智能电力监控系统在配电系统中的应用 陈磊廷

发表时间:2019/6/13   来源:《防护工程》2019年第5期   作者:陈磊廷 高芳 战玉霞 梁伟
[导读] 可实现对电力系统的自动监视与控制。智能电力监控系统具有投资少、见效快的特点,具有提高供电可靠性和管理效率等优势。
国网日照供电公司  山东省日照市  276826
  摘要:出于保障电力系统正常运行的需要,应当加强对于电力系统的监控,根据电力监控排除故障隐患,确保电力系统运行的安全性与高效性,就需要不断完善电力监控系统。随着人工智能技术应用的逐步推广,也使得电力监控逐步向着智能化与自动化的方向发展,大大提高了电力监控的有效性,同时也减少了电力能源的不必要损耗。
  关键词:智能电力;监控系统;配电系统;应用
  
  
  1导言
  在配电系统中引入智能电力监控系统,具有实施简单、投资少、见效快的特点。监控系统可实时监控配电系统各馈线回路状态,动态掌握系统的运行工况;存储系统历史运行数据,便于故障分析查询;图纸和报表信息化管理,提升工作效率,提高管理水平。企业变配电系统的智能化管理,可建立能源管控平台,在各低压变配电室安装智能电力监控系统,对各电站运行情况进行集中采集,统一管理,实现电站的计算机/网络化管理。此外,智能电力监控系统在选用性能稳定的设备的同时,在运行维护过程中,还需配备具有一定知识水平的运行、维护、管理人员。只有这样,才能保证变电站安全可靠经济运行。
  2工业企业配电系统状况
  大型工业企业的配电系统具有用电规模大、用电地点分散、用电负载情况复杂等特点。材料研制生产企业是工业企业中的用电大户,具有配电系统相对复杂,单台设备装机容量大,对供电可靠性要求高等特点,是大型工业企业配电系统的典型代表。文中研究的智能电力监控系统的应用,主要针对材料研制生产企业。
  2.1主要特点
  材料研制生产企业配电系统的主要特点为:1)用电负载情况复杂,用电设备种类繁多,具有电加热、机械加工、焊接、性能测试、通用设备等多种用电设备及仪器。2)单台设备装机容量大,连续用电周期长,因企业研制材料成本高昂,故对供电可靠性要求高。3)设备电源控制方面多采用变频电源,由此带来严重的电能质量问题,甚至影响到设备的正常运转。保障电力运行安全,实现配电系统的经济运行,对企业的安全、经济、可靠生产具有重大意义。
  2.2存在问题
  工业企业配电系统管理现状多为二次设备配置相对落后,运行维护人员力量薄弱,管理相对简单、粗放、随意,由此引起很多管理问题隐忧,具体如下:1) 能源计量手段原始、电力负荷情况不清。现有的能源计量手段仅依靠人工抄表的方式,不能实时准确地反映系统负荷情况,难以做到通过电力负荷调控达到电力系统安全经济运行。针对大型用电设备增容及搬迁项目,因缺乏系统运行数据支撑,难于制定合理的配电方案,有可能造成变压器及局部回路过载的情况发生。此外,由于对各用电单元的用电量统计不准确,用电量化考核等节电管理工作难以开展。2)电能质量不可测不可控。大型工业企业因其负荷的特殊性,电能质量问题近年来日益凸显,现有配电系统不能实现对电能质量的实时监测,难于发现因电能质量而引发的安全隐患,也难于开展改善电能质量的相应工作。3)故障预警难于实现、事故排查难度大。现有的仅依靠人工的管理手段,不能实时监控电力系统运行工况,进行电气安全隐患排查,以实现故障预警。当电气事故发生时,因缺乏事故情况记录数据,导致事故原因排查困难。为解决企业配电系统管理面临的问题,积极引入信息化管理手段,已成为企业配电管理的发展方向。
  3智能电力监控系统功能与结构的介绍
  3.1 系统拓扑结构
