安全用电监控系统的研究与应用
华自科技股份有限公司的研究人员周清平在2019年第7期《电气技术》杂志上撰文指出在电力系统领域用电设备的安全运行不仅关系到电器设备本身使用寿命更关系到运维人员的生命安全用电设备的正确使用及运行过程中的安全可靠一直是人们普遍关注的内容
随着用电设备自我故障保护功能的不断完善人们使用设备的安全防护意识也不断提高各方面的规范也在完善用电安全事故确实得到一定程度的减少但并没有从根本上得到遏制
本文分析了当前用电安全现状用电设备的稳定可靠对国民经济的重要性明确了用电设备使用过程中的安全性要求提出了基于多形式网络联接方式的用电设备安全监控策略实现了用电设备的实时在线监测故障报警及事故原因分析安全隐患的事前预警从根本上解决了设备用电安全性问题结果表明此系统理论的研究与应用对电器设备的用电安全及电力系统的稳定具有重要意义
随着社会经济的不断发展电力设备越来越来多用电规模也越来越来大设备用电事故也不断频发终端设备用电安全及可靠运行直接关系到整个电网系统的稳定以及操作人员的人身安全为减少设备用电安全事故发生降低事故经济损失人们从设备功能的完善性操作人员使用的规范性以及规章制度的配套性等方面不断强化然而并没有从本质上得到改善
本文论述的是基于多形式组网技术设备终端多手段采集实现用电设备的在线监控同时采用大数据技术对海量用电设备状态与运行数据进行分析实现对设备故障的预测及报警并提供可靠的安全用电策略对电力系统的安全稳定及国民经济的发展具有重要意义
1 当前普遍用电现状
1.1 落后的用电管理
近年来随着我国社会经济的高速发展城乡建设如火如荼电器设备不断增多用电负荷不断加大设备层级架构及逻辑控制也越来越繁杂然而用电设备的值班维护人员的专业素养及技能水平并没有相应提高用电安全意识不强有的用电单位甚至招聘文化水平较低的下岗工人经过简单培训就直接进行上岗作业
设备的保养维护与检修方面无法与用电设备规模及用电负荷快速增长相匹配目前人们对设备的管理仍普遍采用值班人员日常人工巡检定期计划性维护事故与故障后维修的模式一方面无法满足目前如此庞大的用电设备管理需求设备管理时效低管理效果差另一方面对用电设备的故障提前预判与干预低设备用电事故损失仍然较高检修与维护的价值发挥不大
1.2 用电安全意识不强
据不完全统计电气安全事故95%以上是因电气设备运行故障及用电安全意识不强而引起的例如线路老化导线腐蚀线路过载电气短路散热不佳接触不良设备漏电以及不规范用电等引起电源突然断电电气设备或线路烧毁人身伤亡等用电安全事故
对电气设备的性能及功能不清晰控制操作流程不熟悉用电规范及用电安全意识薄弱有时甚至野蛮操作这些都是造成用电安全事故的根本的深层次的人为原因因此要避免或降低用电安全事故首先要加强用电操作值班维护人员的电气知识培训熟悉规范熟悉流程提高用电安全意识
2 用电安全要求
为减少或避免用电安全事故的发生设备终端用户及用电维护人员应不断提高用电素养操控水平及用电安全意识同时作为用电单位也应当制定并不断完善用电规程及管理手段国家与地方政府相关职能部门也应加大力度制定并推广安全用电的相关法律与规章制度
从人的因素方面来杜绝用电安全事故是必要的但又是非常有限的规则与制度再完善运维人员再严谨也难免有失误与犯错的时候如何彻底地从根本上解决安全用电的问题还是需要借助先进的技术装备及控制系统来实现利用当前先进的自动控制技术计算机技术通信技术多形式组网技术监控技术大数据技术构建完善的用电安全监控系统不仅使用电更加安全而且使得用电更加经济优化与智慧
3 安全用电监控系统
安全用电监控系统是基于多种通信方式采用大数据分析在线监测技术通过现场监控模块传输模块等数据采集测控传感终端将用电侧电气安全数据通过完善的网络层实时传送至监控应用平台后台应用系统对采集到的数据进行分析运算精确作出故障预警并提出安全运行智能策略安全用电监控系统采用三层架构即终端设备层网络层及监控平台层如图1所示
3.1 终端设备层
终端设备层即底层设备层包括配电设备开关电动机变压器空调照明电器等用电设备以及电流电压互感器剩余电流互感器温湿度测控装置电气火灾监控探测器无线透传终端等用电采集装置如图2所示
终端设备层采集装置实时监控用电终端设备的电流电压功率频率及功率因数等运行电量参数设备储能合闸分闸连接及试验等工作状态以及温度湿度气体等运行环境实时传送到上层系统同时接受上层控制指令完成设备的用电控制操作
3.2 通信网络层
终端设备层采集到用电设备的运行电量参数电能质量工作状态及运行环境等数据通过布置在通信网络层的串口服务器无线路由器智能网关网络交换机等网络设备上传至系统监控平台层或转发至其他监控设备
通信网络层组网方式灵活根据现场设备布局及特点既可以采用有线联接方式如ADSL连接有线宽带连接光纤连接等也可以采用无线通 信[6]方式如WLAN连接（WiFi接入）数据网络连接（GPRSCDMAWCDMATD-LTE）终端物联网连接等为终端设备的用电数据测控提供更多方便与实用性
