智能配電系統(tǒng)在港口工程中的應(yīng)用

袁耀

（山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

1 引言

港口工程具有規(guī)模大、用電設(shè)備多、耗電量大，用電管理復(fù)雜的特點(diǎn)，因而，對(duì)港口工程的用電情況和配電系統(tǒng)的研究格外重要。傳統(tǒng)港口工程的供配電系統(tǒng)大多采用電子儀表計(jì)量用電情況，需要專業(yè)人員定期或者不定期地查看電度等電量參數(shù)，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力，且可靠性和準(zhǔn)確度不高，不利于管理人員及時(shí)掌控整個(gè)港區(qū)的用電情況，并且當(dāng)某個(gè)用電設(shè)備出現(xiàn)故障或者操作不當(dāng)時(shí)，只能人工排查故障，發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題不及時(shí)，具有安全隱患，影響生產(chǎn)效率。隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，智能配電系統(tǒng)得到廣泛的關(guān)注。智能配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是將先進(jìn)的自動(dòng)化測(cè)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)融入到傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)整個(gè)港口的供用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，智能控制，提高了港口企業(yè)用電管理的自動(dòng)化水平和管理質(zhì)量，通過(guò)實(shí)時(shí)讀取電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對(duì)電力能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，最大程度地降低用能成本，節(jié)約能源。

2 工程概況

本工程建設(shè)8 個(gè)1000 噸級(jí)泊位，泊位總長(zhǎng)度810m，新建錨位長(zhǎng)度250m。設(shè)計(jì)通過(guò)能力為690 萬(wàn)噸/年，其中集裝箱7.7 萬(wàn)TEU/年，主要貨種為糧食、焦炭、礦建材料、木片、鋼材及集裝箱等。根據(jù)總平面布置、供電設(shè)備及其他用電負(fù)荷的分布情況，本工程新建2 座變電所。1#變電所位于本工程輔建區(qū)，主要為綜合辦公樓、宿舍樓、餐廳、維修保養(yǎng)間、工具庫(kù)、糧食倉(cāng)庫(kù)、件雜貨倉(cāng)庫(kù)等生產(chǎn)生活建筑物用電設(shè)備供電，2#變電所位于堆場(chǎng)區(qū)靠近碼頭前沿的負(fù)荷中心處，主要為碼頭堆場(chǎng)的機(jī)械用電設(shè)備以及照明設(shè)備供電，其中門座起重機(jī)和軌道式龍門起重機(jī)采用10kV 高壓供電，其余采用380V/220V 低壓供電。港區(qū)采用2 路10kV 高壓進(jìn)線，引入到2#變電所，再?gòu)?#變電所引入到1#變電所，配電電壓為10kV，低壓配電電壓為0.4/0.23kV，供電頻率為50Hz。變電所高壓采用單母線分段運(yùn)行，兩段母線互為備用，正常情況下只有一路運(yùn)行，當(dāng)其中一段母線檢修或故障時(shí)，另外一回路帶本所全部負(fù)荷，設(shè)計(jì)供電容量約為20000kW。

3 智能配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)方案

本項(xiàng)目變電所設(shè)計(jì)為無(wú)人值班，值班人員主要集中在綜合樓控制室，在綜合樓設(shè)置一套電力監(jiān)控系統(tǒng)中心，在各變電所高、低壓開(kāi)關(guān)柜、無(wú)功補(bǔ)償柜、變壓器、直流屏等部署數(shù)據(jù)采集器以及帶通訊口的智能表計(jì)、微機(jī)保護(hù)裝置、煙感探測(cè)器、溫濕度探測(cè)器等，集中采集、存儲(chǔ)港區(qū)用電設(shè)備的電力運(yùn)行數(shù)據(jù)以及動(dòng)環(huán)等數(shù)據(jù)，并遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控管理遙控各開(kāi)關(guān)柜的斷路器及隔離開(kāi)關(guān)的分合閘操作和變壓器分接頭檔位的調(diào)節(jié)操作，實(shí)現(xiàn)了港口用電自動(dòng)化管理。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)采取分布式數(shù)據(jù)采集+集中監(jiān)管平臺(tái)的架構(gòu)模式，按照功能分層，則可劃分為系統(tǒng)管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層，具體的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示：

