广播发射台智能化低压配电系统的应用研究

吕斌

(国家新闻出版广电总局724台,陕西宝鸡 722400)

1 概述

伴随着计算机通信、大规模集成电路、自动控制、视频监控等技术的快速发展,电力系统在控制和保护技术上有了很大的提高,电源综合管理手段更加完善,智能化供配电网及智能变电站已经开始应用试点。各项控制保护技术也已呈现智能化、网络化,保护、控制、测量和数据通信一体化的发展趋势。

近年来,广播发射台站的10kV及以上供配电系统的自动化改造已经基本完成,微机综合保护装置、自动控制装置及智能监控软件已经大量应用,并在加强系统智能监控,提高运行可靠性,减少人员工作强度,实现无人值班工作模式等方面奠定了基础。但是多数台站的低压配电系统仍然是传统的开关柜,数量多、分布散、技术落后,操作仍以人工直接进行为主,保护单元功能单一,控制及自动装置依靠多种继电器实现,监视依赖电压表、电流表、电能表、功率计等指模拟针式仪表,没有监控软件和预警装置等。如果需要实现微机综合管理,则需采用电量变送器及微处理器实现,这种方式成本高、功能简单、可靠性和稳定性较差,应用效果不佳。在广播发射台的发射机房及各类附属设施供电中,这种传统的低压配电系统已经成为保障广播发射台电力安全供应的瓶颈和短板。探讨将新型的智能化低压配电系统应用到广播发射台站成为必要的研究课题。

2 智能低压配电系统的组成和工作原理

智能低压配电系统是将电子技术、通讯技术、总线技术、视频监控技术、计算机及网络技术与电力设备融合,将配电系统中的监测、保护、控制、计量和管理部门的监控管理等工作结合在一起,对低压配电系统的实时数据、开关状态及远程控制进行集中管理,使低压配电系统能够进行快速诊断、自动隔离,准确切除故障设备,保障正常设备运行。

图1 智能化低压配电系统结构图

2.1 系统的结构组成

智能化低压配电系统一般由智能断路器和四遥单元,微机测控装置,智能马达控制器,温湿度控制器,数字仪表,相关网络设备及后台监控软件组成。相较于普通塑壳式断路器结构紧凑,操作容易,功能比较简单的特点,智能断路器则具有模块化设计,功能完善,保护范围和定值可调,可对外通讯的特点,特别是近年来单片机技术的应用,使智能断路器向着高性能、易维护、网络化的方向发展。

智能低压配电系统采用当前国内外在供配系统结构设计中都遵循的IEC61850标准,将系统组成的设备分为站控管理层、通讯控制层、现场设备层三个区域。其典型结构如图1所示。

2.1.1 站控管理层

站控管理层面向运行维护人员,是工作人员与智能控制系统交互的窗口,用来对智能元件以及控制监控设备的监视、保护和控制通讯,是系统的最上层部分,主要由后台监控软件和必要的硬件设备如监控计算机、UPS不间断电源、GPS时钟、打印机等组成,实现对系统内设备的监视、控制、告警及信息交互,完成数据的采集存储和分析,对下层设备进行在线维护、在线组态、在线修改参数等。

2.1.2 通讯控制层

通讯控制层主要是由以太网交换机、串口服务器、规约转换器等组成,负责数据的传输交换,集中上传现场实时数据,下达后台软件对现场设备的控制命令。通信网络的传输主要由光线和双绞线组成,与现场设备的联接一般使用双绞线,硬件接口采用RS-485,长距离的联接则采用光纤传输。

2.1.3 现场设备层

现场设备层是带有通讯接口的各种智能元器件,是智能化低压配电系统的执行者。主要包括微机保护装置,自动控制装置,数字仪表,温湿度控制器,各种传感器。设备层的元器件安装在低压开关柜中,负责采集现场数据,进行上传和前端存储。

图2 视频监控辅助系统结构图

2.2 智能低压配电系统的工作原理和功能

智能低压配电系统在运行中遵循“下层独立工作,后台综合管理”的工作原理。

由于现场总线技术和微电子技术的应用,现场设备层的智能化元件可不依靠计算机网络而独立运行,这些智能元件能够根据内置的程序和定值,结合电流电压互感器、温湿度传感器或其他控制器传达的信息,自动准确的做出判断,进行开关的分合闸操作或其他动作。这种不依赖网络和后台指令的工作原理能提高系统运行的实时性和可靠性,满足低压电器设备运行的需要及生产过程控制的要求。这些智能原件将采集到的各类数据信息,开关动作的情况通过网络上传至站控管理层的后台机,同时将电量计量、录波等采集数据在前端进行存储。

后台监控软件接受通讯控制层上传的系统运行数据,进行分析储存,以各种丰富的界面展现给运行维护人员,承担远程控制、调整,事件和告警记录,保存历史数据,定值在线修改,设备在线组态等工作,同时支持开源数据库的接口,便于与高压配电系统对接,或向上级站传输现场的运行数据。后台监控软件还负责下发GPS时钟同步,设备层和通讯控制层设备运行状态的智能监控,记录分析不同层级开关故障时的SOE动作记录等任务。

