監控外，還能實現視頻回溯，為安全生產提供幫助。

8配電房智能化管理系統

結合PLC、組態軟件、OPC、數據庫等應用技術，關鍵解決了市電/發電自動轉換、自動計量，破解了10KV/0.4KV高低壓動力柜電氣元件的溫度監測難題，從數據分析、能源管理、設備監控等方面挖掘潛力，整合視頻監控功能，減輕了工人勞動強度，提高效率，做到了實時采集、數據分析、維護簡單、診斷方便，在配電房日常管理中發揮了重要作用。

參考文獻

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[4]能源管理系統實施方案.廣州博依特智能信息科技有限公司.

[5]配電房智能化系統實施方案.廣州一邁智能科技有限公司.