物联感知技术在供配电系统中的应用

〔摘 要〕以金隆铜业有限公司为例，为提升供配电系统的安全性与可靠性，探讨了物联感知技术在0.4 kV低压供配电系统中的应用。该厂通过系统网络构成设计、硬件与软件配置更新，以及信息集成系统的建立，引入了先进的物联感知设备，实现了实时故障信息的采集，并能上传至企业MES系统。研究结果显示，该系统能够确保管理人员迅速获取故障信息，及时响应处理，有效消除火灾隐患。同时，系统还具备强大的数据分析功能，为点检人员提供了设备运行状态的重要参考。

〔关键词〕物联感知技术；网络配置；软硬件更新；信息共享；低压供配电系统

中图分类号：TM73；TP393 " 文献标志码：B" 文章编号：1004-4345（2024）0６-0054-0４

Application of IoT Sensing Technology in Power Supply and Distribution System

CUI Ping， LU Peng， Ge Zhenxiong

（Jinlong Copper Co.， Ltd.， Tongling， Anhui 244021， China）

Abstract" Taking Jinlong Copper Co.， Ltd. as an example， the paper discusses the application of IoT sensing technology in the 0.4 kV low-voltage power supply and distribution system so as to improve the safety and reliability of the power supply and distribution system. The company has introduced advanced IoT sensing equipment by designing the system network composition， updating the hardware and software configuration and establishing the information integration system to collect the real-time fault information， which can be uploaded to the enterprise MES system. The study results show that the system can ensure that management personnel can quickly obtain and handle fault information in a timely manner to eliminate fire hazards. At the same time， the system also has a powerful data analysis function， providing an important reference for point inspection personnel on the operating status of the equipment.

Keywords" IoT sensing technology; network configuration; hardware and software updates; information sharing; LV power supply and distribution system

金隆铜业有限公司（以下简称“金隆铜业”）是我国首座自行设计和施工的闪速炼铜工厂，原设计规模为年产阴极铜100 kt、硫酸375 kt，同时产出金、银等副产品。该企业经过150 kt技改、210 kt扩建改造和350 kt挖潜改造3次重大技术改造工程后，现已形成年产460 kt阴极铜、1 200 kt 硫酸的生产能力。该公司采用世界领先的闪速炼铜技术，其核心流程包括闪速炉富氧熔炼、PS转炉吹炼、回转式阳极炉精炼、大极板常规电解的冶炼工艺，绝热蒸发稀硫酸洗涤、二次转化、二次吸收的制酸工艺。公司的技术装备达到国际先进水平，重要工艺参数均实现了计算机在线控制，确保了生产的高效与稳定。

工业生产供配电系统的故障时有发生，不仅干扰正常的生产秩序，部分故障还可能引发火灾，对安全构成严重威胁。消防部门统计数据显示，每年由电气故障引发的火灾占到火灾总数的30%～35%，有时甚至还会出现人身伤亡[1]。为了有效提升供配电系统的安全性与可靠性，2021年金隆铜业公司对渣选车间和稀贵车间的0.4 kV低压配电系统进行了更新改造。此次改造不仅升级了硬件设备，还增加了物联感知设备及信息集成系统，实现了将实时故障信息上传至企业MES（制造执行系统）的功能。这一功能使岗位操作人员、专业点检人员以及安全消防人员都能在第一时间内获取到故障信息，从而迅速响应处理故障并及时消除火灾隐患，切实保障生产安全。本文拟结合此次改造实践，探讨物联感知技术在工业企业供配电系统中的应用。

1" "物联网技术概论

物联网是最新一代信息技术的重要组成部分。物联网的发展基于互联网，但在实际应用中，它对互联网的使用进行了延伸和细化，实现了人与人、人与物、物与物之间的全面互联。例如，可以构建一种局域性的网络系统，该系统建立在所有设备共用一个统一协议的基础之上，通过这个协议将所有设备紧密地联系在一起，从而实现设备间的高效通信与协作。这样的局域网不仅优化了资源分配，还提升了数据传输的安全性和速度，为物联网的深入应用提供了坚实的基础。

