莊新軍

（費(fèi)縣許家崖水庫管理處，山東 費(fèi)縣 273400）

目前，現(xiàn)行水利行業(yè)的電源屏基本的用電路由是從進(jìn)線端斷路器—分線端斷路器—微型斷路器構(gòu)成，斷路器的短路保護(hù)和分閘脫扣時(shí)間無法對人身進(jìn)行保護(hù)、無法對用電設(shè)備的防火和防雷進(jìn)行有效控制。而電盾智慧過濾系統(tǒng)硬件裝置結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、體積小巧，可廣泛地應(yīng)用于泵站的站用電屏及辦公區(qū)的電源箱，可實(shí)時(shí)發(fā)送電參數(shù)及實(shí)時(shí)給檢修人員一個(gè)安全作業(yè)的環(huán)境和辦公區(qū)職工有效安全保護(hù)。經(jīng)過長期的實(shí)踐證明，本系統(tǒng)保護(hù)范圍寬、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單，可方便地安裝于定位單元，便于歷史工程利舊使用。

1 電盾智慧過濾系統(tǒng)的軟件監(jiān)測模型

電盾智慧過濾系統(tǒng)監(jiān)測軟件是利用SCADA[1]（安全預(yù)警控制和監(jiān)測數(shù)據(jù)采集），實(shí)時(shí)從末端收集數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行存儲(chǔ)和交換。當(dāng)硬件部分的MCU發(fā)送判斷信號時(shí)，軟件快速讀取SQL2008數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)參數(shù)，發(fā)送給DSS模型進(jìn)行流程診斷，根據(jù)現(xiàn)場工況決定開關(guān)的OFF和ON，因此也是數(shù)據(jù)監(jiān)測和設(shè)備的本體聯(lián)網(wǎng)性。而當(dāng)不具備聯(lián)網(wǎng)工況時(shí)將用電安全裝置收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提供給安裝了SCADA軟件的工控機(jī)。然后對其進(jìn)行處理并及時(shí)監(jiān)測問題，當(dāng)檢測到漏電流和泄電流大于設(shè)計(jì)參數(shù)或出現(xiàn)短路事故時(shí)，經(jīng)過DSS模型進(jìn)行二次自主分析，切換用電設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)鏈路的安全開關(guān)，由電盾智慧過濾處理器進(jìn)行納秒級的自主決斷從而達(dá)到用電安全萬無一失狀態(tài)。電盾智慧過濾系統(tǒng)軟件監(jiān)測的核心就是數(shù)據(jù)挖掘。根據(jù)泵站和辦公樓的用電屬性而有針對性使用DSS模型方案構(gòu)建系統(tǒng)環(huán)境[2]，模擬真實(shí)用電參數(shù)，通過MCU核心部件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)早診斷、早發(fā)現(xiàn)、早處理，杜絕觸電、消防事故、雷擊事故。智慧過濾系統(tǒng)的軟件監(jiān)測由CBR結(jié)構(gòu)構(gòu)成[3]，一種基于互聯(lián)網(wǎng)的智慧型的人工智能可編程控制器的SCADA智能體。本系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)算力和工業(yè)智能控制的算力，使用CBR技術(shù)的構(gòu)架作為支撐，開發(fā)電盾智慧處理軟件小工具。實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)下大數(shù)據(jù)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)智能體實(shí)時(shí)監(jiān)測，并以此工具為依托作為支持系統(tǒng)，精準(zhǔn)地進(jìn)行漏電、觸電、防雷等安全數(shù)據(jù)采集和計(jì)算成果分析，實(shí)現(xiàn)用電大數(shù)據(jù)信息查詢、漏電地點(diǎn)、防觸電、防雷擊、防起火、等用電安全參數(shù)預(yù)警的人工智能自主決策。

2 電盾智慧過濾系統(tǒng)處理器的組成

電盾智慧過濾處理器的硬件主要由進(jìn)線電源智能過濾裝置；電壓電流過濾切換；出線電源控制器；顯示與數(shù)據(jù)通信功能模塊等4部分組成。其中：進(jìn)線電源智能過濾裝置包含一個(gè)陶瓷熔斷器組模塊、一個(gè)微斷開關(guān)組合模塊、一個(gè)電源處理模塊，該模塊是主要的切電短路、漏電保護(hù)裝置。電盾智慧過濾處理器的使用容量根據(jù)用電負(fù)載匹配相應(yīng)容量的變壓器，電壓電流過濾切換模塊對接收電源能量和釋放電源能量進(jìn)行有效隔離提供隔離電源。出線控制器模塊是由微斷開關(guān)組合模塊、超級電容組和陶瓷熔斷器組模塊組成，在整個(gè)系統(tǒng)的隔離電源輸出中對晃電和短路起到穩(wěn)壓和瞬斷作用。電盾智慧過濾處理器顯示與數(shù)據(jù)通信功能模塊是把本系統(tǒng)的輸入輸出電量參數(shù)、功率因數(shù)、漏電地點(diǎn)、有效載荷等功能體通過RS485總線真實(shí)、直觀的顯示在遠(yuǎn)程工控機(jī)和本級設(shè)備的液晶顯示屏。

