【节能学院】智能化选煤厂配电室综合监控系统的应用探讨

摘要：介绍智能化选煤厂无人值守配电系统的组成、主要功能目标及实现功能的方法；在智能化选煤厂中通过数据采集、配电管理平台和影音监控功能完成一体式的电力系统自动化，实现配电室的无人值守，保证生产过程的安全性、可靠性和经济性。

关键词：选煤厂；无人值守配电室；智能化；配电管理平台

概述

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无人值守配电室，是指经常性无运行值班人员的配电室。该室的运行状态（包括执行单元的各种量值、开关电器的位置、补偿电容器投切组数等），经中间信号采集及转换单元汇总处理后，上传至调度室上位机，供调度值班人员随时监视查询，然后做出相应处理。

系统组成

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无人值守高低压配电系统采用分层分布式结构（见图1），可分为三层：现场间隔层、通信网络层、集中控制层。

（1）现场间隔层包括10kV/6kV微机综合保护装置、直流屏、变压器温控器、电容柜及低压智能抽屉柜仪表、智能电机保护器，主要向上层提供实时监测数据；

（2）通信网络层包括网络通信控制器、交换机、相关通信线缆等附件；

（3）控制管理层即监控管理平台，是智能化工厂的核心，主要由工控机、视音系统、打印机、网络通信服务器等设备组成。

现场间隔层

如今，高低压配电柜多采用抽屉柜结构，各功率单元按一次设备分布式布置，各个功率单元相对孤立，仪表、保护器互不干扰，所有仪表和保护器均可通过通讯接口接入通信网络层的通信控制器，完成对用电设备的保护、数据测量、控制和通信。

图1无人值守高低压配电系统结构
 

通信网络层

每个配电室均配置通信管理机（信号中继单元）。通信管理机与配电室内所有仪表、保护器联网，完成对配电设备实时运行数据采集的上送功能和对配电设备远程控制、仪表参数设置的下达功能，实现实时控制及信息资源的共享。每个配电室根据具体的用电设备数量及用电类型配置相应的通信管理机。

控制监控层

监控平台主要由人机界面、视频监控部分组成。人机界面采用组态监控软件，对配电系统电气设备的运行状态进行实时、准确的监控和记录，同时还能友好的进行电能管理和负荷控制、电能质量分析、故障报警和统计报表的生成，实现对整个配电系统电气设备的遥信、遥控、遥测和遥调“四遥”功能。视频监控主要是对每个配电室环境进行视频监控和音频监控，在确保用电设备安全的同时，便于工作人员对配电事故做出正确分析，实现对配电系统电气设备的“遥视”功能。

智能化选煤厂无人值守配电系统的目标

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优化工艺、降低运行成本已成为各选煤厂发展的重要途径。智能化选煤厂的建设，成为选煤厂实现管理创新、减员提效的重要途径与手段。而作为智能化选煤厂的一部分，无人值守配电系统主要实现以下几个目标：

①各配电室无人值守，达到减员增效的目的；

②配电设备前瞻性维护、实时化监控，提高工作效率，提高生产的可靠性、科学性；

③选煤厂配电系统“五遥”操作，提高选煤厂配电系统的自动化水平，将配电系统与控制系统实现无缝连接；

④构建电能管理系统，达到节能减排，同时为智能化选煤厂提供信息基础。

智能化选煤厂无人值守配电系统的实现

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选煤厂无人值守配电系统主要由三部分组成：智能配电系统、视音监控系统和无人值守配电管理系统。

智能配电系统

选煤厂属于电力系统中的二级负荷单元，主要设置10kV/6kV以下配电设备，所以选煤厂配电室主要由10kV/6kV高压配电柜和660V/380V低压配电柜组成。

高压配电柜的主要设备由断路器柜、F-C柜、PT柜和直流屏组成。目前，国内断路器柜、F-C柜、PT柜较多采用KYN28A-12户内金属铠装移开式开关设备，并配备高压微机保护装置及相应的后台监控设备。该装置通常提供以太网通讯口和RS-485通讯口，支持以太网通信规约，可查询跳闸记录、自检记录、开关量及状态变位记录，多方面记录装置运行信息，基本实现了对配电设备运行的“四遥”功能，但缺乏对柜内使用环境的监测。

对于10kV/6kV系统中的高压柜，在长期运行过程中，开关的触头和母线连接等部位易因老化导致接触电阻过大而发热。高压开关柜相对封闭（防护等级IP4X），运行时没法打开，触头所在位置又不便于观察，这些发热部位的温度很难预测，由此容易导致事故发生。所以，在无人配电系统中，应该引入对断路器上、下3相6个触头的测温功能，设置相应的超温报警，完善对高压配电系统的监控。

