浅析配电房的智能化系统

刘建川 林晓新

摘 要：陶瓷厂配电房具有数量多、分布广、覆盖面积宽、馈电回路多等特点，配电房的智能化管理系统对配电的自动化管理、安全运行、负荷评估、设备运行状态监测等具有重大意义。传统的管理模式是人工抄表、人工监测设备运行状态、人工进行市电与发电转换，这些系统存在：人工检测不可靠、不及时，往往设备出现故障后才发现;系统自动化和智能化程度低，市电＼发电转换人工响应速度慢;占用大量的时间人工去抄电表、做记录，效率低下等问题。本文重点介绍了配电房智能化管理系统的实施方案、系统架构，从自动化智能化方面推进配电房管理，减轻工人劳动强度，提高工作效率。

关键词：陶瓷厂 ;配电房 ; 智能化

1 前 言

陶瓷厂是耗能大户，一般采用单母线主接线方式，优点是高压侧接线简单、清晰，采用设备少;缺点主要有可靠性不高，发生任一连接元件故障或断路器及母线故障都将造成供电系统停电。低压侧动力柜数量众多，每年因设备检查不到位造成的停电事故障数不胜数。如能将配电房管理纳入智能化管理范围，实现市电/发电自动转换、电表数据采集、设备监控、视频监控，将节省大量人力物力，减少设备故障，提高供电稳定性。

电房智能管理系统以PLC和组态软件为基础，关键设备采用热成像温度检测技术，配合主接线接点、电力电缆温度检测、视频监测技术，通过网络通讯手段，结合数据分析，实现智能化应用管理。

2系统结构

系统采用组态软件为上位机，OPC进行数据采集，使用西门子S7-1200PLC、热成像传感器及PT100热电阻、GPM650三相智能电表等，实现电房的自动化市电/发电转换，电压、电流、电量、谐波数据采集，开关设备、变压器及电缆的温度监控、视频采集，结构如下图：

主要采集、控制设备硬件选型如下：

各馈电回路的发电/市电转换采用西门子S7-1200PLC，1个配电房可仅配置1台PLC，各变压器动力柜安装一只ET200S系列远程IO，具有指令丰富、组网能力强、模块组件丰富、接线简单等优点，缺点是硬件价格稍贵。

三相智能电表采用GPM650，该仪表集遥控、遥信、遥测为一体，每个仪表集成2DI/2DO，仪表采用中文液晶显示屏，能采集电压、电流、功率因素、谐波等数据，可以帮助用户对供电质量进行具体分析。仪表具有MODBUS通讯功能，工控设备互连较为方便。

热成像仪采用CAM100热成像传感器，0.8-1.5米检测距离时窗口有效尺寸350mm×500mm，实现对主要开关设备在线温度检测。控制器采用CM400，一个控制器可以与3个热成像传感器配套使用。支持104电力协议及Modbus_TCP协议，采用4G物联网卡、TCP/IP网络传输，每张实时图像包含768个数据点，实现最大值、平均值温度的采集，为分析、偏差报警和温度历史曲线保存提供有力支持。

针对本热成像仪的性能特点，可方便地对变压器、高低压开关柜进行现场温度采集，节约人力资源，有力提升设备运行可靠性，及时发现运行异常的设备。

3配电设备的温度监测

3.1 设备

10KV  KYN22高压电柜设备具有“五防”的特点，供电公司一般不开放权限，不易对设备进行自动化监测。一般按电网公司要求每1-3年或设备大修后进行预防性试验，做好防鼠、鸟等小型动物进入电柜，做好防水/防火，利用年检时间检修高压框架开关，做好各级断路器的保护定值整定，做到保护有效、不越级跳闸，再结合人工定期检查巡视，基本可以保障全年无故障运行。

0.4KV供电设备数量较多，靠人工去检查很难做到及时、准确、可靠。需要实时监测各GGD、GYK动力柜的断路器、补偿柜电容器运行电压电流、运行温度。系统以0.4KV低压网中的配电房环境温湿度、配电开关状态及运行温度为监测对象，实现对配电房重要设备运行状态的多种参数和状态进行本地联动控制、远程集中监控、手机短信报警。

3.2 软件

本例使用台湾MOXA5232串口网关，采用Modbus_TCP协议采集最高温度，协议支持03＼06等功能码，当主机发送01 03 03 00 00 01 84 4E，其中844E是CRC较验码，再把返回的命令帧解析出来，即得到采集的温度。

采用在线热成像仪实时检测开关设备如下图：从图上可以看出，最高温度36.3℃，符合《中国南方电网设备缺陷定级标准试行》规范要求，检测数据合格，如检测温度超过标准数据，可通过上位机组态软件发送报警短信到指定人员手机，提示需进行处理。

