廣播發射臺智能化低壓配電系統的應用研究

呂斌

(國家新聞出版廣電總局724臺,陜西寶雞 722400)

1 概述

伴隨著計算機通信、大規模集成電路、自動控制、視頻監控等技術的快速發展,電力系統在控制和保護技術上有了很大的提高,電源綜合管理手段更加完善,智能化供配電網及智能變電站已經開始應用試點。各項控制保護技術也已呈現智能化、網絡化,保護、控制、測量和數據通信一體化的發展趨勢。

近年來,廣播發射臺站的10kV及以上供配電系統的自動化改造已經基本完成,微機綜合保護裝置、自動控制裝置及智能監控軟件已經大量應用,并在加強系統智能監控,提高運行可靠性,減少人員工作強度,實現無人值班工作模式等方面奠定了基礎。但是多數臺站的低壓配電系統仍然是傳統的開關柜,數量多、分布散、技術落后,操作仍以人工直接進行為主,保護單元功能單一,控制及自動裝置依靠多種繼電器實現,監視依賴電壓表、電流表、電能表、功率計等指模擬針式儀表,沒有監控軟件和預警裝置等。如果需要實現微機綜合管理,則需采用電量變送器及微處理器實現,這種方式成本高、功能簡單、可靠性和穩定性較差,應用效果不佳。在廣播發射臺的發射機房及各類附屬設施供電中,這種傳統的低壓配電系統已經成為保障廣播發射臺電力安全供應的瓶頸和短板。探討將新型的智能化低壓配電系統應用到廣播發射臺站成為必要的研究課題。

2 智能低壓配電系統的組成和工作原理

智能低壓配電系統是將電子技術、通訊技術、總線技術、視頻監控技術、計算機及網絡技術與電力設備融合,將配電系統中的監測、保護、控制、計量和管理部門的監控管理等工作結合在一起,對低壓配電系統的實時數據、開關狀態及遠程控制進行集中管理,使低壓配電系統能夠進行快速診斷、自動隔離,準確切除故障設備,保障正常設備運行。

圖1 智能化低壓配電系統結構圖

2.1 系統的結構組成

智能化低壓配電系統一般由智能斷路器和四遙單元,微機測控裝置,智能馬達控制器,溫濕度控制器,數字儀表,相關網絡設備及后臺監控軟件組成。相較于普通塑殼式斷路器結構緊湊,操作容易,功能比較簡單的特點,智能斷路器則具有模塊化設計,功能完善,保護范圍和定值可調,可對外通訊的特點,特別是近年來單片機技術的應用,使智能斷路器向著高性能、易維護、網絡化的方向發展。

智能低壓配電系統采用當前國內外在供配系統結構設計中都遵循的IEC61850標準,將系統組成的設備分為站控管理層、通訊控制層、現場設備層三個區域。其典型結構如圖1所示。

2.1.1 站控管理層

站控管理層面向運行維護人員,是工作人員與智能控制系統交互的窗口,用來對智能元件以及控制監控設備的監視、保護和控制通訊,是系統的最上層部分,主要由后臺監控軟件和必要的硬件設備如監控計算機、UPS不間斷電源、GPS時鐘、打印機等組成,實現對系統內設備的監視、控制、告警及信息交互,完成數據的采集存儲和分析,對下層設備進行在線維護、在線組態、在線修改參數等。

2.1.2 通訊控制層

通訊控制層主要是由以太網交換機、串口服務器、規約轉換器等組成,負責數據的傳輸交換,集中上傳現場實時數據,下達后臺軟件對現場設備的控制命令。通信網絡的傳輸主要由光線和雙絞線組成,與現場設備的聯接一般使用雙絞線,硬件接口采用RS-485,長距離的聯接則采用光纖傳輸。

2.1.3 現場設備層

現場設備層是帶有通訊接口的各種智能元器件,是智能化低壓配電系統的執行者。主要包括微機保護裝置,自動控制裝置,數字儀表,溫濕度控制器,各種傳感器。設備層的元器件安裝在低壓開關柜中,負責采集現場數據,進行上傳和前端存儲。

圖2 視頻監控輔助系統結構圖

2.2 智能低壓配電系統的工作原理和功能

智能低壓配電系統在運行中遵循“下層獨立工作,后臺綜合管理”的工作原理。

由于現場總線技術和微電子技術的應用,現場設備層的智能化元件可不依靠計算機網絡而獨立運行,這些智能元件能夠根據內置的程序和定值,結合電流電壓互感器、溫濕度傳感器或其他控制器傳達的信息,自動準確的做出判斷,進行開關的分合閘操作或其他動作。這種不依賴網絡和后臺指令的工作原理能提高系統運行的實時性和可靠性,滿足低壓電器設備運行的需要及生產過程控制的要求。這些智能原件將采集到的各類數據信息,開關動作的情況通過網絡上傳至站控管理層的后臺機,同時將電量計量、錄波等采集數據在前端進行存儲。

