物聯感知技術在供配電系統中的應用

〔摘 要〕以金隆銅業有限公司為例，為提升供配電系統的安全性與可靠性，探討了物聯感知技術在0.4 kV低壓供配電系統中的應用。該廠通過系統網絡構成設計、硬件與軟件配置更新，以及信息集成系統的建立，引入了先進的物聯感知設備，實現了實時故障信息的采集，并能上傳至企業MES系統。研究結果顯示，該系統能夠確保管理人員迅速獲取故障信息，及時響應處理，有效消除火災隱患。同時，系統還具備強大的數據分析功能，為點檢人員提供了設備運行狀態的重要參考。

〔關鍵詞〕物聯感知技術；網絡配置；軟硬件更新；信息共享；低壓供配電系統

中圖分類號：TM73；TP393 " 文獻標志碼：B" 文章編號：1004-4345（2024）0６-0054-0４

Application of IoT Sensing Technology in Power Supply and Distribution System

CUI Ping， LU Peng， Ge Zhenxiong

（Jinlong Copper Co.， Ltd.， Tongling， Anhui 244021， China）

Abstract" Taking Jinlong Copper Co.， Ltd. as an example， the paper discusses the application of IoT sensing technology in the 0.4 kV low-voltage power supply and distribution system so as to improve the safety and reliability of the power supply and distribution system. The company has introduced advanced IoT sensing equipment by designing the system network composition， updating the hardware and software configuration and establishing the information integration system to collect the real-time fault information， which can be uploaded to the enterprise MES system. The study results show that the system can ensure that management personnel can quickly obtain and handle fault information in a timely manner to eliminate fire hazards. At the same time， the system also has a powerful data analysis function， providing an important reference for point inspection personnel on the operating status of the equipment.

Keywords" IoT sensing technology; network configuration; hardware and software updates; information sharing; LV power supply and distribution system

金隆銅業有限公司（以下簡稱“金隆銅業”）是我國首座自行設計和施工的閃速煉銅工廠，原設計規模為年產陰極銅100 kt、硫酸375 kt，同時產出金、銀等副產品。該企業經過150 kt技改、210 kt擴建改造和350 kt挖潛改造3次重大技術改造工程后，現已形成年產460 kt陰極銅、1 200 kt 硫酸的生產能力。該公司采用世界領先的閃速煉銅技術，其核心流程包括閃速爐富氧熔煉、PS轉爐吹煉、回轉式陽極爐精煉、大極板常規電解的冶煉工藝，絕熱蒸發稀硫酸洗滌、二次轉化、二次吸收的制酸工藝。公司的技術裝備達到國際先進水平，重要工藝參數均實現了計算機在線控制，確保了生產的高效與穩定。

工業生產供配電系統的故障時有發生，不僅干擾正常的生產秩序，部分故障還可能引發火災，對安全構成嚴重威脅。消防部門統計數據顯示，每年由電氣故障引發的火災占到火災總數的30%～35%，有時甚至還會出現人身傷亡[1]。為了有效提升供配電系統的安全性與可靠性，2021年金隆銅業公司對渣選車間和稀貴車間的0.4 kV低壓配電系統進行了更新改造。此次改造不僅升級了硬件設備，還增加了物聯感知設備及信息集成系統，實現了將實時故障信息上傳至企業MES（制造執行系統）的功能。這一功能使崗位操作人員、專業點檢人員以及安全消防人員都能在第一時間內獲取到故障信息，從而迅速響應處理故障并及時消除火災隱患，切實保障生產安全。本文擬結合此次改造實踐，探討物聯感知技術在工業企業供配電系統中的應用。

1" "物聯網技術概論

物聯網是最新一代信息技術的重要組成部分。物聯網的發展基于互聯網，但在實際應用中，它對互聯網的使用進行了延伸和細化，實現了人與人、人與物、物與物之間的全面互聯。例如，可以構建一種局域性的網絡系統，該系統建立在所有設備共用一個統一協議的基礎之上，通過這個協議將所有設備緊密地聯系在一起，從而實現設備間的高效通信與協作。這樣的局域網不僅優化了資源分配，還提升了數據傳輸的安全性和速度，為物聯網的深入應用提供了堅實的基礎。

隨著電力電子技術的持續進步，使得設備能夠借助先進的感知技術（如傳感器），對所需信息進行精準采樣和收集。這些信息隨后被轉換成可通信的“數據語言”，從而實現了單個設備對信息的采集、發送、傳輸及接收功能。更進一步地，這一技術還促進了在同一網絡下，多個設備之間多種信息的順暢交換，為物聯網的廣泛應用奠定了堅實的技術基礎。此外，所有采集到的信息都會存儲在本地或者云平臺中，操作人員通過密鑰進入數據中心，即可了解網絡內所有的信息，從而達到信息共享之目的。

