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安科瑞電氣股份有限公司
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電量傳感器
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淺談安全用電監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

時間:2022/1/8閱讀:615
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摘要:在電力系統(tǒng)領(lǐng)域,用電設(shè)備的安全運行,不僅關(guān)系到電器設(shè)備本身使用壽命,更關(guān)系到運維人員的生命安全。用電設(shè)備的正確使用及運行過程中的安全可靠,一直是人們普遍關(guān)注的內(nèi)容。隨著用電設(shè)備自我故障保護(hù)功能的不斷完善,人們使用設(shè)備的安全防護(hù)意識也不斷提高,各方面的規(guī)范也在完善,用電安全事故確實得到一定程度的減少,但并沒有從根本上得到遏制。本文分析了當(dāng)前用電安全現(xiàn)狀,用電設(shè)備的穩(wěn)定可靠對國民經(jīng)濟(jì)的重要性,明確了用電設(shè)備使用過程中的安全性要求,提出了基于多形式網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接方式的用電設(shè)備安全監(jiān)控策略,實現(xiàn)了用電設(shè)備的實時在線監(jiān)測,故障及事故原因分析,安全隱患的事前預(yù)警,從根本上解決了設(shè)備用電安全性問題。結(jié)果表明此系統(tǒng)理論的研究與應(yīng)用對電器設(shè)備的用電安全及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義。
關(guān)鍵詞:安全用電;監(jiān)控;聯(lián)網(wǎng);預(yù)警

0 引言

       隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,電力設(shè)備越來越來多,用電規(guī)模也越來越來大,設(shè)備用電事故也不斷頻發(fā)。終端設(shè)備用電安全及可靠運行,直接關(guān)系到整個電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定,以及操作人員的人身安全。為減少設(shè)備用電安全事故發(fā)生,降低事故經(jīng)濟(jì)損失,人們從設(shè)備功能的完善性,操作人員使用的規(guī)范性以及規(guī)章制度的配套性等方面不斷強(qiáng)化,然而并沒有從本質(zhì)上得到改善。本文論述的是基于多形式組網(wǎng)]技術(shù),設(shè)備終端多手段采集,實現(xiàn)用電設(shè)備的在線監(jiān)控,同時采用大數(shù)據(jù)技術(shù),對海量用電設(shè)備狀態(tài)與運行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,實現(xiàn)對設(shè)備故障的預(yù)測及,并提供可靠的安全用電策略,對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定及國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。

1當(dāng)前普遍用電現(xiàn)狀

1.1 落后的用電管理
       近年來隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,城鄉(xiāng)建設(shè)如火如荼,電器設(shè)備不斷增多,用電負(fù)荷不斷加大,設(shè)備層級架構(gòu)及邏輯控制也越來越繁雜。然而用電設(shè)備的值班維護(hù)人員的專業(yè)素養(yǎng)及技能水平并沒有相應(yīng)提高,用電安全意識不強(qiáng),有的用電單位甚至招聘文化水平較低的下崗工人,經(jīng)過簡單培訓(xùn)就直接進(jìn)行上崗作業(yè)。
設(shè)備的保養(yǎng)、維護(hù)與檢修方面,無法與用電設(shè)備規(guī)模及用電負(fù)荷快速增長相匹配,目前人們對設(shè)備的管理仍普遍采用值班人員日常人工巡檢、定期計劃性維護(hù)、事故與故障后維修的模式,一方面無法滿足目前如此龐大的用電設(shè)備管理需求,設(shè)備管理時效低、管理效果差,另一方面對用電設(shè)備的故障提前預(yù)判與干預(yù)低,設(shè)備用電事故損失仍然較高,檢修與維護(hù)的價值發(fā)揮不大。
1.2 用電安全意識不強(qiáng)
       據(jù)不*統(tǒng)計,電氣安全事故95%以上是因電氣設(shè)備運行故障及用電安全意識不強(qiáng)而引起的,例如線路老化、導(dǎo)線腐蝕、線路過載、電氣短路、散熱不佳、接觸不良、設(shè)備漏電以及不規(guī)范用電等引起電源突然斷電、電氣設(shè)備或線路燒毀、人身傷亡等用電安全事故。
對電氣設(shè)備的性能及功能不清晰,控制操作流程不熟悉,用電規(guī)范及用電安全意識薄弱,有時甚至野蠻操作,這些都是造成用電安全事故的根本的、深層次的人為原因。因此要避免或降低用電安全事故,首先要加強(qiáng)用電操作、值班維護(hù)人員的電氣知識培訓(xùn),熟悉規(guī)范、熟悉流程,提高用電安全意識。

