智能化供配电系统在工业电气自动化中的应用与研究

张银行

（河南森源电气股份有限公司，河南郑州，450000）

0 引言

随着科技的进步，人们对智能的理解也越来越高。智能配电系统被广泛地应用到各种制造业，为了提高其智能化应用程度，就需要对应用需求、各参数监测、及其各构建、搭接进行研究，以更全面地满足智能配电系统的需求[1]。

本研究的智能配电系统充分考虑了其可靠性高、适用性强、自动化方面。需求功能有：（1）具有远程监控、在线数据交互功能，通过远距离数据采集，实现远程控制。（2）对在线监控、采集出现的异常事件进行异常报警，并实现异常事件的记录和数据传递。（3）根据异常情况，通过设置各种参数，实现工业设备检测过程的动态保护。（4）利用智能化设备工作的场景，采用变权重综合控制策略，实现电气设备的监控，提高监控效率。

基于上述考虑，本研究实现了供配电系统的构件和设计，下文进行详细说明。

1 智能配电系统结构设计

1.1 总体架构设计

本研究设计的智能配电系统总体结构图如图1所示，该系统为软硬件结合的系统，从硬件结构上，其包括系统软件层、通讯网络层以及智能设备层。

图1 总体架构设计示意图

在图1中的设计中，其中系统软件层用于实现数据的接收、存储和计算，在设置系统软件层时，将该层以模块化的方式进行设计，由于设备型号不同，用户多样，设置有与多种数据信息通讯的数据接口，软件功能界面多样，结构简单，使用方便。

在通讯网络层中，其为系统软件层以及智能设备层之间的信息传输提供技术支持以及平台，为了支撑多种数据的需要，本研究采用兼容多种数据接口的有线通讯和无线通讯，比如现场总线、工业以太网、双绞线、光纤无线等。

在智能元件层中，其用于设置配电柜以及配电柜内部智能设备，该设备将其对工业现场的测量值以及现场工作状态进行数字化处理，将模拟信号转换为数据信号，通过通讯接口实现数据通讯，实现远程在线监控。

1.2 通讯层与硬件层的交互方案讨论

目前，智能配电系统不仅朝着智能化方向发展，在应用过程中，也逐步倾向于安全性和可靠性方面。还要考虑通讯层与硬件层在交互时的注意事项。下面简单说明几种情况：

(1)用户的一些通讯具体要求、现场工作条件、经济条件等。这些方式决定了通讯层与硬件层交互的选择，比如将通讯接口设计成兼容多种通讯接口等。

(2)基于用户用途的不同，同时选择选择多种数据通讯方式进行，比如载波通讯、光纤通讯等，也可以在改造旧设备的基础上实现。

(3)由于用户所处的位置环境不同，用户可以选择合适的通讯网络并选择最佳方法，例如:①在设备运行地点距离监控计算较短(一般小于1000米)时，最好用屏蔽双绞线连接。②假设设备与监控计算机之间的距离较长(一般大于1000米)，可以利用光纤通讯的方式；③在一些环境恶劣的工业场所，可以采用诸如GPRS、码分多址等无线通讯方式。④根据客户的不同要求，选择上述几种方法进行组合。

下面对监控系统进行具体介绍。

2 智能设备层监控方案

2.1 传感器探测技术

在智能设备层中，本研究采用多种不同类型的传感器实现监控信息的智能传感，比如温度传感器、剩余电流传感器、环境温湿度传感器或者水位传感器等多种类型。为了检测的方便，可以设计集多种功能为一体的探测器，具有的功能为：

(1)异常排故报警功能：一旦传感器检测到故障信息时，智能设备层中设置的异常信息警报灯讲警示工作人员排故，在具体应用时，可以设置声光报警。

(2)异常温度警报功能：当供配电系统在工业电气自动化应用过程的温度超过设定的阈值时，同样会以声光报警的形式警示工作人员排故，警示火灾的发生。

(3)剩余电流异常警报功能：当供配电系统在工业电气自动化应用过程的剩余电流采样值超过用户设置的火灾报警阈值时，剩余电流传感器将异常信息识别出来，向工作人员以声光报警的形式发出警报。

(4)环境温湿度异常警报功能：当供配电系统在工业电气自动化应用过程的温湿度传感器采集的值超过工业设备应用的阈值时，将警示工作人员存在环境安全隐患。

(5)水位传感器警示功能：当供配电系统在工业电气自动化应用过程的水位过高时，一旦超过工业应用的安全范围，将预警提示，工业设备将启动排故设备，比如水泵排水等，起到消除故障的功能。

2.2 监控器功能设计

主要功能如下：

(1)工业电气自动化现场火灾预警：当智能化供配电系统中的监控主机接收到传感器等检测设备发出的检测信息时，根据接收到的信息总类自动分类，以判别火灾信号或者水位信号，进而输出警示指令，用户可以设置不同的故障警示提示音，以及时判断出故障类型，并将接收到的信息存储、应用。

(2)故障等级报警：根据故障的种类的等级，可将故障信息输出分类多个不同的等级，当故障严重时，为一种形式的报警，当轻微时，设置为其他形式的报警，通过这种方式，能够及时有效地识别出故障类型。

(3)人工干预：当工作人员接收到不同的信号时，能够及时排除故障，并根据故障等级进行有效地跟踪、处理。

3 实例应用及分析

通过上述介绍，下面在某电力公司按照上述方案进行组网测试，在工业电气自动化应用过程中，假设以配网组件、110KV变电站为被测对象，分别选择 A-H等不同区域的变电站作为示例。按照图3的连接方式。如图2所示。

图2 测试结构示意图

在上述试验中，供电系统大体上采用就地取电的方式供电，开闭所、配电室、计算终端采用交流220V电压供电，配网调、110KV变电站采用-48V电压进行供电，柱上开关及环网柜采用-24V供电等。在通讯时采用上述介绍的方式，利用上文介绍的方式应用配电系统，分别在使用本研究系统与未使用本研究系统进行对比分析，每个区域的数据损失率，以衡量配电系统在工业电气自动化中的应用时的数据稳定性，数据如表1所示。

表1 数据通讯损失对比表

通过上述通讯试验，采用本技术设计的方案数据损失率低，使得系统的整体运行效率较高，系统运行稳定。

4 结束语

智能配电系统所需技术的需求分析表明了系统参数检测的重要性。然后，阐述了智能配电系统的结构、当前监控系统采用的常规技术以及智能配电系统的应用。最后，阐述了智能监控系统的框架、功能。本研究研究的技术内容符合当前智能配电系统的发展方向。不同监控功能的结合可以充分发挥智能低压监控系统的功能，提高管理水平，优化电网运行。