智能配電系統在港口工程中的應用

袁耀

（山東省交通規劃設計院集團有限公司，山東 濟南 250101）

1 引言

港口工程具有規模大、用電設備多、耗電量大，用電管理復雜的特點，因而，對港口工程的用電情況和配電系統的研究格外重要。傳統港口工程的供配電系統大多采用電子儀表計量用電情況，需要專業人員定期或者不定期地查看電度等電量參數，需要耗費大量的時間和人力，且可靠性和準確度不高，不利于管理人員及時掌控整個港區的用電情況，并且當某個用電設備出現故障或者操作不當時，只能人工排查故障，發現解決問題不及時，具有安全隱患，影響生產效率。隨著信息技術和網絡技術的迅速發展，智能配電系統得到廣泛的關注。智能配電監測系統是將先進的自動化測控技術、計算機通信技術融入到傳統的配電系統中，通過對整個港口的供用電情況進行實時監控，智能控制，提高了港口企業用電管理的自動化水平和管理質量，通過實時讀取電力系統數據，對電力能耗數據進行整理分析，最大程度地降低用能成本，節約能源。

2 工程概況

本工程建設8 個1000 噸級泊位，泊位總長度810m，新建錨位長度250m。設計通過能力為690 萬噸/年，其中集裝箱7.7 萬TEU/年，主要貨種為糧食、焦炭、礦建材料、木片、鋼材及集裝箱等。根據總平面布置、供電設備及其他用電負荷的分布情況，本工程新建2 座變電所。1#變電所位于本工程輔建區，主要為綜合辦公樓、宿舍樓、餐廳、維修保養間、工具庫、糧食倉庫、件雜貨倉庫等生產生活建筑物用電設備供電，2#變電所位于堆場區靠近碼頭前沿的負荷中心處，主要為碼頭堆場的機械用電設備以及照明設備供電，其中門座起重機和軌道式龍門起重機采用10kV 高壓供電，其余采用380V/220V 低壓供電。港區采用2 路10kV 高壓進線，引入到2#變電所，再從2#變電所引入到1#變電所，配電電壓為10kV，低壓配電電壓為0.4/0.23kV，供電頻率為50Hz。變電所高壓采用單母線分段運行，兩段母線互為備用，正常情況下只有一路運行，當其中一段母線檢修或故障時，另外一回路帶本所全部負荷，設計供電容量約為20000kW。

3 智能配電系統設計

3.1 系統方案

本項目變電所設計為無人值班，值班人員主要集中在綜合樓控制室，在綜合樓設置一套電力監控系統中心，在各變電所高、低壓開關柜、無功補償柜、變壓器、直流屏等部署數據采集器以及帶通訊口的智能表計、微機保護裝置、煙感探測器、溫濕度探測器等，集中采集、存儲港區用電設備的電力運行數據以及動環等數據，并遠程實時監控管理遙控各開關柜的斷路器及隔離開關的分合閘操作和變壓器分接頭檔位的調節操作，實現了港口用電自動化管理。

3.2 系統結構

系統總體設計采取分布式數據采集+集中監管平臺的架構模式，按照功能分層，則可劃分為系統管理層、網絡通訊層、現場監控層，具體的系統組成結構示意圖如圖1 所示：

圖1 智能配電系統的結構示意圖

3.2.1 系統管理層

系統管理層主要由電力監控軟件、主機、打印機等設備組成，主控層監控軟件系統主要采用基于Client/Server（客戶機/服務器）模式的分布式網絡結構，該系統采用標準化、網絡化、功能分布的體系結構，可靠性高，維護方便，擴展性強，能充分利用網絡系統中各部分的優勢，實現了數據互通和上傳和信息資源的高度共享，并提供友好的人機界面，實現系統的監視和管理功能。

3.2.2 網絡通訊層

本系統的網絡通訊層主要由以太網網關、工業以太網交換機、光纖收發器、光纜和通訊電纜等設備及通信線路組成，實現系統管理層和現場監控層之間的數據交換。本工程建設2 座變電所，2#變電所為主站，1#變電所為子站，根據所接入具體的設備配置一臺智能通信管理機，采用高可靠硬件平臺和嵌入式實時多任務操作系統的軟件平臺，實現多個數據平臺、多個后臺系統同時轉發數據的復雜應用和詳細存儲帶有時標的事件順序記錄功能，并預留遠期設備接入接口。通訊管理機將各種保護監控裝置采集后輸出TCP/IP 協議的網絡信號，以太網信號上傳給工業環網以太網交換機，然后通過專用智能網上傳到后臺監控站。

3.2.3 現場監控層

本系統的現場監控層主要由綜合保護裝置、電力參數測量裝置、電能質量監控裝置和電氣回路監控單元組成，實現各配電系統的數據和信息的采集的功能，通過通訊接口接入現場總線。整個現場監控層分高低壓兩部分，高壓部分分保護和監控，低壓主要以監控計量為主。需要配置的裝置配置為 ：①微機保護裝置，通過RS-485 接口接入高壓配電柜的微機保護，進行高壓配電系統的數據采集，開關量狀態的采集，保護裝置的動作信息等；②智能儀表裝置，通過RS-485 接口接入低壓配電柜的智能儀表，進行低壓配電系統的數據采集，并對低壓開關柜和母聯柜具有遙控、遙測、遙信功能；③干式變壓器溫控器裝置，進行變壓器超溫報警和高溫跳閘信號，進行變壓器的溫度監視及強冷風機運行監視；④直流屏監測裝置，實現對直流屏運行狀態的遠程監測，實時采集直流屏的母線正負電壓、母線電壓低、電池電壓高、直流母線接地等信號，通過直流屏的通訊口接入系統，把數據傳送至監控主機；⑤無功補償監測裝置：實時監測無功補償裝置的運行參數及狀態，通過通訊接口接入系統。

3.2.4 運行結果

本系統經過多次調試，界面友好，運行穩定，運行界面如下圖所示，實現了以下功能：

（1）電力系統運行狀態監測；

（2）各開關柜斷路器的遠程控制；

（3）電力系統的電能質量管理；

（4）故障報警和事件管理；

（5）電力系統的能耗管理；

（6）電力系統的用戶管理、數據管理以及報表管理。

圖2 智能配電系統開關柜監測圖

圖3 智能配電系統變壓器監測圖

4 結語

本文針對傳統港口工程的供配電系統的運行、維護需要耗費大量的人力、精力的問題，提出了一種先進高效、綠色智能的配電系統，并對該系統的總體架構和功能分析進行了詳細的介紹。本系統已在該港口穩定運行了一段時間，具有很高的可靠性和實用性，實現港區的電力系統透明化，提高了港區供電系統的安全性，可靠性和管理化水平，為企業帶來了很好的經濟效益，具有廣闊的應用前景。