智能化供配电系统在工业电气自动化中的应用与研究

时间：2024-04-25

陈萧殷

沈阳有色冶金设计研究院有限公司辽宁沈阳 110003

随着科技的进步，人们对智能的理解也越来越高。智能配电系统被广泛地应用到各种制造业，为了提高其智能化应用程度，就需要对应用需求、各参数监测、及其各构建、搭接进行研究，以更全面地满足智能配电系统的需求。

1 智能配电系统结构设计

1.1 整体架构设计

本研究设计的智能配电系统是软硬件结合的。从硬件结构来看，包括系统软件层、通信网络层和智能设备层。

系统软件层用于接收、存储和计算数据。当设置系统软件层时，该层以模块化方式设计。由于设备型号不同，用户多样，有数据接口用于与各种数据信息进行通信，软件功能界面多样，结构简单，使用方便。

在通信网络层，为系统软件层和智能设备层之间的信息传输提供技术支持和平台。为了支持各种数据的需求，本研究采用有线通信和无线通信兼容各种数据接口，如现场总线、工业以太网、双绞线、光纤无线等[1]。在智能组件层，用于设置配电柜和配电柜内的智能设备。该设备将工业现场的测量值和现场的工作状态数字化，将模拟信号转换成数据信号，通过通信接口实现数据通信和远程在线监测。

1.2 通信层与硬件层交互方案探讨

目前，智能配电系统不仅在向智能化方向发展，而且在应用过程中也趋于安全可靠。同时需要考虑通信层和硬件层交互时的注意事项。以下是几种情况的简要描述:

（1）用户的一些具体通信要求、现场工作条件和经济条件等。这些方式决定了通信层和硬件层交互的选择，比如设计通信接口兼容多个通信接口。

（2）基于不同用户的目的，在改造旧设备的基础上，还可以实现载波通信、光纤通信等多种数据通信方式。

（3）由于用户所处的位置和环境不同，用户可以选择合适的通信网络和最佳方式，例如：①当设备运行位置到监测计算的距离较短（一般小于1000米）时，最好采用屏蔽双绞线连接。②假设设备与监控计算机距离较长（一般在1000米以上），可以使用光纤通信；③在一些恶劣的工业场所，可以采用GPRS、CDMA等无线通信方式。④根据客户的不同要求，选择以上方法进行组合。

2 智能设备层监控方案

2.1 传感器检测技术

在智能设备层，本研究使用多种不同类型的传感器实现监控信息的智能感知，如温度传感器、剩余电流传感器、环境温湿度传感器或水位传感器。为了方便检测，可以设计一种多功能的检测器，它具有以下功能：

（1）异常故障排除报警功能：一旦传感器检测到故障信息，智能设备层设置的异常信息报警灯会提醒工作人员进行故障排除，在具体应用中，可以设置声光报警。

（2）温度异常报警功能：当工业电气自动化应用过程中供配电系统的温度超过设定的阈值时，还会以声光报警的形式，警告工作人员排除故障，警告火灾的发生[2]。

（3）剩余电流异常报警功能：当工业电气自动化应用过程中供配电系统的剩余电流采样值超过用户设定的阈值时，剩余电流传感器识别出异常信息，并以声光报警的形式向工作人员报警。

（4）环境温湿度异常报警功能:当供配电系统的工业电气自动化应用过程中，温湿度传感器采集的值超过工业设备应用的阈值时，会警告工作人员存在环境安全隐患。

（5）水位传感器预警功能：当工业电气自动化应用过程中供配电系统水位过高时，一旦超出工业应用的安全范围，就会给出预警，工业设备开始对水泵排水等设备进行故障排除，排除故障。

2.2 监控功能设计

主要功能如下：

（1）工业电气自动化现场火灾报警：智能供配电系统中的监控主机接收到传感器等检测设备发送的检测信息时，会根据接收到的信息的大致类别自动进行分类，从而判断火灾信号或水位信号，然后输出报警指令。用户可以设置不同的故障报警提示，及时判断故障类型，并将收到的信息进行存储和应用。

（2）故障等级报警：根据故障类型的等级，故障信息输出可以分为几个不同的等级。故障严重时为一种报警形式，轻微时设置为其他报警形式。这样可以及时有效地识别故障类型。

（3）人工干预：当工作人员收到不同信号时，能够及时排除故障，并根据故障等级进行有效跟踪处理。

3 示例应用和分析

以上述方案为基本构架，在某电力公司按照上述方案进行组网测试。在工业电气自动化应用过程中，假设以配电网元件和110千伏变电站为测试对象，选取A-H等不同区域的变电站作为实例。供电系统一般采用就地取电方式，开关站、配电室和计算终端采用交流220伏电压，配电网调整和110千伏变电站采用-48V电压，柱开关和环网柜采用-24V电压。对比分析使用本研究系统和不使用本研究系统时各区域的数据丢失率，以衡量配电系统应用于工业电气自动化时的数据稳定性。数据如表1所示。

表1 数据通讯损失对比表