2 用電安全要求

       為減少或避免用電安全事故的發(fā)生,設(shè)備終端用戶及用電維護(hù)人員應(yīng)不斷提高用電素養(yǎng)、操控水平及用電安全意識,同時作為用電單位也應(yīng)當(dāng)制定并不斷完善用電規(guī)程及管理手段,國家與地方政府相關(guān)職能部門也應(yīng)加大力度制定并推廣安全用電的相關(guān)法律與規(guī)章制度。從人的因素方面來杜絕用電安全事故是必要的但又是非常有限的,規(guī)則與制度再完善,運維人員再嚴(yán)謹(jǐn),也難免有失誤與犯錯的時候,如何*地、從根本上解決安全用電的問題,還是需要借助的技術(shù)、裝備及控制系統(tǒng)來實現(xiàn),利用當(dāng)前的自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、多形式組網(wǎng)技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù),構(gòu)建完善的用電安全監(jiān)控系統(tǒng),不僅使用電更加安全,而且使得用電更加經(jīng)濟(jì)、優(yōu)化與智慧。

3 安全用電監(jiān)控系統(tǒng)

       安全用電監(jiān)控系統(tǒng)是基于多種通信方式,采用大數(shù)據(jù)分析、在線監(jiān)測技術(shù),通過現(xiàn)場監(jiān)控模塊、傳輸模塊等數(shù)據(jù)采集測控傳感終端,將用電側(cè)電氣安全數(shù)據(jù)通過完善的網(wǎng)絡(luò)層實時傳送至監(jiān)控應(yīng)用平臺,后臺應(yīng)用系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運算,準(zhǔn)確作出故障預(yù)警并提出安全運行智能策略。安全用電監(jiān)控系統(tǒng)采用三層架構(gòu),即終端設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層及監(jiān)控平臺層,如圖1所示。
 
