智能化低压配电系统的发展及应用

郝兰英（青岛港湾职业技术学院，山东 青岛 266404）

0 引 言

人们的生活水平不断提高，对电力系统提出了更高的要求。随着我国电网覆盖的范围越来越大，传统的配电系统运行和维护措施已经无法满足国家电网发展的要求。供配电设备作为用电的基础设施，仅仅依靠传统的安全检测手段，事后检修和预先设定周期性定期检修都已不能满足现代化用电安全和用电质量的保证。因此，应大力促进电网智能化建设，以提高电力的可靠性、城乡供电能力及供电安全水平。配电设备的在线监测及状态检修是配电网智能化的重要组成部分。在线监测即是通过在配电设备上装设各种检测仪表对配电设备的运行状况进行实时、连续的自动检测，通过软件对监测数据进行分析处理诊断，最终做出检修意见[1]。

1 智能化配电系统的发展

配电设备中包括3 大板块：6～10 kV 高压开关设备、变压器和0.4 kV 低压开关设备。除了检修时的必要停电，设备必须24 h 不间断运行。为此，监测设备必须能在线、实时对运行的设备进行监测，实时反映设备的状况。一旦配电设备出现异常，必须立刻进行报警，通知管理人员进行预处理，消除故障隐患，防患于未然。针对能及时发现系统及设备故障或缺陷，减少停电时间、次数和面积，实现不间断供电，提高工作效率。目前，在国内外普遍采取以下解决方法。（1）采用大量智能检测设备。带485 通信功能的多功能仪表，配合断路器脱扣线圈进行控制。此类控制方式需要在配电柜内增加大量仪表及互感器，利用上位机进行遥测、遥传、遥控，构成复杂，实现功能简单，但不能长期存储相关运行记录。（2）增加基于GPRS 的信号发射模块进行现场电量参数的远传，再通过巡查人员或电工进行参数读取和分析，最终通过人工控制断路器通断。此种方式存在GPRS 信号不稳定、检测电参量不全面的问题，目前只在小部分的供电局系统使用[2]。（3）采用断路器智能脱扣器本身加装。蓝牙模块实现数据的远传和控制，此类控制方式适用于小型、专用配电系统，如风电、农网等，需要配合各个厂家专用控制软件和手持PDA 实现，不能用在大型配电系统中。

由于目前智能组网方式存在诸多缺点，所以配电智能化始终停留在原始阶段，未能形成大范围的使用和推广。（1）数据采集问题。数据采集是智能配电室的基础。断路器的数据采集一般采用智能仪表、遥测模块以及带通信功能的智能脱扣器这几种方式。相对于其他两种，集成到断路器本体上的智能脱扣器是最方便、最节省空间的方式[3]，所以智能脱扣器的信号采集、数据计算和通信功能是关键。（2）网络组成问题。配电室的主要设备可以分为进线断路器、出线断路器、无功补偿和电动机控制几大部分，这几部分有可能会使用几个品牌的产品，对于不同品牌的产品有可能会牵扯到几个不同的工业协议，如何将不同协议的通信打通，组成需要的网络，也是需要考虑的问题。（3）管理软件和数据存储问题。要想实现整个配电网络的配合，达到预期的故障预判、故障记录、故障分析，必须要有管理软件进行计算和指令发布。同时，为了实现远程数据管理，必须要有相应的客户端程序进行远程访问控制，必须要有高速的网络平台进行数据存储。

自愈控制技术为智能化配电网提供事前预防、事中处理和事后恢复的功能。它是在传统继电保护基础上，结合自动化技术发展起来的高级配电自动化系统，主要由自愈控制主站层、通信网络层和自愈控制层构成，如图1 所示。分布式终端自愈控制层负责智能配电系统和配电设备的信息采集和控制。主站层根据采集数据和共享信息对智能配电网进行监控、分析决策，并提供人机交互界面。通信网络为主站和终端之间提供良好的通信支持。以主站为核心、终端为底层、通信网络为神经的自愈控制系统，可实现故障的快速处理，风险和隐患的识别及消除。自愈控制技术是实现配电网智能化的重要手段。

