【節(jié)能學(xué)院】智能化選煤廠配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)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(biāo)及實現(xiàn)功能的方法；在智能化選煤廠中通過數(shù)據(jù)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(xiàn)配電室的無人值守，保證生產(chǎn)過程的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)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(jīng)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(guān)電器的位置、補償電容器投切組數(shù)等），經(jīng)中間信號采集及轉(zhuǎn)換單元匯總處理后，上傳至調(diào)度室上位機，供調(diào)度值班人員隨時監(jiān)視查詢，然后做出相應(yīng)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(jié)構(gòu)（見圖1），可分為三層：現(xiàn)場間隔層、通信網(wǎng)絡(luò)層、集中控制層。

（1）現(xiàn)場間隔層包括10kV/6kV微機綜合保護(hù)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(hù)器，主要向上層提供實時監(jiān)測數(shù)據(jù)；

（2）通信網(wǎng)絡(luò)層包括網(wǎng)絡(luò)通信控制器、交換機、相關(guān)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(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器等設(shè)備組成。

現(xiàn)場間隔層

如今，高低壓配電柜多采用抽屜柜結(jié)構(gòu)，各功率單元按一次設(shè)備分布式布置，各個功率單元相對孤立，儀表、保護(hù)器互不干擾，所有儀表和保護(hù)器均可通過通訊接口接入通信網(wǎng)絡(luò)層的通信控制器，完成對用電設(shè)備的保護(hù)、數(shù)據(jù)測量、控制和通信。

圖1無人值守高低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通信網(wǎng)絡(luò)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(nèi)所有儀表、保護(hù)器聯(lián)網(wǎng)，完成對配電設(shè)備實時運行數(shù)據(jù)采集的上送功能和對配電設(shè)備遠(yuǎn)程控制、儀表參數(shù)設(shè)置的下達(dá)功能，實現(xiàn)實時控制及信息資源的共享。每個配電室根據(jù)具體的用電設(shè)備數(shù)量及用電類型配置相應(yīng)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(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行實時、準(zhǔn)確的監(jiān)控和記錄，同時還能友好的進(jìn)行電能管理和負(fù)荷控制、電能質(zhì)量分析、故障報警和統(tǒng)計報表的生成，實現(xiàn)對整個配電系統(tǒng)電氣設(shè)備的遙信、遙控、遙測和遙調(diào)“四遙”功能。視頻監(jiān)控主要是對每個配電室環(huán)境進(jìn)行視頻監(jiān)控和音頻監(jiān)控，在確保用電設(shè)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(xiàn)對配電系統(tǒng)電氣設(shè)備的“遙視”功能。

智能化選煤廠無人值守配電系統(tǒng)的目標(biāo)

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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(shè)，成為選煤廠實現(xiàn)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(xiàn)以下幾個目標(biāo)：

①各配電室無人值守，達(dá)到減員增效的目的；

②配電設(shè)備前瞻性維護(hù)、實時化監(jiān)控，提高工作效率，提高生產(chǎn)的可靠性、科學(xué)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(xiàn)無縫連接；

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

智能化選煤廠無人值守配電系統(tǒng)的實現(xiàn)

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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(fù)荷單元，主要設(shè)置10kV/6kV以下配電設(shè)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(shè)備由斷路器柜、F-C柜、PT柜和直流屏組成。目前，國內(nèi)斷路器柜、F-C柜、PT柜較多采用KYN28A-12戶內(nèi)金屬鎧裝移開式開關(guān)設(shè)備，并配備高壓微機保護(hù)裝置及相應(yīng)的后臺監(jiān)控設(shè)備。該裝置通常提供以太網(wǎng)通訊口和RS-485通訊口，支持以太網(wǎng)通信規(guī)約，可查詢跳閘記錄、自檢記錄、開關(guān)量及狀態(tài)變位記錄，多方面記錄裝置運行信息，基本實現(xiàn)了對配電設(shè)備運行的“四遙”功能，但缺乏對柜內(nèi)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(guān)的觸頭和母線連接等部位易因老化導(dǎo)致接觸電阻過大而發(fā)熱。高壓開關(guān)柜相對封閉（防護(hù)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(yù)測，由此容易導(dǎo)致事故發(fā)生。所以，在無人配電系統(tǒng)中，應(yīng)該引入對斷路器上、下3相6個觸頭的測溫功能，設(shè)置相應(yīng)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(shù)字開關(guān)量。當(dāng)出現(xiàn)故障時，電機回路根據(jù)控制回路自動停機，再由配電室值班電工根據(jù)個人工作經(jīng)驗和電機綜合保護(hù)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(hù)器返回信號過于單一，發(fā)現(xiàn)故障即停機，影響正常生產(chǎn)；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(jìn)行定期維護(hù)；③缺乏對潛在故障的預(yù)警判斷，配電柜故障通常對故障回路中的電氣設(shè)備具有破壞性影響，并且無法恢復(fù)，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失；④故障的排除嚴(yán)重依賴于配電室值班電工的個人工作經(jīng)驗，無法及時準(zhǔn)確的排除故障。

智能配電柜是智能化工廠的基礎(chǔ)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(hù)器、無功補償裝置控制器等；斷路器實現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)信號返回和遠(yuǎn)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(shù)據(jù)上傳到通信網(wǎng)絡(luò)，在監(jiān)控平臺根據(jù)客戶的要求進(jìn)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(fēng)險預(yù)警；智能配電柜先進(jìn)的報警功能，可以預(yù)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(shù)據(jù)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(xiàn)配電柜與監(jiān)控畫面聯(lián)動的目的，達(dá)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(xiàn)故障與預(yù)警信號時，能夠快速鎖定問題回路、柜體所在位置，進(jìn)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(xiàn)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(chǔ)的供電控制與調(diào)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(jìn)行管理和分析，實現(xiàn)人員對配電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作和監(jiān)視[3]。該系統(tǒng)可以根據(jù)客戶需要實現(xiàn)對工廠配電進(jìn)行監(jiān)視和控制的功能定制，準(zhǔn)確反映配電柜的型式、回路號、功能及實時數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下幾個功能：遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、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(guān)設(shè)備的實時狀態(tài)，如斷路器的分合閘、變壓器溫度、綜合保護(hù)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(shù)、頻率等；遙控：通過組態(tài)軟件實現(xiàn)對斷路器、控制元器件的遠(yuǎn)程分、合閘控制；遙調(diào)：對配電屏微機保護(hù)裝置、無功補償裝置控制器、綜合保護(hù)器等儀器儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)修改；遙視：實現(xiàn)對配電室遠(yuǎn)距離的視頻和音頻監(jiān)控，及時確定故障現(xiàn)場，確保人身安全。

安科瑞產(chǎn)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(diào)、風(fēng)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(yīng)用場所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)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(shè)計、施工和運行維護(hù)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)功能

（1）實時監(jiān)測

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

（2）數(shù)據(jù)查詢

在人機界面中，可以直接查看配電室中各個設(shè)備的運行數(shù)據(jù)。

（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(nèi)設(shè)備的運行數(shù)據(jù)報表。

（5）實時告警

具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟取穸取⒂泻怏w、設(shè)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?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。

（7）用戶權(quán)限管理

設(shè)置了用戶權(quán)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(quán)限。

（8）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

支持實時監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（9）遙控功能

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

系統(tǒng)硬件配置

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結(jié)語

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通過對配電元件增加通信功能，完善配電數(shù)據(jù)監(jiān)控類型，實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)對配電室的多方位監(jiān)控，提高配電室的自動化水平，達(dá)到無人值守的目的。