【節(jié)能學院】智能化選煤廠配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應用探討

摘要：介紹智能化選煤廠無人值守配電系統(tǒng)的組成、主要功能目標及實現功能的方法；在智能化選煤廠中通過數據采集、配電管理平臺和影音監(jiān)控功能完成一體式的電力系統(tǒng)自動化，實現配電室的無人值守，保證生產過程的安全性、可靠性和經濟性。

關鍵詞：選煤廠；無人值守配電室；智能化；配電管理平臺

概述

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無人值守配電室，是指經常性無運行值班人員的配電室。該室的運行狀態(tài)（包括執(zhí)行單元的各種量值、開關電器的位置、補償電容器投切組數等），經中間信號采集及轉換單元匯總處理后，上傳至調度室上位機，供調度值班人員隨時監(jiān)視查詢，然后做出相應處理。

系統(tǒng)組成

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無人值守高低壓配電系統(tǒng)采用分層分布式結構（見圖1），可分為三層：現場間隔層、通信網絡層、集中控制層。

（1）現場間隔層包括10kV/6kV微機綜合保護裝置、直流屏、變壓器溫控器、電容柜及低壓智能抽屜柜儀表、智能電機保護器，主要向上層提供實時監(jiān)測數據；

（2）通信網絡層包括網絡通信控制器、交換機、相關通信線纜等附件；

（3）控制管理層即監(jiān)控管理平臺，是智能化工廠的核心，主要由工控機、視音系統(tǒng)、打印機、網絡通信服務器等設備組成。

現場間隔層

如今，高低壓配電柜多采用抽屜柜結構，各功率單元按一次設備分布式布置，各個功率單元相對孤立，儀表、保護器互不干擾，所有儀表和保護器均可通過通訊接口接入通信網絡層的通信控制器，完成對用電設備的保護、數據測量、控制和通信。

圖1無人值守高低壓配電系統(tǒng)結構

通信網絡層

每個配電室均配置通信管理機（信號中繼單元）。通信管理機與配電室內所有儀表、保護器聯網，完成對配電設備實時運行數據采集的上送功能和對配電設備遠程控制、儀表參數設置的下達功能，實現實時控制及信息資源的共享。每個配電室根據具體的用電設備數量及用電類型配置相應的通信管理機。

控制監(jiān)控層

監(jiān)控平臺主要由人機界面、視頻監(jiān)控部分組成。人機界面采用組態(tài)監(jiān)控軟件，對配電系統(tǒng)電氣設備的運行狀態(tài)進行實時、準確的監(jiān)控和記錄，同時還能友好的進行電能管理和負荷控制、電能質量分析、故障報警和統(tǒng)計報表的生成，實現對整個配電系統(tǒng)電氣設備的遙信、遙控、遙測和遙調“四遙”功能。視頻監(jiān)控主要是對每個配電室環(huán)境進行視頻監(jiān)控和音頻監(jiān)控，在確保用電設備安全的同時，便于工作人員對配電事故做出正確分析，實現對配電系統(tǒng)電氣設備的“遙視”功能。

智能化選煤廠無人值守配電系統(tǒng)的目標

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優(yōu)化工藝、降低運行成本已成為各選煤廠發(fā)展的重要途徑。智能化選煤廠的建設，成為選煤廠實現管理創(chuàng)新、減員提效的重要途徑與手段。而作為智能化選煤廠的一部分，無人值守配電系統(tǒng)主要實現以下幾個目標：

①各配電室無人值守，達到減員增效的目的；

②配電設備前瞻性維護、實時化監(jiān)控，提高工作效率，提高生產的可靠性、科學性；

③選煤廠配電系統(tǒng)“五遙”操作，提高選煤廠配電系統(tǒng)的自動化水平，將配電系統(tǒng)與控制系統(tǒng)實現無縫連接；

④構建電能管理系統(tǒng)，達到節(jié)能減排，同時為智能化選煤廠提供信息基礎。

智能化選煤廠無人值守配電系統(tǒng)的實現

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選煤廠無人值守配電系統(tǒng)主要由三部分組成：智能配電系統(tǒng)、視音監(jiān)控系統(tǒng)和無人值守配電管理系統(tǒng)。

智能配電系統(tǒng)

選煤廠屬于電力系統(tǒng)中的二級負荷單元，主要設置10kV/6kV以下配電設備，所以選煤廠配電室主要由10kV/6kV高壓配電柜和660V/380V低壓配電柜組成。

高壓配電柜的主要設備由斷路器柜、F-C柜、PT柜和直流屏組成。目前，國內斷路器柜、F-C柜、PT柜較多采用KYN28A-12戶內金屬鎧裝移開式開關設備，并配備高壓微機保護裝置及相應的后臺監(jiān)控設備。該裝置通常提供以太網通訊口和RS-485通訊口，支持以太網通信規(guī)約，可查詢跳閘記錄、自檢記錄、開關量及狀態(tài)變位記錄，多方面記錄裝置運行信息，基本實現了對配電設備運行的“四遙”功能，但缺乏對柜內使用環(huán)境的監(jiān)測。

對于10kV/6kV系統(tǒng)中的高壓柜，在長期運行過程中，開關的觸頭和母線連接等部位易因老化導致接觸電阻過大而發(fā)熱。高壓開關柜相對封閉（防護等級IP4X），運行時沒法打開，觸頭所在位置又不便于觀察，這些發(fā)熱部位的溫度很難預測，由此容易導致事故發(fā)生。所以，在無人配電系統(tǒng)中，應該引入對斷路器上、下3相6個觸頭的測溫功能，設置相應的超溫報警，完善對高壓配電系統(tǒng)的監(jiān)控。