图1 自愈控制系统框图

2 智能化低压配电系统的应用

近年来，以ABB 为首的多家配电巨头开始研究全新智能断路器和智能配网技术。通过各方面了解，以后的智能配电系统势必要向物联网、智能化、云存储、大数据和预诊断等信息技术的方向发展。ABB 的Emax 2 断路器装配全新的Ekip Com Hub 通信模块后，可以将整个配电柜连接至云端。只需将Ekip Com Hub 通信模块插入到Emax 2 断路器本体上，并连接至互联网。如图2 所示，Ekip Com Hub 模块嵌入式系统架构。

图2 Ekip Com Hub 模块嵌入式系统架构

ABB Ability 系统可以采集安装在低压配电系统的ABB 产品的相关信息。这些产品可以便捷连接到云平台，实现与Emax 2 断路器（必须装配Ekip Com Hub 通信模块）的共享数据，或通过Modbus RS-485、Modbus TCP、Ekip Link 通信协议与Ekip E-Hub 共享数据。整套系统的数据采集、处理和存储都是基于先进的云平台架构。此外，可采用Ekip E-Hub 通信模块的外挂式方案，如图3 所示。Ekip E-Hub 模块安装在DIN 导轨上，用于采集整个系统的数据。这个系统不局限于单一品牌的电器产品，还可以最大限度地采集所需电参数。此外，还可以通过传感器采集气温、湿度、PM2.5 等[4]，进一步丰富检测内容，进一步保护后期，消除更多隐患。除了上述的有线连接，也可选择WiFi 或GPRS 模块实现无线连接。

采用这两种方案可以实现以下几种功能。

（1）监测。整套系统的设备管理功能大大简化和加强了对低压配电系统的管理。可以通过图形化处理，将现场设备的使用情况和排布情况做到清晰明了，对不同的人员配置不同的访问权限，保护系统的正常运行。通过完备的检测功能，整个配电系统的直观化有了很大提升。

图3 Ekip Com Hub 模块外挂式系统架构

（2）控制。运维人员可以根据不同权限的设置，分别对报警、管理和维保建议进行控制，充分做到按己所需，简单直观。此外，还可以通过各种即时通信方式或者邮件的形式，随时随地让运维人员掌握系统的情况，大大减少反应的时间，压缩前期的工作量，保证整个系统的持续性供电。这套系统还可以随时进行电气系统自检，辨别异常操作，实现主动维护，避免因人员安排造成的误操作。

（3）优化。根据系统不间断生成的报告和记录，分析系统运行趋势，进行系统数据的优化，向管理者提供基于实际运行数据的改进措施。可以根据生成的优化方案，便捷地远程控制断路器和用电设备的投入和切除，大大降低系统能耗[5]。

3 配电智能化带来的改变

采用全新的配电智能化系统会给人们的生产生活带来全新的改变，可以通过不同的岗位看到不同以往的变化。

（1）最终用户。通过点击可以实现对能源的智能利用。首先，能通过方便获取能效数据提升设备价值，以节省大量的现场评估费用。其次，通过控制用电设备的智能投切，保证能源使用的智能化和能效化。最后，能够杜绝效率低下且事半功倍，系统可利用采集的信息进行分析，从而达到成本分摊和系统优化。

（2）设备管理者能够简化管理并减少书面工作，确保设备的可靠性。随时随地，1 min 采取行动。通过持续监测和采集系统数据，确保系统正常运行。出现异常状况时会发送警报和通知，便于判断情况并采取相应行动，从而主动及时地完成修复。支持多站点持续监测，一个维修技术人员可以同时管理多个站点。访问电气系统历史数据更简单，随手即可保存所需的技术文档。随时随地实现对整个系统的掌控，简单点击即可实施电能管理策略，节省大量电费开支。实时监测电气系统并采集数据生成报告，避免因电能质量问题带来的罚款。

（3）盘柜厂，简单的集成式架构，提供高度扩展性和最先进的服务，避免了调试安装升级由多种元器件组成的电能监控管理系统带来的昂贵时间和金钱成本。此外，盘柜厂还可以持续跟踪开关柜性能和使用历史，并直接访问设备技术文档。

4 结 论

通过智能化配电系统的实施可精简配电室维护人员，节省大量人力；提前预测故障，减少停电时间，提高生产效率；数据采用云存储，方便随时检查电力运行状态及参数，做到真正节能减排，从而解决当前智能组网存在的缺点。所以，无论是从配电系统的未来发展还是切合实际的生产生活，配电智能化是未来发展的主要方向，也会给现在的配电网络带来翻天覆地的变化，影响深远。