3.1 終端設(shè)備層
       終端設(shè)備層即底層設(shè)備層,包括配電設(shè)備、開關(guān)、電動機(jī)、變壓器、空調(diào)、照明電器等用電設(shè)備,以及電流電壓互感器、剩余電流互感器、溫濕度測控裝置、電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器、無線透傳終端等用電采集裝置,如圖2所示。
       終端設(shè)備層采集裝置實時監(jiān)控用電終端設(shè)備的電流、電壓、功率、頻率及功率因數(shù)等運行電量參數(shù),設(shè)備儲能、合閘、分閘、連接及試驗等工作狀態(tài),以及溫度、濕度、氣體等運行環(huán)境,實時傳送到上層系統(tǒng),同時接受上層控制指令,完成設(shè)備的用電控制操作。
3.2 通信網(wǎng)絡(luò)層
       終端設(shè)備層采集到用電設(shè)備的運行電量參數(shù)、電能質(zhì)量、工作狀態(tài)及運行環(huán)境等數(shù)據(jù),通過布置在通信網(wǎng)絡(luò)層的串口服務(wù)器、無線路由器、智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,上傳至系統(tǒng)監(jiān)控平臺層,或轉(zhuǎn)發(fā)至其他監(jiān)控設(shè)備。
       通信網(wǎng)絡(luò)層組網(wǎng)方式靈活,根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備布局及特點,既可以采用有線聯(lián)接方式,如ADSL連接、有線寬帶連接、光纖連接等,也可以采用無線通信[6]方式,如WLAN連接(WiFi接入)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接(GPRS、CDMA、WCDMA、TD-LTE)、終端物聯(lián)網(wǎng)連接等,為終端設(shè)備的用電數(shù)據(jù)測控提供更多方便與實用性。
3.3 監(jiān)控平臺層
       監(jiān)控平臺層對采集到的設(shè)備運行狀態(tài)、電量運行參數(shù)及環(huán)境狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行存儲、分析與決策,準(zhǔn)確獲取用電設(shè)備的運行狀態(tài)與健康狀況,并有效進(jìn)行事故預(yù)警或安全隱患提示。在感知設(shè)備不安全運行情況下,監(jiān)控平臺較短時間將用電安全隱患通過本地聲光、手機(jī)APP、電話、手機(jī)短信等多種方式提醒用戶,及時發(fā)現(xiàn)電氣隱患,預(yù)防火災(zāi)發(fā)生,如圖3所示。
3.4 安全用電監(jiān)控
       安全用電監(jiān)控系統(tǒng)采用以太網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等多種通信技術(shù),實時采集并存儲電氣系統(tǒng)的運行狀態(tài)、電量運行參數(shù)及環(huán)境狀態(tài)參數(shù),對引發(fā)電氣火災(zāi)的設(shè)備過載運行、線路絕緣降低漏電等導(dǎo)致導(dǎo)線溫升與老化,電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量差,諧波高、電壓突變等引起設(shè)備絕緣故障并損壞等因素,進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析,實時發(fā)現(xiàn)電氣線路和用電設(shè)備存在的安全隱患,經(jīng)應(yīng)用平臺大數(shù)據(jù)分析,準(zhǔn)確捕獲用電設(shè)備運行狀態(tài),并較短時間向運維人員推送報警信息,從而達(dá)到消除電氣火災(zāi)隱患,防患于未然的目的。
       普通的電氣監(jiān)控系統(tǒng),功能主要集中于電氣設(shè)備在線運行過程中的電流、電壓、有功、無功、頻率、功率因數(shù)等電氣量監(jiān)測、設(shè)備的工作狀態(tài)以及正常分合閘控制。安全用電監(jiān)控系統(tǒng)除了包含普通監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備運行過程的監(jiān)控功能外,還包括設(shè)備運行前的狀態(tài)檢測、運行中非安全因素預(yù)判以及故障后的分析與處理功能,從而切實保證了整個系統(tǒng)的用電安全。某人民銀行項目用電安全監(jiān)控系統(tǒng)功能如圖4所示。
       設(shè)備投入運行前的線路絕緣水平、電力系統(tǒng)電能質(zhì)量及設(shè)備自身耐壓狀況等預(yù)先檢測,避免設(shè)備帶故障投運。運行過程中在線實時監(jiān)測開關(guān)樁頭溫度、絕緣件局放狀況及供電質(zhì)量,若出現(xiàn)開關(guān)溫度過高,絕緣水平降低,中性點電流、電壓超過設(shè)定值,單相負(fù)載過重或某相電壓閃絡(luò)、瞬降等現(xiàn)象發(fā)生,安全監(jiān)控系統(tǒng)及時斷開不安全點,保障整個系統(tǒng)的正常運行。不可避免的人為操作或外界雷擊等原因造成系統(tǒng)短路跳閘,安全監(jiān)控系統(tǒng)較短時間發(fā)出報警,隔離故障區(qū)域,并作出故障維修策略。
       監(jiān)控系統(tǒng)平臺對獲取的用電狀態(tài)大數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析及深度挖掘,從之前的事故描述、隱患提示,進(jìn)一步做到事故原因分析及解決措施建議,建立起一套行之有效的預(yù)警機(jī)制[9]及處理機(jī)制,提供給管理層進(jìn)行維修方案制訂、設(shè)備管理流程優(yōu)化,從而實現(xiàn)安全用電的全周期管理。