对于广播发射台这样的能源消耗较大的单位,利用智能监控系统的数据分析,能够准确进行节能降耗的实施。

(1)后台监控系统会自动分析不同地点负荷的功率因数,在装有无功补偿装置的设备范围,选择自动投退补偿装置。(2)分析负载网络,合理优化线路,减少线路损耗。(3)根据负荷性质和功率变化,选择容量与实际负荷最接近的变压器,使变压器工作在损耗最低的状态。(4)利用过环境传感器和智能马达控制器,在冬季根据环境温度变化自动调整电锅炉和电加热设备的运行温度,夏季自动调整风冷系统的工作状态。

2.3 视频监控辅助系统

上述监控系统将所有低压设备的运行装填和告警信息集中上传到了后台监控,实现了对断路器、电动机、辅助设备的远程控制。但是,这些装置和传感器还没有做到环境监控,如配电室、开关室、电缆沟内的环境情况,变电站防火、防渍、防爆、防侵入等,这些问题只能依靠人员定期巡检来发现或解决,对于广播发射台复杂且分布较散的低压配电系统,人员的巡视工作量会比较大,且无法做到无死角。基于这些需求,重要单位的智能化低压配电系统还应建立视频监控辅助系统。

视频监控辅助系统由高清摄像头、存储设备、光纤交换机、视频矩阵、监控屏幕等组网,典型的视频监控系统结构如图2所示。

利用自动跟踪和移动侦测技术,自动监控设备区域,及时发现人员入侵和消防等隐患,对低压配电设备的网络监控起到补充、对比、印证的作用。自动用视频记录变电站的安全以及设备的运行情况,监测电力设备发热情况,及时发现、处理事故情况,提高电力系统自动化的安全性和可靠性,并提供分析事故的有关图像资料,使运行维护人员及时准确地掌握低压配电系统各种现场信息,提高智能综合管理水平。

3 智能低压配电系统在广播发射台应的注意事项

3.1 注意兼容性和开放性

目前,智能化低压配电系统正在向综合化、集成化、开放化的方向发展,它是一个相对复杂的系统项目,包含多种类型的硬件设备和软件系统,各个模块和子系统之间又存在着不同程度的关联。因此在进行系统设计和规划时要充分考虑系统的兼容性,统一性。要预留与其他系统对接的硬件和软件规约,便于日后升级更新。

3.2 抗电磁干扰的问题

在广播发射台的应用中应考虑电磁干扰的问题。一些厂家的智能设备和通讯网络,在广播发射台这样的强电磁环境下会出现误报、丢包、死机、重启等故障现象。因此前期做好现场试验和比较选型工作十分重要。还应该从以下几个方面提前准备必要的抗干扰措施。

(1)采用屏蔽技术防止辐射干扰。对微机保护装置,自动控制装置,网络通讯设备,智能断路器的电子器件采用封闭金属机箱,施工中使用10mm2编织铜线进行分区接地,高频接地效果好。RS-485通讯线全部采用屏蔽通讯线,并制作且仅制作一点接地。(2)从电源切断电磁干扰途径。在现场有条件的地方使用UPS电源或直流屏供电,只能采用交流供电的需使用带有隔离变压器的适配器供电,滤除电源入侵波。(3)设备厂家可以采用双重化采样及互校技术,配置独立的装置启动元件,电路板按电压等级分区等措施来杜绝保护装置硬件受到干扰引起的误动。

3.3 智能低压配电系统的安全管控问题

智能化低压系统带来便捷与高效的同时,对维护人员的整体素质也有更高的要求,在一些地方出现过因工作人员对智能系统的功能原理不清楚,在检修或试验中,错误的投退软压板,误修改定值,造成开关动作引起停电的事故,需要管理人员引起重视,加强技术管理和制度管控。

4 结语

目前,随着各相关技术的全面发展,智能化低压配电系统具备了高效、科学、合理、自动管控电力系统的突出特点。随着广播发射台这样的重要播出单位对配电系统可靠性需求的增长,逐步应用智能化低压配电系统成为必然的趋势。智能化低压配电系统能够提高复杂低压供电网络的智能控制和综合管理水平,减少维护工作量,实现对核心设备和重要设施的远程遥测、遥信、遥控、遥调、遥视,为加强系统运行稳定性,提高供电质量,保障安全播出工作起到有力的推动作用。

[1]张卫东.智能型低压配电系统[M].中国电力出版社,2010,07.

[2]许先灶.智能化低压配电系统的发展与应用[J].低压电器,2004,(02):33-35.

[3]刘爽.智能化低压电控配电系统的设计及实现[J].科技与创新,2017(09):139.

[4]徐纯.广播发射台自动化监控系统的应用和维护探析[J].黑龙江科技信息,2016,(14):39.

[5]张洁.中波广播发射台智能化播控监测系统研究[J].无线互联科技,2018,15(02):11-12.