3.3 监控平台层
监控平台层对采集到的设备运行状态电量运行参数及环境状态参数进行存储分析与决策准确获取用电设备的运行状态与健康状况并有效进行事故预警或安全隐患提示在感知设备不安全运行情况下监控平台第一时间将用电安全隐患通过本地声光报警手机APP电话手机短信等多种方式提醒用户及时发现电气隐患预防火灾发生如图3所示
3.4 安全用电监控
安全用电监控系统采用以太网物联网等多种通信技术实时采集并存储电气系统的运行状态电量运行参数及环境状态参数对引发电气火灾的设备过载运行线路绝缘降低漏电等导致导线温升与老化电网系统电能质量差谐波高电压突变等引起设备绝缘故障并损坏等因素进行不间断地数据跟踪与统计分析实时发现电气线路和用电设备存在的安全隐患经应用平台大数据分析准确捕获用电设备运行状态并第一时间向运维人员推送报警信息从而达到消除电气火灾隐患防患于未然的目的
普通的电气监控系统功能主要集中于电气设备在线运行过程中的电流电压有功无功频率功率因数等电气量监测设备的工作状态以及正常分合闸控制安全用电监控系统除了包含普通监控系统设备运行过程的监控功能外还包括设备运行前的状态检测运行中非安全因素预判以及故障后的分析与处理功能从而切实保证了整个系统的用电安全某人民银行项目用电安全监控系统功能如图4所示
设备投入运行前的线路绝缘水平电力系统电能质量及设备自身耐压状况等预先检测避免设备带故障投运运行过程中在线实时监测开关桩头温度绝缘件局放状况及供电质量若出现开关温度过高绝缘水平降低中性点电流电压超过设定值单相负载过重或某相电压闪络瞬降等现象发生安全监控系统及时断开不安全点保障整个系统的正常运行不可避免的人为操作或外界雷击等原因造成系统短路跳闸安全监控系统第一时间发出报警隔离故障区域并作出故障维修策略
监控系统平台对获取的用电状态大数据进行整理分析及深度挖掘从之前的事故描述隐患提示进一步做到事故原因分析及解决措施建议建立起一套行之有效的预警机制及处理机制提供给管理层进行维修方案制订设备管理流程优化从而实现安全用电的全周期管理
4 应用案例
4.1 项目基本情况
本项目为长沙某人民银行配电室用电安全监控系统工程配电设备由1套电源进线柜1套母线PT柜及3套负载控制柜组成系统采用单电源供电负载包括2台电力变压器及1台电动机为确保电源正常供电及负载的稳定可靠运行减少停电及用电安全事故损失特在原有设备基础上配置安全用电监控系统如图5所示
4.2 功能实现
该安全用电监控系统实现了设备投运前安全检测用电运行中的安全监控及用电故障的安全分析与策略输出
进线电源接入到TMY母线前 WPMC电能质量监测装置通过PT1电压互感器监测供电源质量DQ01绝缘监测装置检测线路及开关设备绝缘水平满足送电要求时监控系统下发合闸命令至HZA多模块测控装置将QF1断路器合闸母线系统受电
母线电源输出到负载前DQ01绝缘监测装置需要通过LT1LT2或LT3零序CT检测线路及开关设备绝缘水平,满足安全要求时监控系统通过HZA多模块测控装置将对应QF2QF2或QF3断路器合闸负载安全受电运行
负载正常运行过程中监控系统通过CG2无线测温装置实时在线监测各断路器进出线桩头的温度当温度超过设定值或三相不平衡等异常情况时HZA测控装置分断对应故障回路同时系统也通过PT2母线PTCT1CT4回路电流互感器实时监测电源质量及负载运行参数状态DQ01绝缘监测装置监测每一回路的线路及设备的绝缘水平系统不断统计与分析及时发现隐患通过HZA测控装置隔离相应故障回路
当不可控因素引起用电安全事故发生后监控系统首先发出报警分断断路器隔离对应故障点并作出安全维修处理策略
4.3 监控效果
与之前的用电安全状况对比人民银行通过配置安全用电监控系统起到明显的安全监控效果不仅降低了用电安全事故频率减少了安全事故损失而且确保了设备的正常可靠运行主要体现在
1）之前平均每月1～2次的系统送电线路或设备故障通过预先安全检测并排除后基本可靠投运2）设备运行中过去经常出现因某一变压器或电动机故障引起线路与设备烧毁并造成整个配电系统停电通过配置安全监控系统后设备与线路的安全隐患预先发现并隔离杜绝了安全事故的发生并保证了其他负载的正常运行故障回路修复后需再次通过安全检测才能接入母线系统3）隐患回路排查及安全事故处理从过去的人为盲目低效进行在安全监控系统提供的策略指导下变得更加高效有的放矢也降低了相关费用总结
本文从当前用电的安全现状出发阐述了当前用电安全事故频发以及无处不在的安全隐患加强电器设备使用管理提高用电安全意识规范操作流程等常规措施手段能在一程度上缓解用电安全状态
为从根本上消除安全用电隐患本文有针对性地提出了基于多种通信技术的安全用电监控应用方案实时全面采集用电状态及运行信息借助大数据分析技术深入信息挖掘分析用电安全事故原因并预警用电故障状态从根本上解决了用电安全问题
然而本文中对安全隐患的预测机制还属于不断学习与积累的过程为提供更全面更可靠的分析预警策略将是下一阶段研究的方向与课题