4 應(yīng)用案例

4.1 項目基本情況
       本項目為長沙某人民銀行配電室用電安全監(jiān)控系統(tǒng)工程,配電設(shè)備由1套電源進(jìn)線柜,1套母線PT柜及3套負(fù)載控制柜組成。系統(tǒng)采用單電源供電,負(fù)載包括2臺電力變壓器及1臺電動機(jī)。為確保電源正常供電及負(fù)載的穩(wěn)定可靠運行,減少停電及用電安全事故損失,特在原有設(shè)備基礎(chǔ)上配置安全用電監(jiān)控系統(tǒng),如圖5所示。
4.2 功能實現(xiàn)
       該安全用電監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了設(shè)備投運前安全檢測、用電運行中的安全監(jiān)控及用電故障的安全分析與策略輸出。
       進(jìn)線電源接入到TMY母線前,WPMC電能質(zhì)量監(jiān)測裝置通過PT1電壓互感器監(jiān)測供電源質(zhì)量,DQ01絕緣監(jiān)測裝置檢測線路及開關(guān)設(shè)備絕緣水平,滿足送電要求時,監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)合閘命令至HZA多模塊測控裝置,將QF1斷路器合閘,母線系統(tǒng)受電。母線電源輸出到負(fù)載前,DQ01絕緣監(jiān)測裝置需要通過LT1、LT2或LT3零序CT檢測線路及開關(guān)設(shè)備絕緣水平,滿足安全要求時,監(jiān)控系統(tǒng)通過HZA多模塊測控裝置,將對應(yīng)QF2、QF2或QF3斷路器合閘,負(fù)載安全受電運行。
       負(fù)載正常運行過程中,監(jiān)控系統(tǒng)通過CG2無線測溫裝置實時在線監(jiān)測各斷路器進(jìn)出線樁頭的溫度,當(dāng)溫度超過設(shè)定值或三相不平衡等異常情況時,HZA測控裝置分?jǐn)鄬?yīng)故障回路。同時系統(tǒng)也通過PT2母線PT、CT1—CT4回路電流互感器實時監(jiān)測電源質(zhì)量及負(fù)載運行參數(shù)狀態(tài),DQ01絕緣監(jiān)測裝置監(jiān)測每一回路的線路及設(shè)備的絕緣水平,系統(tǒng)不斷統(tǒng)計與分析,及時發(fā)現(xiàn)隱患,通過HZA測控裝置隔離相應(yīng)故障回路。
       當(dāng)不可控因素引起用電安全事故發(fā)生后,監(jiān)控系統(tǒng)首先發(fā)出報警,分?jǐn)鄶嗦菲鞲綦x對應(yīng)故障點,并作出安全維修處理策略。
4.3 監(jiān)控效果
       與之前的用電安全狀況對比,人民銀行通過配置安全用電監(jiān)控系統(tǒng)起到明顯的安全監(jiān)控效果,不僅降低了用電安全事故頻率,減少了安全事故損失,而且確保了設(shè)備的正常可靠運行。主要體現(xiàn)在:
       1)之前平均每月1~2次的系統(tǒng)送電線路或設(shè)備故障,通過預(yù)先安全檢測并排除后,基本可靠投運。
       2)設(shè)備運行中,過去經(jīng)常出現(xiàn)因某一變壓器或電動機(jī)故障,引起線路與設(shè)備燒毀,并造成整個配電系統(tǒng)停電,通過配置安全監(jiān)控系統(tǒng)后,設(shè)備與線路的安全隱患預(yù)先發(fā)現(xiàn)并隔離,杜絕了安全事故的發(fā)生并保證了其他負(fù)載的正常運行。故障回路修復(fù)后需再次通過安全檢測才能接入母線系統(tǒng)。
       3)隱患回路排查及安全事故處理,從過去的人為盲目低效進(jìn)行,在安全監(jiān)控系統(tǒng)提供的策略指導(dǎo)下,變得更加高效、有的放矢,也降低了相關(guān)費用。