圖1 智能配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.1 系統(tǒng)管理層

系統(tǒng)管理層主要由電力監(jiān)控軟件、主機(jī)、打印機(jī)等設(shè)備組成，主控層監(jiān)控軟件系統(tǒng)主要采用基于Client/Server（客戶機(jī)/服務(wù)器）模式的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、功能分布的體系結(jié)構(gòu)，可靠性高，維護(hù)方便，擴(kuò)展性強(qiáng)，能充分利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各部分的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)互通和上傳和信息資源的高度共享，并提供友好的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)視和管理功能。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)通訊層

本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊層主要由以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、光纖收發(fā)器、光纜和通訊電纜等設(shè)備及通信線路組成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理層和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層之間的數(shù)據(jù)交換。本工程建設(shè)2 座變電所，2#變電所為主站，1#變電所為子站，根據(jù)所接入具體的設(shè)備配置一臺(tái)智能通信管理機(jī)，采用高可靠硬件平臺(tái)和嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)、多個(gè)后臺(tái)系統(tǒng)同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的復(fù)雜應(yīng)用和詳細(xì)存儲(chǔ)帶有時(shí)標(biāo)的事件順序記錄功能，并預(yù)留遠(yuǎn)期設(shè)備接入接口。通訊管理機(jī)將各種保護(hù)監(jiān)控裝置采集后輸出TCP/IP 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，以太網(wǎng)信號(hào)上傳給工業(yè)環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)，然后通過(guò)專用智能網(wǎng)上傳到后臺(tái)監(jiān)控站。

3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層

本系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層主要由綜合保護(hù)裝置、電力參數(shù)測(cè)量裝置、電能質(zhì)量監(jiān)控裝置和電氣回路監(jiān)控單元組成，實(shí)現(xiàn)各配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息的采集的功能，通過(guò)通訊接口接入現(xiàn)場(chǎng)總線。整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層分高低壓兩部分，高壓部分分保護(hù)和監(jiān)控，低壓主要以監(jiān)控計(jì)量為主。需要配置的裝置配置為 ：①微機(jī)保護(hù)裝置，通過(guò)RS-485 接口接入高壓配電柜的微機(jī)保護(hù)，進(jìn)行高壓配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，開(kāi)關(guān)量狀態(tài)的采集，保護(hù)裝置的動(dòng)作信息等；②智能儀表裝置，通過(guò)RS-485 接口接入低壓配電柜的智能儀表，進(jìn)行低壓配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，并對(duì)低壓開(kāi)關(guān)柜和母聯(lián)柜具有遙控、遙測(cè)、遙信功能；③干式變壓器溫控器裝置，進(jìn)行變壓器超溫報(bào)警和高溫跳閘信號(hào)，進(jìn)行變壓器的溫度監(jiān)視及強(qiáng)冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行監(jiān)視；④直流屏監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流屏運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)采集直流屏的母線正負(fù)電壓、母線電壓低、電池電壓高、直流母線接地等信號(hào)，通過(guò)直流屏的通訊口接入系統(tǒng)，把數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控主機(jī)；⑤無(wú)功補(bǔ)償監(jiān)測(cè)裝置：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)，通過(guò)通訊接口接入系統(tǒng)。

3.2.4 運(yùn)行結(jié)果

本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，界面友好，運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行界面如下圖所示，實(shí)現(xiàn)了以下功能：

（1）電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)；

（2）各開(kāi)關(guān)柜斷路器的遠(yuǎn)程控制；

（3）電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量管理；

（4）故障報(bào)警和事件管理；

（5）電力系統(tǒng)的能耗管理；

（6）電力系統(tǒng)的用戶管理、數(shù)據(jù)管理以及報(bào)表管理。

圖2 智能配電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜監(jiān)測(cè)圖

圖3 智能配電系統(tǒng)變壓器監(jiān)測(cè)圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)傳統(tǒng)港口工程的供配電系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)需要耗費(fèi)大量的人力、精力的問(wèn)題，提出了一種先進(jìn)高效、綠色智能的配電系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)的總體架構(gòu)和功能分析進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。本系統(tǒng)已在該港口穩(wěn)定運(yùn)行了一段時(shí)間，具有很高的可靠性和實(shí)用性，實(shí)現(xiàn)港區(qū)的電力系統(tǒng)透明化，提高了港區(qū)供電系統(tǒng)的安全性，可靠性和管理化水平，為企業(yè)帶來(lái)了很好的經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。