智能化低壓配電系統的發展及應用

郝蘭英（青島港灣職業技術學院，山東 青島 266404）

0 引 言

人們的生活水平不斷提高，對電力系統提出了更高的要求。隨著我國電網覆蓋的范圍越來越大，傳統的配電系統運行和維護措施已經無法滿足國家電網發展的要求。供配電設備作為用電的基礎設施，僅僅依靠傳統的安全檢測手段，事后檢修和預先設定周期性定期檢修都已不能滿足現代化用電安全和用電質量的保證。因此，應大力促進電網智能化建設，以提高電力的可靠性、城鄉供電能力及供電安全水平。配電設備的在線監測及狀態檢修是配電網智能化的重要組成部分。在線監測即是通過在配電設備上裝設各種檢測儀表對配電設備的運行狀況進行實時、連續的自動檢測，通過軟件對監測數據進行分析處理診斷，最終做出檢修意見[1]。

1 智能化配電系統的發展

配電設備中包括3 大板塊：6～10 kV 高壓開關設備、變壓器和0.4 kV 低壓開關設備。除了檢修時的必要停電，設備必須24 h 不間斷運行。為此，監測設備必須能在線、實時對運行的設備進行監測，實時反映設備的狀況。一旦配電設備出現異常，必須立刻進行報警，通知管理人員進行預處理，消除故障隱患，防患于未然。針對能及時發現系統及設備故障或缺陷，減少停電時間、次數和面積，實現不間斷供電，提高工作效率。目前，在國內外普遍采取以下解決方法。（1）采用大量智能檢測設備。帶485 通信功能的多功能儀表，配合斷路器脫扣線圈進行控制。此類控制方式需要在配電柜內增加大量儀表及互感器，利用上位機進行遙測、遙傳、遙控，構成復雜，實現功能簡單，但不能長期存儲相關運行記錄。（2）增加基于GPRS 的信號發射模塊進行現場電量參數的遠傳，再通過巡查人員或電工進行參數讀取和分析，最終通過人工控制斷路器通斷。此種方式存在GPRS 信號不穩定、檢測電參量不全面的問題，目前只在小部分的供電局系統使用[2]。（3）采用斷路器智能脫扣器本身加裝。藍牙模塊實現數據的遠傳和控制，此類控制方式適用于小型、專用配電系統，如風電、農網等，需要配合各個廠家專用控制軟件和手持PDA 實現，不能用在大型配電系統中。

由于目前智能組網方式存在諸多缺點，所以配電智能化始終停留在原始階段，未能形成大范圍的使用和推廣。（1）數據采集問題。數據采集是智能配電室的基礎。斷路器的數據采集一般采用智能儀表、遙測模塊以及帶通信功能的智能脫扣器這幾種方式。相對于其他兩種，集成到斷路器本體上的智能脫扣器是最方便、最節省空間的方式[3]，所以智能脫扣器的信號采集、數據計算和通信功能是關鍵。（2）網絡組成問題。配電室的主要設備可以分為進線斷路器、出線斷路器、無功補償和電動機控制幾大部分，這幾部分有可能會使用幾個品牌的產品，對于不同品牌的產品有可能會牽扯到幾個不同的工業協議，如何將不同協議的通信打通，組成需要的網絡，也是需要考慮的問題。（3）管理軟件和數據存儲問題。要想實現整個配電網絡的配合，達到預期的故障預判、故障記錄、故障分析，必須要有管理軟件進行計算和指令發布。同時，為了實現遠程數據管理，必須要有相應的客戶端程序進行遠程訪問控制，必須要有高速的網絡平臺進行數據存儲。

自愈控制技術為智能化配電網提供事前預防、事中處理和事后恢復的功能。它是在傳統繼電保護基礎上，結合自動化技術發展起來的高級配電自動化系統，主要由自愈控制主站層、通信網絡層和自愈控制層構成，如圖1 所示。分布式終端自愈控制層負責智能配電系統和配電設備的信息采集和控制。主站層根據采集數據和共享信息對智能配電網進行監控、分析決策，并提供人機交互界面。通信網絡為主站和終端之間提供良好的通信支持。以主站為核心、終端為底層、通信網絡為神經的自愈控制系統，可實現故障的快速處理，風險和隱患的識別及消除。自愈控制技術是實現配電網智能化的重要手段。