5安科瑞安全用電云平臺功能介紹及選型

5.1 安科瑞安全用電云平臺介紹
       Acrelcloud-6000安全用電云管理系統(tǒng)能夠?qū)κS嚯娏鳌⒃O(shè)備溫度、故障電弧等電氣故障進(jìn)行實時監(jiān)控、記錄,并且通過云端的遠(yuǎn)程控制。設(shè)備與云端的通訊方向不受限制,能上傳數(shù)據(jù)、透傳指令,并時間顯示實時狀態(tài)。通過對上傳至云端的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,為用戶提供火災(zāi)隱患的相關(guān)數(shù)據(jù),能夠及早的發(fā)現(xiàn)問題并實施排查,避免火災(zāi)的發(fā)生。另一方面,云平臺提供超大容量的信息儲存及穩(wěn)定的服務(wù),提升了服務(wù)質(zhì)量,對用戶的長遠(yuǎn)發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。此外,該系統(tǒng)通過集中監(jiān)控,使得數(shù)據(jù)通過每個節(jié)點的4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端集中式管理和監(jiān)控,主控端布置于城市消防大隊,從而能夠?qū)Σ杉男畔⑦M(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理。
平臺的整體結(jié)構(gòu)圖
       具體功能如下:
       (1)安全用電監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)包含安全用電管理云平臺、電腦終端顯示系統(tǒng)、手機(jī)APP、漏電探測器、漏電互感器、電流互感器等。
       (2)安全用電監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)平臺能展示剩余電流、溫度、電流等電氣安全參數(shù)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)及變化曲線、歷史數(shù)據(jù)與變化曲線、實時報警數(shù)據(jù)等,能實時顯示現(xiàn)場服務(wù)次數(shù)、排除隱患數(shù)、未排除隱患數(shù)、報警未處理數(shù)、常規(guī)巡檢及產(chǎn)品維護(hù)等數(shù)據(jù),監(jiān)管數(shù)據(jù)能保存十年以上。
       (3)手機(jī)APP軟件同時具有IOS版本和安卓版本,能通過手機(jī)APP對每條報警記錄進(jìn)行呼叫,便于緊急情況下能盡快通知用電單位。
       (4)能對各個單位及設(shè)備的電氣安全運行情況進(jìn)行自動統(tǒng)計和分析評估,并隨時展示電氣安全運行分析報告。
       (5)監(jiān)控探測終端產(chǎn)品滿足國家法律法規(guī)和有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(GB14287.2《剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》和GB14287.3《測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》)的要求,并通過國家消防產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測檢驗中心提供的消防3C認(rèn)證。
       (6)漏電探測器能同時探測剩余電流、四路溫度、三相電流等參數(shù)值,并能通過無線以移動通訊網(wǎng)絡(luò)接入安全用電監(jiān)管系統(tǒng)平臺。
5.2  產(chǎn)品選型
5.2.1 漏電火災(zāi)監(jiān)控探測器
5.2.2 故障電弧探測器
       安科瑞故障電弧產(chǎn)品型號代碼為AAFD,共有兩種電流等級,可監(jiān)測回路故障電弧的發(fā)生,并及時預(yù)警,提醒用戶處理,防止電弧導(dǎo)致的火災(zāi)的發(fā)生。
       AAFD可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺,該產(chǎn)品不可在同一臺AF-GSM400下與ARCM混接。如圖:
5.2.3 限流式保護(hù)器
       安科瑞限流式保護(hù)器型號代碼為ASCP200-1,有三種電流等級,可監(jiān)測回路短路過載等故障信息,發(fā)生故障時預(yù)警和產(chǎn)生滅弧效果,防止電弧導(dǎo)致的火災(zāi)的發(fā)生。
       ASCP200-1可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺,也能夠通過插入SIM卡直接上傳到平臺。
       以下是ASCP200-1的主要功能:
       短路保護(hù)功能。保護(hù)器實時監(jiān)測用電線路電流,當(dāng)線路發(fā)生短路故障時,能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護(hù),并發(fā)出聲光報警信號。
       過載保護(hù)功能。當(dāng)被保護(hù)線路的電流過載且過載持續(xù)時間超過動作時間(3…60秒可設(shè))時,保護(hù)器啟動限流保護(hù),并發(fā)出聲光報警信號。
       表內(nèi)超溫保護(hù)功能。當(dāng)保護(hù)器內(nèi)部器件工作溫度過高時,保護(hù)器啟動超溫限流保護(hù),并發(fā)出聲光報警信號。
       過、欠壓保護(hù)功能。當(dāng)保護(hù)器檢測到線路電壓過壓或欠壓時,保護(hù)器發(fā)出聲光報警信號,可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。
       配電線纜溫度監(jiān)測功能。當(dāng)被監(jiān)測線纜溫度超過報警設(shè)定值時,保護(hù)器發(fā)出聲光報警信號,可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。
       漏電流監(jiān)測功能。當(dāng)被監(jiān)測的線路漏電超過報警設(shè)定值時,保護(hù)器發(fā)出聲光報警信號,可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。
       保護(hù)器具有1路RS485接口,1路2G無線通訊,可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
5.2.4 剩余電流互感器
5.2.5 AF-GSM400-2G/4G無線上傳模塊
       AF-GSM400-2G/4G/CE模塊是一款2G/4G有線無線模塊,該無線模塊為安全用電云平臺專用模塊。
       AF-GSM400接入每塊儀表所需流量為20M/月,單個模塊可以接入30塊儀表。默認(rèn)上傳間隔2分鐘,如發(fā)生報警,會實時上傳數(shù)據(jù)。
5.2.6 溫度傳感器
       溫度傳感器為一熱敏電阻NTC,它提供0-120°的溫度監(jiān)控基準(zhǔn),可以用來監(jiān)測線纜或配電箱體的溫度,提供溫度保護(hù)。

6 結(jié)論

       本文從當(dāng)前用電的安全現(xiàn)狀出發(fā),闡述了當(dāng)前用電安全事故頻發(fā),以及無處不在的安全隱患。加強(qiáng)電器設(shè)備使用管理,提高用電安全意識,規(guī)范操作流程等常規(guī)措施手段,能在一程度上緩解用電安全狀態(tài)。為從根本上消除安全用電隱患,本文有針對性地提出了基于多種通信技術(shù)的安全用電監(jiān)控應(yīng)用方案,實時全面采集用電狀態(tài)及運行信息,借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù),深入信息挖掘,分析用電安全事故原因,并預(yù)電故障狀態(tài),從根本上解決了用電安全問題。然而本文中對安全隱患的預(yù)測機(jī)制還屬于不斷學(xué)習(xí)與積累的過程,為提供更全面更可靠的分析預(yù)警策略,將是下一階段研究的方向與課題。
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