低壓配電柜作為選煤廠配電系統(tǒng)的終端單元，直接影響著選煤廠的正常運行。在傳統(tǒng)的選煤廠中，低壓配電柜電機回路只向上級PLC控制單元返回帶電信號和故障信號等數字開關量。當出現故障時，電機回路根據控制回路自動停機，再由配電室值班電工根據個人工作經驗和電機綜合保護裝置的簡單報警提示判斷故障原因，然后排除故障。這就暴露出傳統(tǒng)配電柜存在如下問題：①低壓綜合保護器返回信號過于單一，發(fā)現故障即停機，影響正常生產；②通常電氣故障都具有很強的隱蔽性，不易發(fā)覺，需要工廠配備大量的人力資源對配電柜進行定期維護；③缺乏對潛在故障的預警判斷，配電柜故障通常對故障回路中的電氣設備具有破壞性影響，并且無法恢復，造成不必要的經濟損失；④故障的排除嚴重依賴于配電室值班電工的個人工作經驗，無法及時準確的排除故障。

智能配電柜是智能化工廠的基礎組成部分。與傳統(tǒng)的配電柜相比，智能配電柜對系統(tǒng)中的所有儀表加入了通信功能[2]，如：電度表、變壓器保護器、無功補償裝置控制器等；斷路器實現開關狀態(tài)信號返回和遠程分合閘功能；電機綜保裝置加入了更多的監(jiān)測功能和故障記錄存儲功能。并將所有的數據上傳到通信網絡，在監(jiān)控平臺根據客戶的要求進行記錄和存儲。

智能配電柜具有完善的監(jiān)控系統(tǒng)，能為供電系統(tǒng)提供管理及風險預警；智能配電柜先進的報警功能，可以預防潛在的故障；智能配電柜還具有高精度、寬量程、高性能、高集成化的特點。

視音監(jiān)控系統(tǒng)

智能配電系統(tǒng)是對無人值守配電系統(tǒng)多方位的實時運行數據的信息監(jiān)控；視音監(jiān)控系統(tǒng)則是對信息監(jiān)控功能的一種補充，主要通過在配電室中增加監(jiān)控攝像頭、聲音監(jiān)聽器與對講系統(tǒng)，實現配電柜與監(jiān)控畫面聯動的目的，達到工作人員對無人配電室環(huán)境更加直觀、便捷的視頻影音監(jiān)控。在配電系統(tǒng)出現故障與預警信號時，能夠快速鎖定問題回路、柜體所在位置，進行實時監(jiān)控，以確保配電柜安全運行的同時警告、確保人員的安全，實現無人值守配電系統(tǒng)的“遙視”功能。

無人值守配電管理系統(tǒng)

無人值守配電管理系統(tǒng)（即監(jiān)控平臺）是以計算機為基礎的供電控制與調度自動化系統(tǒng)，主要由工控機、監(jiān)控軟件、打印機等組成（見圖2），其功能是對上述智能配電系統(tǒng)、視音監(jiān)控系統(tǒng)上傳的監(jiān)控信息進行管理和分析，實現人員對配電系統(tǒng)的遠程操作和監(jiān)視[3]。該系統(tǒng)可以根據客戶需要實現對工廠配電進行監(jiān)視和控制的功能定制，準確反映配電柜的型式、回路號、功能及實時數據。該系統(tǒng)主要實現以下幾個功能：遙信、遙測、遙控、遙調、遙視。

圖2智能化配電系統(tǒng)SCADA的組成

遙信：采集配電屏各種開關設備的實時狀態(tài)，如斷路器的分合閘、變壓器溫度、綜合保護器的故障類型；遙測：對用電回路的信息采集：電流、電壓、有功功率、無功功率、電度、功率因數、頻率等；遙控：通過組態(tài)軟件實現對斷路器、控制元器件的遠程分、合閘控制；遙調：對配電屏微機保護裝置、無功補償裝置控制器、綜合保護器等儀器儀表進行遠程參數修改；遙視：實現對配電室遠距離的視頻和音頻監(jiān)控，及時確定故障現場，確保人身安全。

安科瑞產品介紹

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概述

配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括智能監(jiān)控系統(tǒng)屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（云臺球機、槍機）、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統(tǒng)（燈光、空調、風機、水泵）、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監(jiān)控子系統(tǒng)（雙鑒檢測器）。

應用場所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設計、施工和運行維護。

系統(tǒng)結構

系統(tǒng)功能

（1）實時監(jiān)測

能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數信息，實時顯示有關故障、告警等信息。

（2）數據查詢

在人機界面中，可以直接查看配電室中各個設備的運行數據。

（3）曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

（4）運行報表

查詢配電室內設備的運行數據報表。

（5）實時告警

具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

（6）歷史事件查詢

能夠對產生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。

（7）用戶權限管理

設置了用戶權限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。

（8）網絡拓撲圖

支持實時監(jiān)視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網絡結構。

（9）遙控功能

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的設備進行遠程遙控操作。

系統(tǒng)硬件配置

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結語

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通過對配電元件增加通信功能，完善配電數據監(jiān)控類型，實現配電柜的智能化、信息化；統(tǒng)一高低壓配電系統(tǒng)監(jiān)控后臺，與廠房影音監(jiān)控系統(tǒng)相配合實現配電系統(tǒng)的“五遙”功能；建立智能化選煤廠配電系統(tǒng)SCADA，實現對配電室的多方位監(jiān)控，提高配電室的自動化水平，達到無人值守的目的。