因此，物聯網是信息化技術與電力電子技術深度融合的產物，它構建了一個能夠實現物物相聯的互聯網絡。這個網絡不受地域和時間的限制，能夠將分布在不同地點、不同時刻的人或物緊密地連接起來，實現信息的全面互通與共享。物聯網的出現，極大地拓展了信息交流的邊界，為智能化、自動化的生產、生活提供了可能[2]。

2" "硬件配置更新

金隆銅業利用此次渣選車間和稀貴車間0.4 kV低壓柜整體更新改造的契機，主要從以下幾個方面增加了物聯網技術的相關硬件配置。

2.1" 外部硬件配置

外部硬件更新主要指使用新型的組合式用電物聯感知終端（見圖1）全面采集和分析低配室的相關配電數據。該終端會配套不同的毫安級電流互感器（見圖2），適用于企業的0.4 kV低壓配電系統。該終端功能強大，集測量、通信于一體，能夠實時監測三相/單相電壓、電流、頻率、功率因數、功率以及電度等關鍵參數，同時還具備電能質量監測、泄漏電流監測、溫度測量等高級功能，并能發出故障預警和記錄故障波形，為配電系統的安全運行提供了有力保障。

在硬件設計方面，該終端采用了導軌式安裝方式，所有單元模塊均適用于35 mm標準平槽導軌，便于快速安裝和更換。在同一個安裝導軌上，電壓單元是唯一的，其他模塊如電流單元，則可以根據需要靈活組合，支持多個用電設備的電流單元集成安裝。這一設計不僅提高了安裝的便捷性，還使配電數據的查看更加直觀清晰。

所有在線監測終端被直接安置于配電站內部，以確保數據采集的精確性和穩定性。每個低壓出線回路的CT控制電纜會連接到在線監測終端的端子上用以采集電流信號。同時，每個配電柜內均配置有一個在線監測終端，該終端通過從400 V母線取電，來完成電壓信號的采集任務。

此外，這些在線監測終端還具備狀態量與溫度量的雙重采集能力，能夠精確獲取低配抽屜內部的溫度數據。為了實現這一目標，每個抽屜內的進線電纜接頭處均裝有溫度探頭。這些探頭被巧妙地連接至對應抽屜的電流單元，從而順利完成溫度信息的采集工作。此次創新性地增設抽屜內溫度測量與監控點，不僅是一項技術上的突破，更有效解決了以往在日常點檢維護過程中難以準確監測抽屜內電氣回路溫度的難題，極大地提升了設備運行的安全性與可靠性。

配電站內的外部硬件配置如圖2所示。

2.2" 內部硬件工作原理

在線監測終端的內部硬件工作原理見圖3。設備硬件可以劃分為4大模件，分別為CPU核心系統模件、開入量模件、開出量模件、交流采樣模件。其中，CPU核心系統模件最為關鍵，它又包含了RAM、FLASH、A/D、UART、SD卡、WATCHDOG、液晶顯示和鍵盤等部分。

3" "軟件與網絡配置

3.1" 在線監測終端的軟件配置

各個單元模塊通過 RS485 接口接入 HZ17X 系列電力物聯網監測終端后，在線監測終端即擁有了該物聯網系統的所有信息，并通過設定好的程序進行比對、判斷、通信、顯示等，最后提供結果。在線監測終端作為電力物聯網系統的核心組件，其軟件配置決定了系統的功能和性能[3]。

在線監測終端的軟件分高速采樣模塊、繼電保護模塊、諧波計算模塊、通信接口模塊、人機界面模塊、硬件自檢模塊和軟件監視模塊幾大模塊。1）高速采樣模塊：負責完成每周波72點的高速數據采樣，包括交流信號的采樣和遙信狀態的掃描。2）繼電保護模塊：負責完成每周波12點的繼電保護邏輯運算，并在發生故障時記錄故障波形。3）諧波計算模塊：每周波進行一次諧波分量、功率和電度的計算。4）通信接口模塊：管理兩個通信口的報文組幀、收發和解析。5）人機界面模塊：處理鍵盤輸入、繪制圖形和菜單，以及液晶顯示屏的更新。6）硬件自檢模塊：實時對硬件各模塊進行自診斷，檢測并報告硬件故障。7）軟件監視模塊：監視每個軟件模塊的運行狀態，確保系統的正常運行。

