配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)(配電房高低壓智慧配電系統(tǒng))
配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)(配電房高低壓智慧配電系統(tǒng))
0.前言
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物，日益成為新工業(yè)革命的關(guān)鍵支撐和深化“互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)”的重要基石，對(duì)未來工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了、深層次以及革命性影響。
國(guó)務(wù)院印發(fā)《國(guó)務(wù)院關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》，四川省人民政府辦公廳印發(fā)《四川省人民政府關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施意見》。在這樣的背景下，某酒業(yè)為響應(yīng)國(guó)家關(guān)于建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的號(hào)召，向“兩化融合”“先進(jìn)制造業(yè)”邁進(jìn)。
現(xiàn)階段需解決企業(yè)能源系統(tǒng)監(jiān)管疏松、能源數(shù)據(jù)利用率低、企業(yè)高低壓配電房仍設(shè)有專人值守、用能數(shù)據(jù)仍然靠人工抄表完成、難以開展成本核算以及人力成本高等問題，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化能源管理。
1.通過智慧配電改造實(shí)現(xiàn)
1.1 實(shí)現(xiàn)配電房無人值守
實(shí)時(shí)監(jiān)控企業(yè)配電設(shè)備用能情況，以便實(shí)時(shí)診斷設(shè)備運(yùn)行狀況。
1.2 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄錄計(jì)量表計(jì)數(shù)據(jù)
分析企業(yè)的用能情況，幫助其進(jìn)行成本核算，提供員工績(jī)效考核數(shù)據(jù)依據(jù)。
1.3 實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備的物聯(lián)管理，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，提升數(shù)據(jù)處理效率
提高企業(yè)對(duì)能源的現(xiàn)代化管理水平，使企業(yè)用能更加安全、高效和經(jīng)濟(jì)，最終解決傳統(tǒng)用能管理粗放問題，實(shí)現(xiàn)精益化管理，在保障企業(yè)用能安全的同時(shí)降低企業(yè)用能成本，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
2 項(xiàng)目概況
該酒業(yè)分為3個(gè)廠區(qū)。第一廠區(qū)配備有一臺(tái)容量1000kVA和一臺(tái)容量500 kVA的變壓器,皆為干式變壓器，其中500kVA的目前停用。第二廠區(qū)配備有一臺(tái)1600kVA的干式變壓器，
供給整個(gè)廠區(qū)的生產(chǎn)生活用電。整體設(shè)計(jì)體量較大，現(xiàn)場(chǎng)勘察變壓器處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)，已按照當(dāng)?shù)仉娏忠?guī)范采取需量繳費(fèi)，但缺少實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控合理管控基本電費(fèi)繳費(fèi)措施。第三廠區(qū)配備有兩臺(tái)1600 kVA 的干式變壓器供給生產(chǎn)用電，其中一臺(tái)目前已暫時(shí)停用，還有一臺(tái)1250kVA的干式變壓器供給生活用電。第三廠區(qū)配電房設(shè)備是老式陳舊設(shè)備且沒有 485及其他通信接口，企業(yè)需要做配電房無人值守，因此需要在高低壓柜內(nèi)安裝智能電表及配套采集設(shè)備，做到二級(jí)采集。
3 項(xiàng)目實(shí)施
第一廠區(qū)和第二廠區(qū)的配電房設(shè)備都是新式設(shè)備，各配電柜上儀表均帶有RS-485通信接口。通過RS-485通信接口，可將儀表數(shù)據(jù)接入我方數(shù)據(jù)采集器，通過智能網(wǎng)關(guān)將采集到
的數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)。將3個(gè)廠區(qū)內(nèi)特殊設(shè)備的斷路器更換為智能塑殼斷路器，可實(shí)現(xiàn)中控室和云平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的供電情況和運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)中控室和云平臺(tái)智能塑殼斷路器遠(yuǎn)程分合控制。
4 系統(tǒng)組成及相關(guān)功能
4.1 數(shù)據(jù)采集層
通過智能儀表完成電流、電壓、電量以及功率因數(shù)等電量參數(shù)的采集工作。通過智能塑殼斷路器實(shí)現(xiàn)所控回路的電流、電壓、溫度、漏電、電量以及功率因數(shù)等用電信息的采集[1]。
4.2 數(shù)據(jù)通信層
將智能儀表和智能塑殼斷路器采集到的電量信息和設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)通過智能電網(wǎng)傳輸至云平臺(tái)。通常采用互聯(lián)網(wǎng)、4G設(shè)備進(jìn)行配電監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。