随着电力电子技术的持续进步，使得设备能够借助先进的感知技术（如传感器），对所需信息进行精准采样和收集。这些信息随后被转换成可通信的“数据语言”，从而实现了单个设备对信息的采集、发送、传输及接收功能。更进一步地，这一技术还促进了在同一网络下，多个设备之间多种信息的顺畅交换，为物联网的广泛应用奠定了坚实的技术基础。此外，所有采集到的信息都会存储在本地或者云平台中，操作人员通过密钥进入数据中心，即可了解网络内所有的信息，从而达到信息共享之目的。

因此，物联网是信息化技术与电力电子技术深度融合的产物，它构建了一个能够实现物物相联的互联网络。这个网络不受地域和时间的限制，能够将分布在不同地点、不同时刻的人或物紧密地连接起来，实现信息的全面互通与共享。物联网的出现，极大地拓展了信息交流的边界，为智能化、自动化的生产、生活提供了可能[2]。

2" "硬件配置更新

金隆铜业利用此次渣选车间和稀贵车间0.4 kV低压柜整体更新改造的契机，主要从以下几个方面增加了物联网技术的相关硬件配置。

2.1" 外部硬件配置

外部硬件更新主要指使用新型的组合式用电物联感知终端（见图1）全面采集和分析低配室的相关配电数据。该终端会配套不同的毫安级电流互感器（见图2），适用于企业的0.4 kV低压配电系统。该终端功能强大，集测量、通信于一体，能够实时监测三相/单相电压、电流、频率、功率因数、功率以及电度等关键参数，同时还具备电能质量监测、泄漏电流监测、温度测量等高级功能，并能发出故障预警和记录故障波形，为配电系统的安全运行提供了有力保障。

在硬件设计方面，该终端采用了导轨式安装方式，所有单元模块均适用于35 mm标准平槽导轨，便于快速安装和更换。在同一个安装导轨上，电压单元是唯一的，其他模块如电流单元，则可以根据需要灵活组合，支持多个用电设备的电流单元集成安装。这一设计不仅提高了安装的便捷性，还使配电数据的查看更加直观清晰。

所有在线监测终端被直接安置于配电站内部，以确保数据采集的精确性和稳定性。每个低压出线回路的CT控制电缆会连接到在线监测终端的端子上用以采集电流信号。同时，每个配电柜内均配置有一个在线监测终端，该终端通过从400 V母线取电，来完成电压信号的采集任务。

此外，这些在线监测终端还具备状态量与温度量的双重采集能力，能够精确获取低配抽屉内部的温度数据。为了实现这一目标，每个抽屉内的进线电缆接头处均装有温度探头。这些探头被巧妙地连接至对应抽屉的电流单元，从而顺利完成温度信息的采集工作。此次创新性地增设抽屉内温度测量与监控点，不仅是一项技术上的突破，更有效解决了以往在日常点检维护过程中难以准确监测抽屉内电气回路温度的难题，极大地提升了设备运行的安全性与可靠性。

配电站内的外部硬件配置如图2所示。

2.2" 内部硬件工作原理

在线监测终端的内部硬件工作原理见图3。设备硬件可以划分为4大模件，分别为CPU核心系统模件、开入量模件、开出量模件、交流采样模件。其中，CPU核心系统模件最为关键，它又包含了RAM、FLASH、A/D、UART、SD卡、WATCHDOG、液晶显示和键盘等部分。

3" "软件与网络配置

3.1" 在线监测终端的软件配置

各个单元模块通过 RS485 接口接入 HZ17X 系列电力物联网监测终端后，在线监测终端即拥有了该物联网系统的所有信息，并通过设定好的程序进行比对、判断、通信、显示等，最后提供结果。在线监测终端作为电力物联网系统的核心组件，其软件配置决定了系统的功能和性能[3]。

在线监测终端的软件分高速采样模块、继电保护模块、谐波计算模块、通信接口模块、人机界面模块、硬件自检模块和软件监视模块几大模块。1）高速采样模块：负责完成每周波72点的高速数据采样，包括交流信号的采样和遥信状态的扫描。2）继电保护模块：负责完成每周波12点的继电保护逻辑运算，并在发生故障时记录故障波形。3）谐波计算模块：每周波进行一次谐波分量、功率和电度的计算。4）通信接口模块：管理两个通信口的报文组帧、收发和解析。5）人机界面模块：处理键盘输入、绘制图形和菜单，以及液晶显示屏的更新。6）硬件自检模块：实时对硬件各模块进行自诊断，检测并报告硬件故障。7）软件监视模块：监视每个软件模块的运行状态，确保系统的正常运行。