3.2" 在線監測終端的網絡配置

在線監測終端不僅具備強大的本地處理能力，還能通過網絡配置實現與遠程云平臺的無縫連接。此次改造項目構建起了企業電力能效管理平臺、電氣安全智慧平臺、用電運維管理云服務等系統[4]。

1）數據傳輸通道。測量數據可以通過現場網關的 GPRS/WIFI/NB-IOT 通道上傳到云平臺。多種通信方式的選擇，確保了數據傳輸的靈活性和可靠性。

2）云平臺構建。已建立基于Mysql數據庫的云平臺數據中心，用于實現數據存儲、數據分析和數據訪問等功能。通過OPC網關，將稀貴、渣選兩個站房的數據統一采集并存儲到GE IH中，后期可根據需要在MES和生產信息網中展現出實時及歷史數據，并對數據進行分析。

3）數據訪問與應用。與公司現有數據庫網絡對接，使公司系統能夠訪問遠程數據中心存儲的故障數據（圖4）。運維人員可以通過終端或網絡遠程訪問數據中心，進行故障定位和故障分析。為快速進行故障處理提供輔助決策，提高運維效率和電力系統的可靠性。

4" "應用情況

目前，渣選和稀貴兩個站點基于物聯感知技術的供配電系統升級改造硬件施工和軟件通信施工已經全部完成。

在升級后的系統中，稀貴車間和渣選車間低配室內加裝的感知終端設備都得到了清晰的展示。通過簡單的顏色標識（綠色代表設備正在正常運行，紅色表示設備處于停機狀態），點檢人員能夠迅速識別設備的運行狀態，如圖5所示。此外，點檢人員還能夠直接在現場觸摸屏上查看到各種關鍵數據、運行曲線及報警信息，這使他們能夠迅速掌握現場的第一手資料，對設備的運行狀態有更加直觀和全面的了解。同時，這兩個站點的數據已經成功接入公司的數據庫，實現了數據的遠程查看功能。這一功能極大地拓寬了點檢人員的工作范圍，即使不在現場，也能便捷地遠程查看站點數據，及時掌握設備的運行狀態，從而迅速作出反應，消除潛在的隱患。

在單體設備的監控畫面中，除了基本的電壓、電流和溫度顯示外，系統還設置了報警功能。一旦電流超過設定值或三相溫度出現異常，系統就會在監控畫面中及時顯示，并通過右上角的錄波功能自動保存故障時的數據波形，為后續的故障分析提供有力的支持[5]。低配進線監控畫面示意見圖6。系統中的溫度曲線和電流曲線功能為點檢人員提供了重要的數據參考。通過觀察這些曲線，點檢人員可以清晰地看到設備在一天內的變化趨勢，從而及時發現異常情況，并作出專業的判斷。這種預防性的保全工作能夠有效地避免故障的發生和擴大，確保設備的穩定運行。

5" "結語

供配電設備的穩定運行直接關系到生產的穩定，因此智慧電網的建設是工業企業向智能工廠轉型，實現生產運行管理精益化的重要步驟。本文通過對金隆銅業渣選車間和稀貴車間0.4 kV低壓供配電系統的技術改造進行總結，詳細介紹了物聯感知技術在供配電系統中的應用情況。此次改造不僅引入了先進的物聯感知設備，還建立了信息集成系統，實現了實時故障信息的上傳與共享。通過現場觸摸屏和對遠程數據庫的訪問，點檢人員能夠迅速掌握設備運行狀態，及時響應并處理故障，有效提升了企業供配電系統的安全性與可靠性。區域電氣安全物聯網系統的建成不僅優化了資源配置，還提高了生產效率，為金隆銅業的智能化轉型和持續發展奠定了堅實基礎。未來，物聯感知技術將在更多領域得到應用，為工業生產的安全與高效提供更多可能。

參考文獻

[1] 陸昱，朱洪成，黃俊，等.配電站低壓故障在線監測系統的設計和實現[J].電工技術，2017（9）：15-16.

[2] 王志坤.鐵路變臺在線監測系統的設計和實現[J].電工技術，2019（4）：111-112.

[3] 呂懷軍.基于電力物聯網智能配電應用及智能運維探索[J].電力勘探設計，2024（11）：57-58.

[4] 王順民.基于物聯網的金屬礦山智能供配電管控一體化系統設計與實現[J].電氣技術與經濟，2024（10）：11-12

[5] 吳天雄.物聯網技術在配電網絡智能化檢測中的應用[J].集成電路應用，2024（10）：34-35.