王鐵軍 龔科 陳德優(yōu) 薛耀康 吳曄

(江蘇凱隆電器有限公司 江蘇常州 213025)

在生態(tài)文明主導(dǎo)，城市文明、工業(yè)文明同步發(fā)展的新格局下，我國(guó)各大城市在工業(yè)廠區(qū)實(shí)施了電力改造，旨在通過智慧配電系統(tǒng)，進(jìn)一步提升工業(yè)廠區(qū)用電的綠色化、智能化以及高效化。尤其在一些老舊的工業(yè)廠區(qū)與新建產(chǎn)業(yè)園區(qū)，安全生產(chǎn)要求高、消防管理需求多、電力系統(tǒng)運(yùn)維管理成本較高，應(yīng)用智慧配電系統(tǒng)后，不僅可以化解此類問題，也能夠從整體上實(shí)現(xiàn)配電房無人值守、計(jì)量表數(shù)據(jù)抄錄遠(yuǎn)程控制以及電力設(shè)備的物聯(lián)管理等。

1 智慧配電系統(tǒng)概述

1.1 內(nèi)涵

從概念界定看，主要是以實(shí)際用戶的需求為準(zhǔn)，在相關(guān)配電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求下創(chuàng)建的自動(dòng)化電能管理系。具體操作時(shí)，主要基于數(shù)字化技術(shù)研發(fā)設(shè)計(jì)適用性較強(qiáng)的智慧配電系統(tǒng)，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，現(xiàn)階段普遍使用的智慧配電系統(tǒng)，主要包括智能終端與智慧電柜兩種模式[1]。

1.2 指標(biāo)

就智慧配電系統(tǒng)的常用參數(shù)指標(biāo)看，智能終端模式下可以按照產(chǎn)品型號(hào)、終端形式、應(yīng)用場(chǎng)景、功能描述等設(shè)置相應(yīng)的指標(biāo)（見表1）。與之相比，智慧電柜模式下的參數(shù)指標(biāo)，則根據(jù)CPOWER Box（智慧電柜型）中的進(jìn)線柜、母線柜、補(bǔ)償柜、出線柜、定制柜等，對(duì)其型號(hào)、規(guī)格（寬度、深度、高度）、回路數(shù)量、回路規(guī)格等進(jìn)行具體設(shè)置[2]。

表1 智能終端模式常用參數(shù)指標(biāo)

2 現(xiàn)代工業(yè)廠區(qū)電力改造需求分析

2.1 工程概況

以某酒業(yè)廠區(qū)為例，分為第一廠區(qū)、第二廠區(qū)、第三廠區(qū)。在第一廠區(qū)配置了2 臺(tái)干式變壓器，容量分別為500 kVA（已停用）、1 000 kVA（正常使用）。為滿足整個(gè)廠區(qū)的生產(chǎn)、生活用電需求，于第二廠區(qū)設(shè)置了1 臺(tái)干式變壓器，容量為1 600 kVA。第三廠區(qū)與第二廠區(qū)的變壓器類型、容量一致，配置數(shù)量為2 臺(tái)，主要為生產(chǎn)提供電力。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，發(fā)現(xiàn)第二廠區(qū)的配電系統(tǒng)整體規(guī)模較大、變壓器處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)，雖然遵循酒業(yè)廠區(qū)所在市區(qū)電力局的規(guī)范要求實(shí)施需量繳費(fèi)，然而在數(shù)據(jù)監(jiān)控、電力控制、繳費(fèi)措施等方面仍然沒有實(shí)現(xiàn)智能化。與之相比，第三廠區(qū)中的配電房設(shè)備陳舊，既缺乏通信接口，也沒有于高低壓柜中安裝智能電表及相關(guān)的數(shù)據(jù)采集裝置。所以，整體上的改造需求比較明確。

2.2 改造需求分析

首先，在該工業(yè)廠區(qū)中的需要對(duì)配電設(shè)備性能的使用工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)要對(duì)整個(gè)運(yùn)行工況開展動(dòng)態(tài)診斷，因而需要對(duì)現(xiàn)用的配電房進(jìn)行智能化改造，建立一個(gè)智慧配電房，保障無人值守目標(biāo)的落實(shí)。其次，該廠區(qū)需要對(duì)用電情況進(jìn)行數(shù)據(jù)化管理，建立以電能計(jì)量方面的數(shù)據(jù)采集—上傳—存儲(chǔ)—分析—生成分析報(bào)告—利用分析報(bào)告中的指令預(yù)警—調(diào)整用電方案等為基本內(nèi)容的遠(yuǎn)程抄錄計(jì)量表計(jì)數(shù)據(jù)分析與利用，并將其擴(kuò)展企業(yè)成本核算、員工績(jī)效等方面[3]。最后，該廠區(qū)的用電設(shè)備數(shù)量多、電力能源使用量大，對(duì)于電力安全的要求相對(duì)較高，為了有效將粗放式電力管理轉(zhuǎn)型到集約式管理，十分需要通過通信技術(shù)，利用通信接口實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而使其能夠滿足物聯(lián)管理目標(biāo)，更好地為企業(yè)創(chuàng)造綜合效益。

