杜家臺分洪閘智慧式用電監管系統設計

陳兵華

摘 要：智慧式用電監管系統是實時監控用電線路可能發生電氣危害的在線系統。文章分析了杜家臺分洪閘當前用電系統的不足，設計了針對水閘管理的智慧用電監管系統。該系統可以滿足水閘數字化、信息化的建設要求，也可以運用于其他企事業單位的智慧用電管理。

關鍵詞：杜家臺分洪閘;智慧用電;技術改造;消防監控

中圖分類號：U641 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2021）07-0079-02

我國的中小型水利工程中，有很大部分電氣系統還停留在上世紀90年代，控制監控系統陳舊，操作管理落后。在用電安全方面，電器故障以及線路老化等問題時有發生，很容易導致電氣火災發生，這對汛期發揮水利工程效益，確保人民生命財產安全是一個潛在危險。為了有效的監控用電設備的安全運行，提高水利工程運行管理水平，結合杜家臺分洪閘電氣系統實際情況，文章設計了一套由線路實時監測，配合數據傳輸模塊將數據進行采集并上報，并通過服務器對監控數據進行分析，并將異常數據進行報警推送。管理人員通過手機APP軟件實時了解管理區域電器運行情況，以便管理人員及時處理故障和隱患。

1工程概況

杜家臺分洪閘于1956年建成，為開敞式鋼筋砼結構，由30孔鋼質弧形閘門組成，采用手搖電動兩用式啟閉機，以電動為主。水閘動力系統主要配備2臺10KV變壓器、1臺備用柴油發電機組、1組GCS配電柜、5臺動力柜、30臺控制柜。

2 系統建設目標

設計杜家臺分洪閘智慧用電監管系統需結合已有電氣系統，同時還要滿足以下幾點要求，以達到系統的優化與建設。

（1）智能化管理：能對被監控設備分類分組，能對管理人員權限分級，設備運行狀況能在監控端實時顯示。

（2）火災報警：發生火災時，現場能發出明顯的聲光報警信號，同時將火災報警信息上報到遠端監控平臺。

（3）異常監測：根據線路和電氣設備的實際運行狀態設定預警值，系統根據反饋的監控信息判斷是否異常，當電流異常變化達到設定值，進行預警或斷電。

（4）溫度監測：能對關鍵設備溫度進行實時監測，并設定預警和斷電值，當系統監測溫度達到設定值時，進行預警或斷電。

（5）漏電監測：能監測系統漏電電流，當漏電電流達到設定值時，進行預警或斷電。

3 系統設計

3.1總體設計

杜家臺分洪閘智慧式用電監管系統的總體架構分為三層，分別為數據采集、數據傳輸和數據分析處理。工作原理主要是通過現場的采集器將現場的用電數據傳輸至數據處理平臺，數據處理平臺將數據推送PC客戶端和手機客戶端，專業的管理人員和監控人員將實時觀察數據，提出分析報告，作出應急反應。

該智慧用電監管系統特點是監控系統與用電系統相對獨立，安裝監控設備不會對用電設備產生干擾和額外負擔。系統通過傳感器實時采集并上傳電氣線路的剩余電流、溫度、電流、電壓、功率、頻率、電度等安全狀態參數，經平臺的綜合診斷分析，及時發現可能存在的故障隱患。系統還可以設置報警聯動設備，對用電設備進行遠程管理。工程管理人員能通過手機、PC等終端對用電設備進行實時監控管理。

總體設計框架如下：

3.2數據采集

根據杜家臺分洪閘電氣系統現狀，分別為GCS配電柜設置4套600A檢測模塊、為5臺動力柜設置5套250A監測模塊、為30臺控制柜設置30套100A監測模塊。其中每套監測模塊包括1個終端智慧用電監測模塊、1路剩余電流傳感器、3路電流傳感器、4路溫度傳感器。

安裝原理示意圖如下：

3.3數據傳輸

根據杜家臺配電系統的分布情況，所有電氣設備均在一公里范圍以內，因此可以選擇RS-485串行總線標準傳輸數據。采用RS—485優點還有：RS—485接口組成的半雙工網絡采用屏蔽雙絞線傳輸，接線簡單、價格相對經濟;RS—485的數據最高傳輸速率為10Mbps，能滿足系統要求;RS—485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗干擾能力強;RS—485接口在總線上允許連接128個收發器，能滿足系統要求。

3.4數據處理

數據處理平臺由硬件和軟件組成。硬件由一臺計算機、一臺打印機、一臺路由器、一臺交換機、一臺UPS不間斷電源組成。計算機硬件要求：CPU Intel酷睿i510400F 內存16GB 硬盤1TB;UPS不間斷電源要求2400W以上;路由器和交換機均要求千兆。

軟件主要功能包括：①實時監控：直觀、全面實時顯示線路監測參數，如線路電流、剩余電流、環境溫度等。②報警提醒：在監控端顯示報警提示信息。③記錄歷史數據：根據設定記錄設備運行狀態及數據，通過查詢和分析能排查出線路可能存在的隱患和故障。④短信或郵件自動提醒：平臺可根據需求定制提醒方式和內容。⑤平臺運行維護：可實時了解智慧用電監測模塊設備運行狀態，出現故障后通知管理人員及時處理。⑥系統遠程升級與維護：不斷增強系統功能;保證系統穩定運行。

3.5設備安裝

為保證監控設備處于良好的工作狀態，準確采集監控數據，安裝時須嚴格按照相關標準和要求進行安裝，以免采集數據錯誤或設備損壞。1、如配電柜內剩余空間狹小，新增的采集模塊可以安裝在配電柜內的側方，采用螺絲和導軌安裝固定。2、安裝剩余電流傳感器時，配電柜內的相線和零線都需要斷電整理核實分組。3、原有配電柜內每路零線都需要增加相應型號的零線引入互感器后重新安裝在專用的零排上。

4系統的管理運用

智慧式用電監管系統由計算機軟件系統和技術含量較高的數據采集設備組成，因此要求操作與監控須由電腦操作熟練及有一定現場工作經驗的工程技術人員來擔任。監管系統只在原有電氣系統上增加傳感器，不會因增加設備而影響原系統穩定性。監管系統能將設備運行狀態和數據能實時直觀地展示給工程管理人員，方便了管理，系統用電更加安全，從而達到讓杜家臺分洪閘安全可靠運行的目的。

5 結語

杜家臺分洪閘智慧式用電監管系統，能實時監控管理水閘電氣線路的工作狀態和運行參數，并通過平臺實時地展示給管理人員，管理人員通過PC或手機等智能終端就能實現對用電系統的透明化監控管理。該系統也是實現“智慧水利”的重要一環，能保證水閘用電系統的安全運行，提高水閘管理水平。同時該系統也能為其他企事業單位的智慧用電系統建設提供參考。

參考文獻：

[1] 民用建筑電氣設計規范 （JGJ16-2008）.

[2] 中華人民共和國公共安全行業標準（GA/T70-2004）.

[3] 智能建筑設計標準 （GB/T50314-2012）.

[4] 電氣裝置安裝工程1KV及以下配線工程施工及驗收規范 （GB50258-96）.

[5] 電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規范 （GB50168-2006）.

[6] 電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范 （GB50169-2006）.

[7] 黃干祥.杜家臺分洪控制系統改造和遠程監控設計 水利規劃與設計 2014，06：76-78，86.

[8] 董博文，張生權，王惠平. 杜家臺分洪閘閘門微機集控系統研究 人民長江 1997，07：25-27，48.