厂用电智能化系统智能化改造方案研究

厂用电智能化系统智能化改造方案研究

郑小刚1张越1徐伟康2宋征祥2邵国栋2

（1.华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司杭州313302；

2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司杭州311122）

摘要：针对目前国内相关抽水蓄能电站厂由于用电系统老化而产生配电故障，基于相关分析软件做了系统潮流负荷诊断和短路故障诊断，设计了一套厂用电智能化系统。通过在华东某电厂测试，结果表明该智能化系统可以实现能效管理和设备管理功能、设备老化管理功能、数据网络实时监测以及危机管理等功能。

关键词：厂用电；潮流分析；短路诊断；智能化系统

1引言

目前，我国大部分厂用电设施陈旧，供电的可靠性也有待加强，配电网故障经常发生在用电过程中，特别是在运行年限较久以及动作频繁的节点上[1]。为确保供电系统安全稳定运行，必须要构建有效的故障诊断系统，使厂用电系统发生故障时，能获取采取最优的保护动作，并自动完成对故障的快速切除、报警、预处理以及数据记录等工作。同时，根据数据采集监控系统搜集出保护装置和开关变位信息，结合电网运行维护单位所提供的分析结果做出最后的故障分析、修复及报告。

目前，响应国家“十二五”用电规划调整的安排，相关科研单位和各大高校也相继开展了相关电站厂用电系统智能化的研究。以国内高校为主导的相关厂用电智能系统研发工作，主要集中于相关优化和智能算法研究[2]，目前比较广泛的故障诊断方法有：基于专家系统的故障诊断方法[3-5]、基于人工神经网络的故障诊断方法[6-7]、基于贝叶斯网络的故障诊断方法[8-9]等。受限于实际条件和环境的影响，以高校科研单位为主导的工厂智能用电系统研发工作及其成果更多局限于仿真和实验室阶段，实际的工程领域应用较少。

本文针对以上的情况，设计了抽水蓄能电站厂用电智能化系统。该系统可以实现能效管理和设备管理功能、设备老化管理功能、数据网络实时监测以及危机管理等。在此基础上实现抽水蓄能电站厂用电运行操作自动化、厂用电信息共享化、利用计算机仿真技术实现智能化控制。

2厂用电系统改造方案

2.1基于诊断结果的改造方案

通过对华东某电厂厂用电系统进行的全面化的潮流、短路以及故障保护分析，根据分析报告我们认为，从设计的层面来说，该常用电系统不具备发生故障的可能性，因此排除了由于设计不合理所引起的一系列故障甚至火灾的假设。根据我院多年从事水利水电相关领域设计和施工、运维的经验我们认为其故障可能主要集中在以下几个方面：

（1）部分大功率负荷过于集中。大负荷基本为异步大电机，启动时冲击电流产生电动力易造成抽屉开关接触部件机械疲劳，插头逐渐移位，接触电阻持续增大。针对这一问题，考虑大功率设备加装软启动装置降低起动电流。有些原有盘柜内布置已很紧凑增加软启等设备存在一定困难、原来的PLC程序的起动方式存在需要改进的地方、原来的设备运行多年也存在老化现象。因此对高压气机等重要设备的现地控制柜进行整体改造并优化PLC程序。

（2）设备失修老化。厂用电MNS架构老化、可靠性低、抽屉式开关触头形式属于淘汰型号、极易导致抵触不良；MNS低配柜运行多年常年受到设备起动电流的冲击及设备老化出现触头松动对设备正常运行存在很大的隐患，配电柜更换为智能配电柜，并建立一套智能化厂用电系统，用于实时监控及预警。

针对厂用电接地保护接线零乱，存在多点接地现象，导致有关保护拒动，存在保护整定值过大或高低压侧整定值不合理等问题，应当优化地下厂房公用配电盘负荷设置，新增一段公用配电盘，将空调、高压气机等大负荷设备独立供电，降低大负荷盘柜故障的影响面，便于实现400V母线进线开关的保护整定。

需要说明的是：MNS低配柜用电覆盖面较广如改造时停电对电厂的发电会造成影响，因此要结合天荒坪抽蓄电站的检修计划进行改造。

（3）智能化水平过低，对于故障无法实时监测、及时报警

厂用电保护整定较乱，级配无法整定，厂用电运行时关键参数如电压、电流、温度等监测手段缺乏，实际参数性质缺乏监测。针对这一问题，基本改造方案是增加最新的智能化设备，为抽水蓄能电站厂用电配备更加先进、可靠、集成的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基础，自动完成信息采集、测量、控制、监测等基本功能，并且可实时自动控制、智能调节、在线分析等的高级功能的厂用电。