3 智慧配電系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)廠區(qū)電力改造的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目實(shí)施

首先，根據(jù)該工業(yè)廠區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)勘察情況，在第一廠區(qū)、第二廠區(qū)的電力設(shè)備中，檢查設(shè)備自帶的RS-485通信接口，確認(rèn)可以使用的條件下，將主持改造單位的數(shù)據(jù)采集器與儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。利用智能網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸功能，采集到的數(shù)據(jù)上傳至“云平臺(tái)”。其次，更換3 個(gè)廠區(qū)電力設(shè)備中的斷路器，改用智能塑殼斷路器，實(shí)施遠(yuǎn)程分合控制。同時(shí)，對(duì)配電室設(shè)備的供電情況、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。具體操作中，按照智慧配電系統(tǒng)組成、功能設(shè)置的方式完成。

3.2 系統(tǒng)組成

整體上的系統(tǒng)組成包括了設(shè)備感知層—數(shù)據(jù)通信層—數(shù)據(jù)管理層—應(yīng)用層。按照“大系統(tǒng)+小系統(tǒng)”的基本設(shè)計(jì)思路，將其應(yīng)用到了智慧配電房、智慧配電柜改造之中，最后將二者關(guān)聯(lián)到總系統(tǒng)[4]。分述如下。

第一，劃分出智慧配電房、智慧配電柜，在智慧配電室改造方面，按照感知層—傳輸層—存儲(chǔ)與應(yīng)用層—應(yīng)用管理層進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)置（見圖1）。其中，感知層包括安防監(jiān)控、視頻監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控。每個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)控內(nèi)容，以安防監(jiān)控為例，重點(diǎn)集中在對(duì)配電房門鎖、人員入侵方面的在線監(jiān)測(cè)。以視頻監(jiān)控為例，主要對(duì)與配電房環(huán)境及設(shè)備進(jìn)行視頻在線監(jiān)控，具備遠(yuǎn)程控制及聯(lián)動(dòng)功能。以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控為例，針對(duì)配電房中的柜體、電纜頭、梅花觸頭、線排、操作機(jī)構(gòu)、變壓器等進(jìn)行在線監(jiān)控。以環(huán)境監(jiān)控為例，通過設(shè)置傳感器，對(duì)配電房綜合環(huán)境參量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，包括溫濕度傳感器、氣體傳感器、噪聲傳感器、水浸傳感器等。

圖1 某酒業(yè)廠區(qū)智慧配電柜系統(tǒng)框架示意

第二，借助終端處理單元，將感知層與傳輸層進(jìn)行關(guān)聯(lián)。傳輸層主要采用通信網(wǎng)絡(luò)（主要采用光纖與無線通信兩種形式）進(jìn)行控制，配套設(shè)置了智能網(wǎng)關(guān)。

第三，通過“云平臺(tái)”登錄界面，通過賬戶登錄、在線驗(yàn)證碼或密碼驗(yàn)證后進(jìn)入“安全訪問認(rèn)證”界面，通過安全認(rèn)證后，進(jìn)入系統(tǒng)平臺(tái)。將系統(tǒng)平臺(tái)中的預(yù)留接口與該工業(yè)廠區(qū)中的通信接口進(jìn)行關(guān)聯(lián)，開展數(shù)據(jù)采集后的存儲(chǔ)與分析。

第四，在設(shè)置的顯示屏、智能手機(jī)中，可以在線開展數(shù)據(jù)查詢，并結(jié)合移動(dòng)應(yīng)用程序（App）對(duì)配電房中的監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀看與數(shù)據(jù)點(diǎn)擊分發(fā)、利用等。

第五，智慧配電柜方面的改造，主要是通過改造斷路器、拉光纖、裝智能網(wǎng)關(guān)、設(shè)置傳感器、連接到“云平臺(tái)”的基本操作方式進(jìn)行改造。

第六，通過通信關(guān)聯(lián)，將智慧配電房與智慧配電柜，統(tǒng)一關(guān)聯(lián)到該工業(yè)廠區(qū)的智慧配電系統(tǒng)管理“云平臺(tái)”。