4.3 系統(tǒng)性能
智慧配電系統(tǒng)具有管理的先進(jìn)性，可幫助客戶實(shí)現(xiàn)利益，實(shí)現(xiàn)綜合能源利用、資產(chǎn)管理、運(yùn)營(yíng)管理[2]。它可以從企業(yè)用電痛點(diǎn)出發(fā)，解決客戶電能綜合管理問題。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)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、巡視管理以及搶修管理等運(yùn)維流程過程工單的管控。
4.4 系統(tǒng)的穩(wěn)定持續(xù)性
系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)24h持續(xù)可用，可在選定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)。數(shù)據(jù)刷新周期短，速度快。支持無限期pB級(jí)別數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，數(shù)據(jù)刷新頻率10s[3]。系統(tǒng)能夠保證在高負(fù)荷狀態(tài)下能提供不間斷的可靠服務(wù)，運(yùn)行穩(wěn)定，不存在內(nèi)存泄露情況。
4.5 系統(tǒng)的擴(kuò)容功能
智慧配電系統(tǒng)具備良好的功能擴(kuò)展性。系統(tǒng)功能模塊擴(kuò)展不會(huì)影響現(xiàn)有功能和結(jié)構(gòu)，支持工廠能耗系統(tǒng)無縫對(duì)接和分布式能源系統(tǒng)接入。
4.6 提供運(yùn)行監(jiān)控功能
針對(duì)酒業(yè)情況，系統(tǒng)的運(yùn)行功能可監(jiān)控3個(gè)廠區(qū)變壓器。高低壓配電室各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)配電房無人值守，細(xì)節(jié)化、立體化數(shù)據(jù)監(jiān)管，助力企業(yè)高效管理，參與國(guó)家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)程，向“兩化融合”邁進(jìn)。
4.7 設(shè)備巡視
設(shè)備巡視具有巡視周期設(shè)定、巡視任務(wù)單、巡視報(bào)告、人員巡視情況、用電單位巡視情況等功能。巡視周期設(shè)定能對(duì)不同的用電單位設(shè)定對(duì)應(yīng)的工作人員，并對(duì)不同的巡視周期進(jìn)行查詢。
4.8 提供搶修管理功能
依據(jù)存在的故障情況，派發(fā)搶修工單，編輯用電單位、工單編號(hào)、業(yè)務(wù)來源、緊急程度等各項(xiàng)具體內(nèi)容。依據(jù)搶修工單，工作人員完成對(duì)應(yīng)的搶修任務(wù)，將過程信息完善記錄歸檔，也便于工作考核。
4.9 用電分析功能
對(duì)于酒業(yè)對(duì)配電房無人值守、數(shù)據(jù)分析和價(jià)值利用、企業(yè)能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)的需求，平臺(tái)的統(tǒng)計(jì)分析功能完全滿足所需。平臺(tái)統(tǒng)計(jì)分析功能包括用電結(jié)構(gòu)分析、用電數(shù)據(jù)分析、用電優(yōu)化建議、運(yùn)維工作報(bào)告和設(shè)備統(tǒng)計(jì)。
4.10 單位電量統(tǒng)計(jì)
可以選擇用電單位、時(shí)間間隔、日期以及統(tǒng)計(jì)方式查詢廠區(qū)的電量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，根據(jù)各地供電售價(jià)目錄進(jìn)行測(cè)算，體現(xiàn)數(shù)據(jù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。也可從數(shù)據(jù)展示中看出各時(shí)段用戶的用電結(jié)構(gòu)，分析用戶生產(chǎn)規(guī)律。
4.11 設(shè)備電量統(tǒng)計(jì)
可以查詢每一個(gè)設(shè)備的用電情況，分析該設(shè)備各時(shí)段占比以及平均電價(jià)。
5. 配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)
一、系統(tǒng)研發(fā)背景及簡(jiǎn)介
配電室綜合監(jiān)控是整個(gè)電能管理系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目前，配電室一般都采取無人值守，定時(shí)巡查制度，這樣既浪費(fèi)人力物力也無法做到對(duì)配電室的環(huán)境和安全實(shí)時(shí)監(jiān)控。而配電室的環(huán)境穩(wěn)定可靠對(duì)變壓器等設(shè)備的正常運(yùn)行至關(guān)重要。
??公司根據(jù)配電室實(shí)際情況，結(jié)合多年的變電站和配電室的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，自主研發(fā)了配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能開關(guān)柜運(yùn)行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負(fù)載運(yùn)行監(jiān)控、母線測(cè)溫監(jiān)測(cè)、電纜測(cè)溫監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)控、取暖通風(fēng)、門禁、燈光、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制等功能。