4市电/发电自动转换。

市电/发电的检测、转换主要由1台S7-1200PLC完成，1个配电房安装一台PLC，每1个变压器动力柜安装一只ET200S远程模块，各输入输出开关量全部接入遠程模块，远程模块之间采用Profibus或Profinet总线通讯。

转换流程：首先检测市电状态，当无电压信号输入时延时3秒，PLC启动发电机组，待各发电机组自动并网完成后，PLC发送发电机开关合闸信号，将电源送到各动力柜母排。再按时间顺序发送各馈电开关合闸信号。

实施市电/发电自动转换前，发电机组应有自动并网功能，重要负荷馈电回路采用框架开关。

5软件系统

5.1采集软件KepServer

KepServer是一款OPC服务器软件，具有OPC标准接口，组态软件通过OPC协议连接KepServer。本例中，使用KepServer采集PLC、温度仪表、三相智能电表数据，将数据交付组态软件。

5.2组态软件

本例中，采用Kingview6.5.3组态软件进行数据展示、历史数据存储、数据库数据写入、数据查询/对标、能效分析、峰谷分析、表计监测、告警追溯等功能。

（1）数据展示、历史数据查询、数据库数据写入，可以实现一键导出报表功能、减少人员抄表、数据展示一目了然，数据存储量以存储3-5年为佳。

（2）数据查询/对标功能，可以对同类型的机台进行对标，如对2#压机与3#压机对标，找出耗电量之间的差异，为节能分析提供依据。

（3）能效分析、峰谷分析，分析各高低压线路或变压器、各供电车间之间的峰谷平耗电情况，为错峰用电提供参考。目前供电公司通过峰平谷差异电价分开计量收费方式大力鼓励用户开展错峰用电工作，如南方电网低谷电价仅占峰值电价的24%。陶瓷厂是耗电大户，球磨车间耗电量占全厂30%左右，如实现球磨车间错峰用电，每年将节约一笔可观的电费支出。

（4）谐波监测

GPM650三相智能电表具有实时谐波采集功能，可以采集基波到31次电压、电流谐波数据，通过组态软件可以实现谐波数据展示、查询，为工厂谐波治理提供数据支撑。

（5）告警追溯功能，主要对仪表通讯故障、负荷运行电压电流超限值、变压器/开关/电缆运行温度超限值、一二级计量偏差超过定值进行报警处理，实时发送信息到指定人员手机，快速响应。或者通过观注微信公众号实现数据查询、报警管理等功能。

5.3 PLC软件

采用博途软件V15.1版，先对硬件组态，采用标准的梯形图语言，结合FB、FC功能块编程，实现市电/发电的自动转换，采用标准的PID模块实现对配电房环境温度控制，根据环境温度的变化实时调整换热风机的运行频率。

6配电房防雷技术

根据陶瓷厂供电负荷性质及对生产、人员的影响等因素综合来看，一般规定为二级负荷，10KV高压侧宜采用双回路供电或环网方式供电，防雷应综合采用以下措施：（1）应在10KV进户线、和高压进线柜处安装避雷器;（2）在0.4KV低压出线等跨防雷分区位置安装1-3级浪涌保护器;（3）土建时配电房顶应设置避雷带、安装接地网;（4）、有条件的情况下，10KV高压线路全线宜采用YJV22电力电缆，相关数据表明，全线采用电力电缆的10KV高压线路，全年受雷电影响概率相比架空线大幅降低。10KV高压线路采用架空敷设时，电力塔走廊符合条件的，宜全线安装避雷线。

7视频监控

视频监控技术相对成熟、价格合适、施工方便等优点，已成为电力、石油化工、钢铁等行业的标准配置。对重点设备、重点区域安装视频监控，是对自动化控制系统的补充，除实时视频监控外，还能实现视频回溯，为安全生产提供帮助。

8配电房智能化管理系统

结合PLC、组态软件、OPC、数据库等应用技术，关键解决了市电/发电自动转换、自动计量，破解了10KV/0.4KV高低压动力柜电气元件的温度监测难题，从数据分析、能源管理、设备监控等方面挖掘潜力，整合视频监控功能，减轻了工人劳动强度，提高效率，做到了实时采集、数据分析、维护简單、诊断方便，在配电房日常管理中发挥了重要作用。

参考文献

[1]同济大学电气工程系编.工厂供电[M].北京：中国建筑工业出版社，1981.

[2]配电自动化系统技术规范.DL/T-2013

[3]建筑物防雷设计规范.GB50057-2017.

[4]能源管理系统实施方案.广州博依特智能信息科技有限公司.

[5]配电房智能化系统实施方案.广州一迈智能科技有限公司.