3 電盾智慧過濾系統(tǒng)工作原理

電盾智慧過濾系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖1示，包括了主電路和輔助電路。N2電感隔離交流通直流。AC220V電源進(jìn)入變流換流裝置W由T電橋進(jìn)行整流，逆變隔離交流通直流進(jìn)入輔助電路。IC1和IC2構(gòu)成安全用電和防起火引流裝置。其中C1為輔助電路IC1隔離電容，C2、C3、C5為輔助電路 IC2 隔離電容。D1、D3、D3、D4PN 節(jié)為單向?qū)ǘO管作用隔直通交。

圖1 電盾智慧過濾系統(tǒng)工作原理

電動(dòng)勢通過N1互感變流進(jìn)入N2，電橋4電動(dòng)勢驅(qū)動(dòng)電路IC1的5和1端口及IC24端口。電橋2進(jìn)入安全裝置IC1的2、4、8端口及IC2的1、2端口。當(dāng)系統(tǒng)處于安全穩(wěn)定無短路（觸電）狀態(tài)時(shí)IC1發(fā)出1指令通知驅(qū)動(dòng)電橋繼續(xù)工作釋放AC220V電動(dòng)勢，而輸出電壓決定于系統(tǒng)的調(diào)制比MaxN1。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)人員觸及AC-L線電壓時(shí)繼續(xù)LC1通過內(nèi)部CPU納秒級計(jì)算輸出指令隔離N1電動(dòng)勢中性點(diǎn)，切斷變壓器W中性點(diǎn)及電位差，電橋1、2、3、4迅速做出反應(yīng)單邊供電，從而使人觸及L線時(shí)或者N線感覺不到觸電也不會(huì)對人體造成觸電傷害，達(dá)到安全用電的目的。當(dāng)有人在使用單向線不小心觸及L+N時(shí)全橋逆變輸出電壓最大時(shí)為輸入電流電壓的3（1-D）倍，1＞D＞0，IC2發(fā)出指令切斷輸入 N 中性點(diǎn)采用隔離感應(yīng)供電。

4 工程應(yīng)用實(shí)例

2017年9月電盾智慧過濾系統(tǒng)試驗(yàn)部署選擇在費(fèi)縣許家崖水庫橋頭堡綜合自動(dòng)化檢修電源屏。根據(jù)橋頭堡綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場實(shí)況和設(shè)備運(yùn)行工況以及工程人員的需求部署防護(hù)動(dòng)作系統(tǒng)。該系統(tǒng)由綜合自動(dòng)化檢修電源監(jiān)測主模塊和監(jiān)測子模塊兩部分。主模塊是針對橋頭堡檢修電源和自動(dòng)化運(yùn)行電源、消防、防雷等數(shù)據(jù)監(jiān)聽，當(dāng)子模塊通過鏈路監(jiān)測到橋頭堡電源屏有短路事故和超負(fù)載事故、消防事故時(shí)，經(jīng)過電流電壓切換模塊通過射頻信號傳輸至檢修電源屏的MCU，MCU快速進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)理論數(shù)據(jù)計(jì)算和單機(jī)負(fù)載數(shù)據(jù)計(jì)算，迅速做出保護(hù)動(dòng)作判斷，并進(jìn)行單機(jī)位模塊化處理。

自2017年9月至2020年5月通過電盾智慧過濾系統(tǒng)監(jiān)測軟件的大數(shù)據(jù)信息查詢統(tǒng)計(jì)到防雷擊浪涌損傷信息15條、防電源漏電經(jīng)濟(jì)損失電源漏電地點(diǎn)查詢信息3條、防電源短路用電安全事故6條，防設(shè)備超負(fù)荷或老化起火事故1條。通過上述參數(shù)3年的數(shù)據(jù)分析，電盾智慧過濾系統(tǒng)在費(fèi)縣許家崖水庫工程中應(yīng)用效果良好。

5 結(jié)語

基于安全用電的電盾智慧過濾系統(tǒng)在費(fèi)縣許家崖水庫的掛網(wǎng)運(yùn)行，達(dá)到了觸電不傷人、不起火、不漏電、節(jié)能、防雷擊、安全和綠色、節(jié)能、智慧大數(shù)據(jù)化的需求是保護(hù)員工、設(shè)備安全及用電節(jié)能的一種有效裝置，具備智慧協(xié)同管理的能力。目前電盾智慧過濾系統(tǒng)已安全運(yùn)行609d，取得了相關(guān)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步升級改造水利用電安全設(shè)備提供了借鑒。