2.2智能化网络架构方案

厂用电智能化系统更加关注配电开关设备的运行安全，可靠性，希望对其运行的状况实时进行监控，并且提供预报警的功能，实时发送信息；并通过专用网关实现本地设备的远程运维及能效管理。系统拓扑图如1所示。

图1智能系统拓扑结构

系统分站控管理层、网络通讯层以及现场设备层三层结构模型。系统由云服务器、监控主机、人机界面，通讯事务器、网关模块等设备组成。为了有效进行监控管理，监控主机必须采用高可靠、高稳定的工业计算机。监控主机与各网络设备通讯，完成实时数据采集和控制，同时提供网络服务。

结合目前国内外成熟可靠的技术及产品，在工业互联概念基础上，我们使用了低压配电智能系统。低压配电智能系统是集硬件、软件、服务于一体的整体解决方案，可实现能效管理和设备管理。根据系统的情况，灵活的组件方式，可通过采集测量、智能互联、节能增效三步实现智能用电。系统实现了：

（1）能效管理和设备管理功能。通过断路器通信方案，可全面采集电气信息（电流、电压、电能、电网质量等）、设备状态信息、设备事件记录、设备信息（型号、序列号、固件版本等），及时获取故障预警、报警通知，远程控制断路器开合，同时实现能效管理和设备管理功能。

（2）设备老化管理。基于断路器运行数据和环境状况，对断路器触头磨损，电气磨损、机械寿命、环境老化等方面进行分析管理，提供预防性维护指导和计划。增加温度、湿度传感器探头，通过接收装置的通信模块将信息传递至后台监控系统，实现实时监控及超限报警。

（3）网络及危机管理。发生故障时，及时通过邮件或短信方式报警，并对故障进行分析诊断，针对不同故障提供不同逻辑决策树，指导运维人员逐步排除故障，安全快速恢复供电。

（4）系统简单灵活，兼容性强。可根据客户需求和预算，灵活搭建系统，进行硬件、软件和服务自由组合；硬件部分可以与第三方软件（如电力监控系统，能效管理系统）兼容；同时低压配电智能系统也可以与BA、MES、EMS等系统无缝集成。

3结论

本文建立智能化厂用电系统，该系统可以实现能效管理和设备管理功能、设备老化管理功能、数据网络实时监测以及危机管理等。在此基础上实现抽水蓄能电站厂用电运行操作自动化、厂用电信息。抽水蓄能电站作为电力系统安全稳定经济运行的重要调节工具，在电网中主要承担调峰、调频、调相和事故备用等任务，具有尤其明显的节能减排效益。但是，由于抽水蓄能电站在中国起步较晚，而且存在机组运行工况多、启停极为频繁、电厂用电设备数量多且功率大、计算机监控系统复杂等特点，因此，对抽水蓄能电站的厂用电结构、影响因素、厂用设备用电规律及运行特性、考核方式等进行研究，建立抽水蓄能电站厂用电智能化系统具有重要的现实意义，可以为抽水蓄能电站厂用电考核、管理和分析工作提供科学合理的依据，有利于促进抽水蓄能电站厂用电的精细化考核管理，提高节能管理水平及资源优化配置能力、提高电站经营运行效益。

参考文献

[1]赵伟.电力系统多区域复杂故障诊断的研究[D].北京：中国电力科学研究研究，2006.

[2]边莉，边晨源.电网故障诊断的智能方法综述[J].电力系统保护与控制，2014，42（3）：146-153.

[3]LeeHJ，ParkDY，AhnBS，etal.Afuzzyexpertsystemfortheintegratedfaultdiagnosis[J].IEEETransonPowerDelivery，2000，15（2）：833-838.

[4]赵伟，白晓民，丁剑等.基于协同式专家系统及多智能体技术的电网故障诊断方法[J].中国电机工程学报，2006，26（20）：1-8.

[5]JosephGiarratano.专家系统原理与编程[M].北京：机械工业出版社，2000.20-23.

[6]罗毅，程宏波，吴浩等.一种基于小波分时灰度矩与概率神经网络的电网故障诊断方法[J].重庆邮电大学：自然科学版，2012，24（1）：121-126.

[7]刘超，何正友，杨健维.基于量子神经网络的电网故障诊断算法[J].电网技术，2008，32（9）：56-60.

[8]周曙，王晓茹，钱清泉.基于贝叶斯网的分布式电网故障诊断方法[J].电网技术，2010，34（9）：76-81.

[9]宋功益，王晓茹，周曙.基于贝叶斯网的电网多区域复杂故障诊断研究[J].电力系统保护与控制，2011，39（7）：20-25.