低压配电柜作为选煤厂配电系统的终端单元，直接影响着选煤厂的正常运行。在传统的选煤厂中，低压配电柜电机回路只向上级PLC控制单元返回带电信号和故障信号等数字开关量。当出现故障时，电机回路根据控制回路自动停机，再由配电室值班电工根据个人工作经验和电机综合保护装置的简单报警提示判断故障原因，然后排除故障。这就暴露出传统配电柜存在如下问题：①低压综合保护器返回信号过于单一，发现故障即停机，影响正常生产；②通常电气故障都具有很强的隐蔽性，不易发觉，需要工厂配备大量的人力资源对配电柜进行定期维护；③缺乏对潜在故障的预警判断，配电柜故障通常对故障回路中的电气设备具有破坏性影响，并且无法恢复，造成不必要的经济损失；④故障的排除严重依赖于配电室值班电工的个人工作经验，无法及时准确的排除故障。

智能配电柜是智能化工厂的基础组成部分。与传统的配电柜相比，智能配电柜对系统中的所有仪表加入了通信功能[2]，如：电度表、变压器保护器、无功补偿装置控制器等；断路器实现开关状态信号返回和远程分合闸功能；电机综保装置加入了更多的监测功能和故障记录存储功能。并将所有的数据上传到通信网络，在监控平台根据客户的要求进行记录和存储。

智能配电柜具有完善的监控系统，能为供电系统提供管理及风险预警；智能配电柜先进的报警功能，可以预防潜在的故障；智能配电柜还具有高精度、宽量程、高性能、高集成化的特点。

视音监控系统

智能配电系统是对无人值守配电系统多方位的实时运行数据的信息监控；视音监控系统则是对信息监控功能的一种补充，主要通过在配电室中增加监控摄像头、声音监听器与对讲系统，实现配电柜与监控画面联动的目的，达到工作人员对无人配电室环境更加直观、便捷的视频影音监控。在配电系统出现故障与预警信号时，能够快速锁定问题回路、柜体所在位置，进行实时监控，以确保配电柜安全运行的同时警告、确保人员的安全，实现无人值守配电系统的“遥视”功能。

无人值守配电管理系统

无人值守配电管理系统（即监控平台）是以计算机为基础的供电控制与调度自动化系统，主要由工控机、监控软件、打印机等组成（见图2），其功能是对上述智能配电系统、视音监控系统上传的监控信息进行管理和分析，实现人员对配电系统的远程操作和监视[3]。该系统可以根据客户需要实现对工厂配电进行监视和控制的功能定制，准确反映配电柜的型式、回路号、功能及实时数据。该系统主要实现以下几个功能：遥信、遥测、遥控、遥调、遥视。

图2智能化配电系统SCADA的组成
 

遥信：采集配电屏各种开关设备的实时状态，如断路器的分合闸、变压器温度、综合保护器的故障类型；遥测：对用电回路的信息采集：电流、电压、有功功率、无功功率、电度、功率因数、频率等；遥控：通过组态软件实现对断路器、控制元器件的远程分、合闸控制；遥调：对配电屏微机保护装置、无功补偿装置控制器、综合保护器等仪器仪表进行远程参数修改；遥视：实现对配电室远距离的视频和音频监控，及时确定故障现场，确保人身安全。

安科瑞产品介绍

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概述

配电室综合监控系统包括智能监控系统屏、通讯管理机、UPS电源、视频监控子系统（云台球机、枪机）、环境监测子系统（温度、湿度、水浸、烟感）、控制子系统（灯光、空调、风机、水泵）、门禁监控子系统（读卡器、开门按钮、磁力锁）、安防监控子系统（双鉴检测器）。

应用场所

适用于轨道交通，工业，建筑，学校，商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。

系统结构

系统功能

（1）实时监测

能够显示配电室设备的运行状态，实时监测配电室环境参数信息，实时显示有关故障、告警等信息。

（2）数据查询
 

在人机界面中，可以直接查看配电室中各个设备的运行数据。

（3）曲线查询
 

可以直接查看各电参量曲线。

（4）运行报表
 

查询配电室内设备的运行数据报表。

（5）实时告警
 

具有实时告警功能，系统能够对配电室温度、湿度、有害气体、设备故障或通信故障等事件发出告警。

（6）历史事件查询
 

能够对产生的所有事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析。

（7）用户权限管理
 

设置了用户权限管理功能，可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。

（8）网络拓扑图
 

支持实时监视并诊断各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构。

（9）遥控功能
 

可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

系统硬件配置

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结语

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通过对配电元件增加通信功能，完善配电数据监控类型，实现配电柜的智能化、信息化；统一高低压配电系统监控后台，与厂房影音监控系统相配合实现配电系统的“五遥”功能；建立智能化选煤厂配电系统SCADA，实现对配电室的多方位监控，提高配电室的自动化水平，达到无人值守的目的。