3.3 系統(tǒng)功能設(shè)置

第一，在數(shù)據(jù)通信層，按照當(dāng)前的通信技術(shù)，采用5G 設(shè)備對(duì)配電監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，提或數(shù)據(jù)傳輸效率。為了解決數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大造成的系統(tǒng)運(yùn)行速度拖慢問題，主持改造的單位為該廠區(qū)的監(jiān)測(cè)設(shè)備中，利用“云桌面”功能，設(shè)置了“虛擬磁盤”，當(dāng)采集到的所有數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)管理層后，可以對(duì)其進(jìn)行“虛擬存儲(chǔ)”，不占用系統(tǒng)內(nèi)層[5]。

第二，在系統(tǒng)性能設(shè)置方面，根據(jù)該工業(yè)廠區(qū)的數(shù)據(jù)化管理需求，按照故障預(yù)警—故障設(shè)備定位—電量峰谷平統(tǒng)計(jì)—值班管理—巡視管理—搶修管理—運(yùn)維管理等基本流程，進(jìn)行了綜合設(shè)置，提高了智慧配電系統(tǒng)的使用性，滿足了該工業(yè)廠區(qū)的全過程數(shù)據(jù)化管理需求。

第三，在系統(tǒng)穩(wěn)定性方面，按照24 h 持續(xù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置了系統(tǒng)自動(dòng)維護(hù)功能，可以根據(jù)實(shí)際情況與變更需求，由該工業(yè)廠區(qū)的電力管理人員，在該系統(tǒng)中進(jìn)行自主設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)其維護(hù)需求。對(duì)于高負(fù)荷狀態(tài)下的穩(wěn)定持續(xù)服務(wù)性能進(jìn)行了檢查，預(yù)留了高負(fù)荷狀態(tài)下的參數(shù)富余量，即使出現(xiàn)高負(fù)荷狀態(tài)，也不影響系統(tǒng)的持續(xù)工作。

第四，由于該工業(yè)廠區(qū)中的能源系統(tǒng)屬于分布式方式，能耗系統(tǒng)也存在分散性。在智慧配電系統(tǒng)中，主持項(xiàng)目改造的單位，按照系統(tǒng)擴(kuò)容功能要求，結(jié)合“模塊化”管理，擴(kuò)展了系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)，能夠使分布式能源系統(tǒng)全部接入，并滿足能耗系統(tǒng)無縫對(duì)接要求。

圖2 基于深度自編碼匹配算法的故障智能識(shí)別技術(shù)

第五，將智慧配電房、智慧配電柜關(guān)聯(lián)到“云平臺(tái)”后，根據(jù)酒業(yè)情況設(shè)置運(yùn)行監(jiān)控功能。具體操作方面，主要是基本的功能為必要條件，調(diào)整高壓與電房、低壓配電房，以及各級(jí)別配電柜、配電箱中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確保整個(gè)智慧配電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用時(shí)，能夠做到360°無死角的監(jiān)控。尤其在無人值守的情況下，考慮到立體化數(shù)據(jù)監(jiān)管需求，在細(xì)節(jié)上幫助該工業(yè)廠區(qū)進(jìn)行了多次監(jiān)控調(diào)試，達(dá)到了立體數(shù)據(jù)監(jiān)管目標(biāo)。

第六，其他方面的功能設(shè)置包括設(shè)備巡視、搶修管理、用電分析、單位電量統(tǒng)計(jì)、設(shè)備電量統(tǒng)計(jì)等。以搶修管理為例，利用該系統(tǒng)中應(yīng)用的深度自編碼器匹配算法，可以結(jié)合以往發(fā)生的故障情況，設(shè)置“故障數(shù)據(jù)庫(kù)”，并在發(fā)生故障的第一時(shí)間，由系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別出故障類型、故障發(fā)生位置，通過自動(dòng)開/關(guān)可以解決的問題，直接進(jìn)行在線解決。對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的故障，則在故障發(fā)生、預(yù)警、定位后，由電力管理人員直接進(jìn)入故障位置進(jìn)行排查與快速搶修[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，通過產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，我國(guó)工業(yè)行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了高質(zhì)量發(fā)展階段，在工業(yè)廠區(qū)電力改造中應(yīng)用智慧配電系統(tǒng)可以發(fā)揮多重作用，從根本上改變工業(yè)廠區(qū)的電力管理方式。因此，建議在高質(zhì)量發(fā)展時(shí)期，盡可能增強(qiáng)對(duì)智慧配電系統(tǒng)的研討，進(jìn)而借助深度層面的基本原理研究、廣度層面的數(shù)字化技術(shù)推廣應(yīng)用、精度層面的全過程指標(biāo)管理等綜合措施，推動(dòng)智慧配電系統(tǒng)在工業(yè)廠區(qū)電力改造中的高效應(yīng)用。