圖1 自愈控制系統框圖

2 智能化低壓配電系統的應用

近年來，以ABB 為首的多家配電巨頭開始研究全新智能斷路器和智能配網技術。通過各方面了解，以后的智能配電系統勢必要向物聯網、智能化、云存儲、大數據和預診斷等信息技術的方向發展。ABB 的Emax 2 斷路器裝配全新的Ekip Com Hub 通信模塊后，可以將整個配電柜連接至云端。只需將Ekip Com Hub 通信模塊插入到Emax 2 斷路器本體上，并連接至互聯網。如圖2 所示，Ekip Com Hub 模塊嵌入式系統架構。

圖2 Ekip Com Hub 模塊嵌入式系統架構

ABB Ability 系統可以采集安裝在低壓配電系統的ABB 產品的相關信息。這些產品可以便捷連接到云平臺，實現與Emax 2 斷路器（必須裝配Ekip Com Hub 通信模塊）的共享數據，或通過Modbus RS-485、Modbus TCP、Ekip Link 通信協議與Ekip E-Hub 共享數據。整套系統的數據采集、處理和存儲都是基于先進的云平臺架構。此外，可采用Ekip E-Hub 通信模塊的外掛式方案，如圖3 所示。Ekip E-Hub 模塊安裝在DIN 導軌上，用于采集整個系統的數據。這個系統不局限于單一品牌的電器產品，還可以最大限度地采集所需電參數。此外，還可以通過傳感器采集氣溫、濕度、PM2.5 等[4]，進一步豐富檢測內容，進一步保護后期，消除更多隱患。除了上述的有線連接，也可選擇WiFi 或GPRS 模塊實現無線連接。

采用這兩種方案可以實現以下幾種功能。

（1）監測。整套系統的設備管理功能大大簡化和加強了對低壓配電系統的管理。可以通過圖形化處理，將現場設備的使用情況和排布情況做到清晰明了，對不同的人員配置不同的訪問權限，保護系統的正常運行。通過完備的檢測功能，整個配電系統的直觀化有了很大提升。

圖3 Ekip Com Hub 模塊外掛式系統架構

（2）控制。運維人員可以根據不同權限的設置，分別對報警、管理和維保建議進行控制，充分做到按己所需，簡單直觀。此外，還可以通過各種即時通信方式或者郵件的形式，隨時隨地讓運維人員掌握系統的情況，大大減少反應的時間，壓縮前期的工作量，保證整個系統的持續性供電。這套系統還可以隨時進行電氣系統自檢，辨別異常操作，實現主動維護，避免因人員安排造成的誤操作。

（3）優化。根據系統不間斷生成的報告和記錄，分析系統運行趨勢，進行系統數據的優化，向管理者提供基于實際運行數據的改進措施。可以根據生成的優化方案，便捷地遠程控制斷路器和用電設備的投入和切除，大大降低系統能耗[5]。

3 配電智能化帶來的改變

采用全新的配電智能化系統會給人們的生產生活帶來全新的改變，可以通過不同的崗位看到不同以往的變化。

（1）最終用戶。通過點擊可以實現對能源的智能利用。首先，能通過方便獲取能效數據提升設備價值，以節省大量的現場評估費用。其次，通過控制用電設備的智能投切，保證能源使用的智能化和能效化。最后，能夠杜絕效率低下且事半功倍，系統可利用采集的信息進行分析，從而達到成本分攤和系統優化。

（2）設備管理者能夠簡化管理并減少書面工作，確保設備的可靠性。隨時隨地，1 min 采取行動。通過持續監測和采集系統數據，確保系統正常運行。出現異常狀況時會發送警報和通知，便于判斷情況并采取相應行動，從而主動及時地完成修復。支持多站點持續監測，一個維修技術人員可以同時管理多個站點。訪問電氣系統歷史數據更簡單，隨手即可保存所需的技術文檔。隨時隨地實現對整個系統的掌控，簡單點擊即可實施電能管理策略，節省大量電費開支。實時監測電氣系統并采集數據生成報告，避免因電能質量問題帶來的罰款。

（3）盤柜廠，簡單的集成式架構，提供高度擴展性和最先進的服務，避免了調試安裝升級由多種元器件組成的電能監控管理系統帶來的昂貴時間和金錢成本。此外，盤柜廠還可以持續跟蹤開關柜性能和使用歷史，并直接訪問設備技術文檔。

4 結 論

通過智能化配電系統的實施可精簡配電室維護人員，節省大量人力；提前預測故障，減少停電時間，提高生產效率；數據采用云存儲，方便隨時檢查電力運行狀態及參數，做到真正節能減排，從而解決當前智能組網存在的缺點。所以，無論是從配電系統的未來發展還是切合實際的生產生活，配電智能化是未來發展的主要方向，也會給現在的配電網絡帶來翻天覆地的變化，影響深遠。