  我们可以结合智能电力监控系统的结构差异将其具体的分为 3 个层面:网络通讯层、现场测控层以及监控管理层。现场测控层的主要功能是通过对现场测控单元进行利用来实现对变配电站之中所有回路产生的数据进行实时的采集与分析。 现场测控单元之中主要包含了微机综合保护、变压器温控箱和直流监测单元以及智能网络仪表等。 现场测控层能够对电力参数进行实时的测量,其中主要包括三相电压、功率、电流、电度、功率因素以及谐波含量等。 其也具有对馈线回路断路器状态的实时监测,主要是通过微机综保来对相关的故障信息进行获取,并且能够通过对变压器温控仪进行利用来对变压器的状态信息进行获取。网络通讯层属于现场测控层设备以及监控管理层设备实现对通讯线路以及通讯设备数据交换的一个总称,其属于连接监控管理层与现场测控层的一个纽带和桥梁。 网络通讯层主要包括了光电转换器、路由使用的通讯电缆和光线以及光交换机等相关设备。监控管理层的作用是对整个系统进行调度。 其主要设备包括显示器、监控主机、打印机、电力监控软件以及 UPS 电源等设备。 监控管理层的核心部分是负责对电力进行监控的软件,通过软件的各种管理功能以及人机界面,能够对电力系统进行实时的监控。
  3.2 系统功能介绍
  智能电力监控系统的应用可以对变配电站的运行情况进行动态实时的反映,对于各种模拟量的数值以及开关的状态量进行监测和记录,并且对变配电站运行过程中的历史数据进行自动的记录, 方便运维人员对信息进行查询和分析,并且可以使他们处理报表的工作变得便捷。1 )数据采集和处理的功能。 电力供配电系统之中数据的采集和处理是安全监控得以实现的基础,通过对智能电力监控系统进行控制能够实现对现场设备开关量和模拟量的实时采集,所采集到的数据可以经过处理之后生成一些较为直观的数据,或者直接的在监控主机的屏幕之上显示出来。 并且系统可以实现对一些重要信息的存储。2 )实时数据与实时曲线。 实时数据所包含的主要是实时遥信与遥测值,对于所选单元遥信量的状态进行实时遥信的反映,并且可以对所有遥测量的当前值进行实时遥控反映。3 )历史数据库。 对于各种事件的记录以及遥测和遥信的数据能够记录和保存,并且参照历史数据库能够对各种数据进行有效的分析。 可以对不同时段的设备提供电力运行曲线,其主要是用在对设备运行状况的分析。4 )报警功能。 对于一些开关的变位信息智能电力监控系统可以自动生成警报,采用的告警形式是音响以及图形弹出窗口。 系统所有发生的报警都会在历史数据库中被记录出来,由此可以使相关的人员有据可查,并且为他们分析和处理故障提供有效的数据支撑。5 )操作权限的设定。 结合配电室之中工作人员职责与工作范围的差异性给予他们相应的权限, 避免一些不同级别的人员发生越权操作的问题。并且,系统可以对一些事故处理者的权限密码进行记录,通过这样能使查询工作变得更加方便。
  4智能电力监控装置的应用分析
  某材料研制生产企业拥有 20 余座变配电站,因变配电站位置相对分散且运行维护人员力量薄弱,电站处于无人值守的状态。在未引入智能电力监控系统之前,电站运行维护人员对电站负荷的运行情况不能准确把握,不能有效地进行负荷分配;故障事故分析十分困难,提前预警根本不可能做到;电气设备的运行状态无法记录,给生产供电的可靠性和安全性造成极大影响,这种仅依靠人工的管理模式与企业不断发展的矛盾日益突出。针对以上问题,该企业引入智能电力监控系统。首次改造先从一个低压配电室的智能化改造做起,低压配电柜每个出线回路安装智能网络仪表,可监测馈线电压、电流、功率、电度、谐波畸变率等。将智能网络仪表监测到的遥测、遥信数据,通过网络传输到监控中心,使电站的运行维护人员实时了解系统运行情况,记录运行数据,预警即将发生的故障。根据多年的运行跟踪,智能电力监控系统运行稳定。监控系统的引入对于该企业变配电站的管理模式由人工化向智能化转变具有如下意义。
  4.1利于合理安排生产计划、优化负荷分配