3.2" 在线监测终端的网络配置

在线监测终端不仅具备强大的本地处理能力，还能通过网络配置实现与远程云平台的无缝连接。此次改造项目构建起了企业电力能效管理平台、电气安全智慧平台、用电运维管理云服务等系统[4]。

1）数据传输通道。测量数据可以通过现场网关的 GPRS/WIFI/NB-IOT 通道上传到云平台。多种通信方式的选择，确保了数据传输的灵活性和可靠性。

2）云平台构建。已建立基于Mysql数据库的云平台数据中心，用于实现数据存储、数据分析和数据访问等功能。通过OPC网关，将稀贵、渣选两个站房的数据统一采集并存储到GE IH中，后期可根据需要在MES和生产信息网中展现出实时及历史数据，并对数据进行分析。

3）数据访问与应用。与公司现有数据库网络对接，使公司系统能够访问远程数据中心存储的故障数据（图4）。运维人员可以通过终端或网络远程访问数据中心，进行故障定位和故障分析。为快速进行故障处理提供辅助决策，提高运维效率和电力系统的可靠性。

4" "应用情况

目前，渣选和稀贵两个站点基于物联感知技术的供配电系统升级改造硬件施工和软件通信施工已经全部完成。

在升级后的系统中，稀贵车间和渣选车间低配室内加装的感知终端设备都得到了清晰的展示。通过简单的颜色标识（绿色代表设备正在正常运行，红色表示设备处于停机状态），点检人员能够迅速识别设备的运行状态，如图5所示。此外，点检人员还能够直接在现场触摸屏上查看到各种关键数据、运行曲线及报警信息，这使他们能够迅速掌握现场的第一手资料，对设备的运行状态有更加直观和全面的了解。同时，这两个站点的数据已经成功接入公司的数据库，实现了数据的远程查看功能。这一功能极大地拓宽了点检人员的工作范围，即使不在现场，也能便捷地远程查看站点数据，及时掌握设备的运行状态，从而迅速作出反应，消除潜在的隐患。

在单体设备的监控画面中，除了基本的电压、电流和温度显示外，系统还设置了报警功能。一旦电流超过设定值或三相温度出现异常，系统就会在监控画面中及时显示，并通过右上角的录波功能自动保存故障时的数据波形，为后续的故障分析提供有力的支持[5]。低配进线监控画面示意见图6。系统中的温度曲线和电流曲线功能为点检人员提供了重要的数据参考。通过观察这些曲线，点检人员可以清晰地看到设备在一天内的变化趋势，从而及时发现异常情况，并作出专业的判断。这种预防性的保全工作能够有效地避免故障的发生和扩大，确保设备的稳定运行。

5" "结语

供配电设备的稳定运行直接关系到生产的稳定，因此智慧电网的建设是工业企业向智能工厂转型，实现生产运行管理精益化的重要步骤。本文通过对金隆铜业渣选车间和稀贵车间0.4 kV低压供配电系统的技术改造进行总结，详细介绍了物联感知技术在供配电系统中的应用情况。此次改造不仅引入了先进的物联感知设备，还建立了信息集成系统，实现了实时故障信息的上传与共享。通过现场触摸屏和对远程数据库的访问，点检人员能够迅速掌握设备运行状态，及时响应并处理故障，有效提升了企业供配电系统的安全性与可靠性。区域电气安全物联网系统的建成不仅优化了资源配置，还提高了生产效率，为金隆铜业的智能化转型和持续发展奠定了坚实基础。未来，物联感知技术将在更多领域得到应用，为工业生产的安全与高效提供更多可能。

参考文献

[1] 陆昱，朱洪成，黄俊，等.配电站低压故障在线监测系统的设计和实现[J].电工技术，2017（9）：15-16.

[2] 王志坤.铁路变台在线监测系统的设计和实现[J].电工技术，2019（4）：111-112.

[3] 吕怀军.基于电力物联网智能配电应用及智能运维探索[J].电力勘探设计，2024（11）：57-58.

[4] 王顺民.基于物联网的金属矿山智能供配电管控一体化系统设计与实现[J].电气技术与经济，2024（10）：11-12

[5] 吴天雄.物联网技术在配电网络智能化检测中的应用[J].集成电路应用，2024（10）：34-35.