實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測(cè)與設(shè)備控制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境優(yōu)化，避免運(yùn)行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運(yùn)行故障，保證維護(hù)人員安全，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)配電動(dòng)力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。
二、應(yīng)用場(chǎng)合
變電所、配電室、機(jī)房、箱變。
三、系統(tǒng)目標(biāo)
配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電室內(nèi)各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，提供高度穩(wěn)定可靠的監(jiān)控信息資源。節(jié)省配電室綜合監(jiān)控運(yùn)行管理費(fèi)用，達(dá)到短期投資長(zhǎng)期受益的目的。確保提高監(jiān)測(cè)環(huán)境管理工作效率并提供安全舒適的工作環(huán)境。系統(tǒng)軟/硬件均采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，適應(yīng)發(fā)展需要，做到具有可擴(kuò)展性、可變性，適應(yīng)環(huán)境的變化和工作性質(zhì)的多樣化。
四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
??配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)以智能控制為核心，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)配電室內(nèi)環(huán)境的全天候狀態(tài)監(jiān)視和智能控制。系統(tǒng)由485通信和網(wǎng)絡(luò)通信混合組網(wǎng)，完成站端視頻、環(huán)境數(shù)據(jù)以及安全防范等數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，適配于當(dāng)下多種應(yīng)用場(chǎng)景。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)遵循物聯(lián)網(wǎng)分層分布式物理體系，即設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、站控層，構(gòu)建而成完全一體化的智慧管理平臺(tái)系統(tǒng)。
監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)采用平臺(tái)化SOA架構(gòu)，具有良好的可擴(kuò)展性。當(dāng)數(shù)據(jù)接入量大或者訪問用戶數(shù)大的時(shí)候，可以通過部署多個(gè)應(yīng)用實(shí)例來提高系統(tǒng)服務(wù)能力。同時(shí)可根據(jù)用戶的使用要求，靈活配置運(yùn)行的服務(wù)組件。
五、設(shè)備選型
六、監(jiān)控范圍
??系統(tǒng)把環(huán)境、視頻、通風(fēng)、照明、安全防范、消防、一次設(shè)備輔助監(jiān)控等所有監(jiān)控量在系統(tǒng)主界面上進(jìn)行一體化顯示和控制，避免各系統(tǒng)孤立顯示和控制。
1. 環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)
??配電室綜合監(jiān)控設(shè)備安裝在配電室、箱變、變電所內(nèi)，通過采集和傳輸技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電室內(nèi)的重要場(chǎng)所和設(shè)備的工作環(huán)境，如溫度、濕度、電纜溝水位、漏水/水浸、有害氣體(SF6，H2S，NO，CO，O2，O3)、TVOC、煙霧、明火、人體感應(yīng)、噪聲等。
??當(dāng)檢測(cè)到環(huán)境量出現(xiàn)異常時(shí)，可及時(shí)顯示、報(bào)警，并可通過通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)平臺(tái)。根據(jù)預(yù)先設(shè)置的上下限值，聯(lián)動(dòng)控制空調(diào)、視頻、燈光、加熱裝置、除濕器、通風(fēng)機(jī)、聲光報(bào)警等設(shè)備。保障配電室場(chǎng)所的電力設(shè)備安全運(yùn)行。防止因環(huán)境改變、非授權(quán)活動(dòng)、設(shè)備狀態(tài)變化等引起的事故，滿足配電室遠(yuǎn)程運(yùn)維的可靠管控要求。為新型現(xiàn)代化配電室的智能化、可視化、自動(dòng)化、互動(dòng)化做有效支撐。
??站端設(shè)備包含各種傳感器(溫度、濕度、漏水、水位、有害氣體等)。系統(tǒng)平臺(tái)可以直觀的顯示出被監(jiān)測(cè)量的大小或狀態(tài)，以及被監(jiān)測(cè)量的實(shí)時(shí)值或各種故障發(fā)生的情況。
??告警功能：在監(jiān)控中心對(duì)環(huán)境參量超過預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出視聽告警，在監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面上閃爍顯示，同時(shí)可以提供警示燈、報(bào)警音箱、語音、短信通知等多種告警方式。