  随着该企业近几年的发展,工作任务增重,新购进设备增多。面对新购入设备,能否安全合理的接入电网,如何使负荷达到最优分配,一直是企业面临的棘手问题。智能电力监控系统具有记录存储电网的运行工况功能,能够提供实时、历史负荷运行曲线,便于电站的运行维护人员掌握电力系统的运行情况。企业管理人员可通过监控系统查询每条馈线回路的电压、电流和功率等历史数据,做出更加合理经济的配电方案。可根据设备运行情况,有效安排生产计划,工艺设备错峰使用,节约能源费用。通过电力监控系统关注重点用能设备耗能情况,为节能改造提供数据支撑,实施节能技术改造,准确获取节能改造效益。智能电力监控系统负荷分析功能如图 2 所示。
  
  图 2 智能电力监控系统负荷分析功能
  4.2提高运行维护人员水平和工作效率
  该企业变配电站数量多,地点分散,运行管理人员力量有限。用能基础数据依靠人工抄报的传统方式,工作量大,存在无法按时按量准确统计的问题,能耗分析和成本核算均难以实现。智能电力监控系统的引入,将全部电力数据集中管理并自动生成报表,系统以 Excel 作为基本的报表生成界面,实现常规日报、月报和年报,可按照客户需求采集数据量和定制表格形式。通过对报表的查询,而可以了解当前和历史同期的数据,以便作出合理、正确的预算分析;可给出用电成本分析及用电效率分析,实现对各个部门进行精确的用电成本考核。此外,各种资料、图纸和报表实现了电子信息化,免除了日常抄表工作和报表计算工作,提高了工作效率和管理水平。智能电力监控系统负荷报表分析功能如图 3 所示。
  
  图 3 智能电力监控系统负荷报表分析功能
  4.3提高供电可靠性和供电品质
  该企业拥有众多整流、变频设备,这些设备无疑会产生大量的谐波。谐波的危害有诸多方面:降低电网容量,影响电力测量的准确性,引起变压器的温升、对电力电子设备造成影响、引起发电机和电动机额外温升等。未引入智能电力监控系统之前,由于无法监测到谐波含量,谐波严重存在的问题并未引起企业的足够重视。智能电力监控系统具有电力品质分析功能,帮助企业发现一直被忽略的谐波问题,排除安全隐患。针对现有谐波情况企业从 2 方面着手治理:1)设备方面。对于大功率的整流、变频设备,在设备并入电网前,增加就地滤波装置,从源头上减小谐波的接入;2)电站方面。改进电站原有的纯电容补偿设备,增加有源滤波装置,进一步降低谐波的影响。从这 2 个方面着手,大大降低谐波对电网的影响,有效地提高供电品质,保证了电网的安全运行。
  4.4实现故障预警,保障电网安全
  智能电力监控系统具有报警功能和故障信息记录功能。系统能记录每一次发生的事故,包括事故日期、事故时间、线路名称、报警原因等内容,方便用户对系统报警事件进行追溯查询,及时准确查找故障原因,排除故障,确保电网安全可靠运行。
  5结语
  随着计算机技术和网络通讯技术的日趋成熟,配电系统的智能化、网络化已成为用电技术发展的必然趋势。目前,多数工业企业电力监管手段相对落后,缺少必要的智能监控装置,致使配电系统存在负荷分配不合理、电能质量问题突出、用电计量统计不精确,以及由此带来的用电安全及电能浪费等一系列问题。智能电力监控系统是一种集智能化、网络化、单元化和组态化一体的系统,可实现对电力系统的自动监视与控制。智能电力监控系统具有投资少、见效快的特点,具有提高供电可靠性和管理效率等优势。
  参考文献:
  [1]莫理莉. 智能建筑中电力监控系统应用研究[D].华南理工大学,2011.
  [2]赵颖滨,王晓明,何新伟.电力监控软件在智能配电系统中的应用[J].大众用电,2010,26(08):33-34.
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