淺談用電監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

王孟春

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，用電設(shè)備的運(yùn)行，不僅關(guān)系到電器設(shè)備本身使用壽命，更關(guān)系到運(yùn)維人員的生命。用電設(shè)備的正確使用及運(yùn)行過程中的可靠，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)備的防護(hù)意識也不斷提高，各方面的規(guī)范也在完善，用電事故確實(shí)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)備監(jiān)控策略，實(shí)現(xiàn)了用電設(shè)備的實(shí)時在線監(jiān)測，故障報警及事故原因分析，隱患的事前預(yù)警，從根本上解決了設(shè)備用電性問題。結(jié)果表明此系統(tǒng)理論的研究與應(yīng)用對電器設(shè)備的用電及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義。

關(guān)鍵詞：用電；監(jiān)控；聯(lián)網(wǎng)；預(yù)警

       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)備用電及可靠運(yùn)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。為減少設(shè)備用電事故發(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(shí)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(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備故障的預(yù)測及報警，并提供可靠的用電策略，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定及國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。

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 用電意識不強(qiáng)

       據(jù)不*統(tǒng)計，電氣事故95%以上是因電氣設(shè)備運(yùn)行故障及用電意識不強(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)范及用電意識薄弱，有時甚至野蠻操作，這些都是造成用電事故的根本的、深層次的人為原因。因此要避免或降低用電事故，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，提高用電意識。

       為減少或避免用電事故的發(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，國家與地方相關(guān)職能部門也應(yīng)加大力度制定并推廣用電的相關(guān)法律與規(guī)章制度。從人的因素方面來杜絕用電事故是必要的但又是非常有限的，規(guī)則與制度再完善，運(yùn)維人員再嚴(yán)謹(jǐn)，也難免有失誤與犯錯的時候，如何*地、從根本上解決用電的問題，還是需要借助先進(jìn)的技術(shù)、裝備及控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，利用當(dāng)前先進(jìn)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)建完善的用電監(jiān)控系統(tǒng)，不僅使用電更加，而且使得用電更加經(jīng)濟(jì)、優(yōu)化與智慧。

       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)電氣數(shù)據(jù)通過完善的網(wǎng)絡(luò)層實(shí)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(yùn)算，準(zhǔn)確作出故障預(yù)警并提出運(yùn)行智能策略。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(shí)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(yùn)行電量參數(shù)，設(shè)備儲能、合閘、分閘、連接及試驗(yàn)等工作狀態(tài)，以及溫度、濕度、氣體等運(yùn)行環(huán)境，實(shí)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。

3.4 用電監(jiān)控

       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(shí)時采集并存儲電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、電量運(yùn)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(yùn)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(shí)時發(fā)現(xiàn)電氣線路和用電設(shè)備存在的隱患，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(yùn)行狀態(tài)，并較短時間向運(yùn)維人員推送報警信息，從而達(dá)到電氣火災(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(yùn)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。用電監(jiān)控系統(tǒng)除了包含普通監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行過程的監(jiān)控功能外，還包括設(shè)備運(yùn)行前的狀態(tài)檢測、運(yùn)行中非因素預(yù)判以及故障后的分析與處理功能，從而切實(shí)保證了整個系統(tǒng)的用電。某人民銀行項(xiàng)目用電監(jiān)控系統(tǒng)功能如圖4所示。

       設(shè)備投入運(yùn)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(yùn)。運(yùn)行過程中在線實(shí)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(diǎn)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，監(jiān)控系統(tǒng)及時斷開不點(diǎn)，保障整個系統(tǒng)的正常運(yùn)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，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(shí)現(xiàn)用電的全周期管理。

4.1 項(xiàng)目基本情況

       本項(xiàng)目為長沙某人民銀行配電室用電監(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(yùn)行，減少停電及用電事故損失，特在原有設(shè)備基礎(chǔ)上配置用電監(jiān)控系統(tǒng)，如圖5所示。

4.2 功能實(shí)現(xiàn)

       該用電監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備投運(yùn)前檢測、用電運(yùn)行中的監(jiān)控及用電故障的分析與策略輸出。

       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)載受電運(yùn)行。

       負(fù)載正常運(yùn)行過程中，監(jiān)控系統(tǒng)通過CG2無線測溫裝置實(shí)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(shí)時監(jiān)測電源質(zhì)量及負(fù)載運(yùn)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(diǎn)，并作出維修處理策略。

4.3 監(jiān)控效果

       與之前的用電狀況對比，人民銀行通過配置用電監(jiān)控系統(tǒng)起到明顯的監(jiān)控效果，不僅降低了用電事故頻率，減少了事故損失，而且確保了設(shè)備的正?？煽窟\(yùn)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)先檢測并排除后，基本可靠投運(yùn)。

       2）設(shè)備運(yùn)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，通過配置監(jiān)控系統(tǒng)后，設(shè)備與線路的隱患預(yù)先發(fā)現(xiàn)并隔離，杜絕了事故的發(fā)生并保證了其他負(fù)載的正常運(yùn)行。故障回路修復(fù)后需再次通過檢測才能接入母線系統(tǒng)。

       3）隱患回路排查及事故處理，從過去的人為盲目低效進(jìn)行，在監(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(fèi)用。

5.1 安科瑞用電云平臺介紹

       Acrelcloud-6000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(shí)時監(jiān)控、報警、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(shí)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(shí)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(diǎn)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(duì)，從而能夠?qū)Σ杉男畔⑦M(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理。

       具體功能如下：

       （1）用電監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)包含用電管理云平臺、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）用電監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)平臺能展示剩余電流、溫度、電流等電氣參數(shù)的實(shí)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(shí)時報警數(shù)據(jù)等，能實(shí)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)備的電氣運(yùn)行情況進(jìn)行自動統(tǒng)計和分析評估，并隨時展示電氣運(yùn)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(yàn)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(shí)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(shí)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(shí)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，該無線模塊為用電云平臺模塊。

       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(shí)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)。

       本文從當(dāng)前用電的現(xiàn)狀出發(fā)，闡述了當(dāng)前用電事故頻發(fā)，以及無處不在的隱患。加強(qiáng)電器設(shè)備使用管理，提高用電意識，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狀態(tài)。為從根本上用電隱患，本文有針對性地提出了基于多種通信技術(shù)的用電監(jiān)控應(yīng)用方案，實(shí)時采集用電狀態(tài)及運(yùn)行信息，借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，深入信息挖掘，分析用電事故原因，并預(yù)警和報告用電故障狀態(tài)，從根本上解決了用電問題。然而本文中對隱患的預(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。

[1] 楊躍平,王驍,項(xiàng)斌,等.智能用電管理系統(tǒng)研究[J].電力需求側(cè)管理,2014(6):39-42.

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王孟春，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橛秒娭悄鼙O(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用