??設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)：系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控配電室內(nèi)各監(jiān)測(cè)設(shè)備(傳感器)以及通信線路，自動(dòng)診斷設(shè)備及鏈路故障，并實(shí)時(shí)顯示在界面上。
??數(shù)據(jù)查詢：環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)查詢。
2. 消防監(jiān)控子系統(tǒng)
??煙霧、溫感、明火等火災(zāi)消防信息的接入，聯(lián)動(dòng)聲光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，以及通過短信方式自動(dòng)通知值班維護(hù)人員。
3. 安防監(jiān)控子系統(tǒng)
??紅外雙鑒、紅外對(duì)射、震動(dòng)、門磁等安防相關(guān)設(shè)備接入 ，并可實(shí)時(shí)播放告警語音、發(fā)送提醒短信等。
4. 無線測(cè)溫子系統(tǒng)
??無源無線測(cè)溫產(chǎn)品由主機(jī)(或收發(fā)器)和傳感器兩部分組成。主要應(yīng)用在高低壓開關(guān)柜內(nèi)母排搭接點(diǎn)，斷路器觸頭、電纜接頭、大電流設(shè)備等電氣連接點(diǎn)和其他易過熱點(diǎn)等位置的溫度檢測(cè)，并把測(cè)量結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，通過軟件分析能夠?qū)囟冗^高發(fā)出告警信息，實(shí)現(xiàn)溫度故障的早期預(yù)測(cè)，防患于未然。
5. 饋線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)
??可以監(jiān)測(cè)開關(guān)柜局放和饋線回路的開關(guān)狀態(tài)、溫度、電壓、電流、功率、功率因數(shù)、有功、無功、諧波、電能量采集等。支持設(shè)置上下限的告警值，實(shí)現(xiàn)語音播放、發(fā)送短信等聯(lián)動(dòng)提醒方式。
6. 變壓器監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)
??變壓器三相繞組溫度檢測(cè)、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、震動(dòng)檢測(cè)。支持設(shè)置上下限的告警值，實(shí)現(xiàn)語音播放、發(fā)送短信等聯(lián)動(dòng)提醒方式。
7. 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)
??視頻監(jiān)控采用數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)監(jiān)控功能。支持海康主流硬盤錄像機(jī)和數(shù)字高清攝像機(jī)系列產(chǎn)品。
8. 溫濕度控制子系統(tǒng)
??溫濕度控制器運(yùn)用傳感器檢測(cè)柜內(nèi)的溫度與濕度值，并通過控制外接的風(fēng)扇與加熱器對(duì)溫度與濕度值進(jìn)行調(diào)節(jié)，可有效防止因低溫、高溫造成的設(shè)備故障以及受潮或結(jié)露引起的爬電、閃絡(luò)事故的發(fā)生。
9. 門禁控制子系統(tǒng)
??系統(tǒng)支持人員進(jìn)入出去時(shí)間人員記錄，系統(tǒng)提供設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)故障報(bào)警、非法闖入報(bào)警、門開超時(shí)報(bào)警、非法刷卡報(bào)警以及脅迫報(bào)警等。
10. 空調(diào)節(jié)能控制子系統(tǒng)
??可以控制空調(diào)開機(jī)、關(guān)機(jī)、升溫、降溫等，并能夠直接調(diào)整空調(diào)的溫度值。
11. 燈光控制系統(tǒng)子系統(tǒng)
??可以遠(yuǎn)程控制燈光的關(guān)閉和打開。
12. 其他控制功能
??水泵控制。
??加熱器控制。
??聲光報(bào)警器控制：遠(yuǎn)程控制啟動(dòng)和關(guān)閉，避免擾民。
??風(fēng)機(jī)控制：實(shí)現(xiàn)對(duì)主、副新風(fēng)機(jī)的智能控制。
??除濕機(jī)控制：室內(nèi)除濕機(jī)控制以及與濕度聯(lián)動(dòng)。
??其它設(shè)備控制。
5.結(jié)束語
通過此次酒業(yè)智慧配電系統(tǒng)項(xiàng)目的改造，可達(dá)到客戶用電設(shè)備集中管理、設(shè)備實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)以及各廠區(qū)電量統(tǒng)計(jì)的預(yù)期要求。管理方面，通過智慧配電系統(tǒng)采集智能儀表和智能斷路器的供配電數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)廠區(qū)的供電設(shè)備進(jìn)行集中管理。運(yùn)維方面，通過智慧配電系統(tǒng)減輕了維修人員日常安全檢查、電費(fèi)抄報(bào)等工作，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障定位，為企業(yè)節(jié)約了大量的運(yùn)維成本。統(tǒng)計(jì)方面，通過智慧配電系統(tǒng)對(duì)各分廠進(jìn)行用電區(qū)域的峰、谷、平電量統(tǒng)計(jì)分析，可根據(jù)電量信息計(jì)算各時(shí)段的運(yùn)營(yíng)成本。
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