后臺監控軟件接受通訊控制層上傳的系統運行數據,進行分析儲存,以各種豐富的界面展現給運行維護人員,承擔遠程控制、調整,事件和告警記錄,保存歷史數據,定值在線修改,設備在線組態等工作,同時支持開源數據庫的接口,便于與高壓配電系統對接,或向上級站傳輸現場的運行數據。后臺監控軟件還負責下發GPS時鐘同步,設備層和通訊控制層設備運行狀態的智能監控,記錄分析不同層級開關故障時的SOE動作記錄等任務。

對于廣播發射臺這樣的能源消耗較大的單位,利用智能監控系統的數據分析,能夠準確進行節能降耗的實施。

(1)后臺監控系統會自動分析不同地點負荷的功率因數,在裝有無功補償裝置的設備范圍,選擇自動投退補償裝置。(2)分析負載網絡,合理優化線路,減少線路損耗。(3)根據負荷性質和功率變化,選擇容量與實際負荷最接近的變壓器,使變壓器工作在損耗最低的狀態。(4)利用過環境傳感器和智能馬達控制器,在冬季根據環境溫度變化自動調整電鍋爐和電加熱設備的運行溫度,夏季自動調整風冷系統的工作狀態。

2.3 視頻監控輔助系統

上述監控系統將所有低壓設備的運行裝填和告警信息集中上傳到了后臺監控,實現了對斷路器、電動機、輔助設備的遠程控制。但是,這些裝置和傳感器還沒有做到環境監控,如配電室、開關室、電纜溝內的環境情況,變電站防火、防漬、防爆、防侵入等,這些問題只能依靠人員定期巡檢來發現或解決,對于廣播發射臺復雜且分布較散的低壓配電系統,人員的巡視工作量會比較大,且無法做到無死角?；谶@些需求,重要單位的智能化低壓配電系統還應建立視頻監控輔助系統。

視頻監控輔助系統由高清攝像頭、存儲設備、光纖交換機、視頻矩陣、監控屏幕等組網,典型的視頻監控系統結構如圖2所示。

利用自動跟蹤和移動偵測技術,自動監控設備區域,及時發現人員入侵和消防等隱患,對低壓配電設備的網絡監控起到補充、對比、印證的作用。自動用視頻記錄變電站的安全以及設備的運行情況,監測電力設備發熱情況,及時發現、處理事故情況,提高電力系統自動化的安全性和可靠性,并提供分析事故的有關圖像資料,使運行維護人員及時準確地掌握低壓配電系統各種現場信息,提高智能綜合管理水平。

3 智能低壓配電系統在廣播發射臺應的注意事項

3.1 注意兼容性和開放性

目前,智能化低壓配電系統正在向綜合化、集成化、開放化的方向發展,它是一個相對復雜的系統項目,包含多種類型的硬件設備和軟件系統,各個模塊和子系統之間又存在著不同程度的關聯。因此在進行系統設計和規劃時要充分考慮系統的兼容性,統一性。要預留與其他系統對接的硬件和軟件規約,便于日后升級更新。

3.2 抗電磁干擾的問題

在廣播發射臺的應用中應考慮電磁干擾的問題。一些廠家的智能設備和通訊網絡,在廣播發射臺這樣的強電磁環境下會出現誤報、丟包、死機、重啟等故障現象。因此前期做好現場試驗和比較選型工作十分重要。還應該從以下幾個方面提前準備必要的抗干擾措施。

(1)采用屏蔽技術防止輻射干擾。對微機保護裝置,自動控制裝置,網絡通訊設備,智能斷路器的電子器件采用封閉金屬機箱,施工中使用10mm2編織銅線進行分區接地,高頻接地效果好。RS-485通訊線全部采用屏蔽通訊線,并制作且僅制作一點接地。(2)從電源切斷電磁干擾途徑。在現場有條件的地方使用UPS電源或直流屏供電,只能采用交流供電的需使用帶有隔離變壓器的適配器供電,濾除電源入侵波。(3)設備廠家可以采用雙重化采樣及互校技術,配置獨立的裝置啟動元件,電路板按電壓等級分區等措施來杜絕保護裝置硬件受到干擾引起的誤動。

3.3 智能低壓配電系統的安全管控問題

智能化低壓系統帶來便捷與高效的同時,對維護人員的整體素質也有更高的要求,在一些地方出現過因工作人員對智能系統的功能原理不清楚,在檢修或試驗中,錯誤的投退軟壓板,誤修改定值,造成開關動作引起停電的事故,需要管理人員引起重視,加強技術管理和制度管控。

4 結語

目前,隨著各相關技術的全面發展,智能化低壓配電系統具備了高效、科學、合理、自動管控電力系統的突出特點。隨著廣播發射臺這樣的重要播出單位對配電系統可靠性需求的增長,逐步應用智能化低壓配電系統成為必然的趨勢。智能化低壓配電系統能夠提高復雜低壓供電網絡的智能控制和綜合管理水平,減少維護工作量,實現對核心設備和重要設施的遠程遙測、遙信、遙控、遙調、遙視,為加強系統運行穩定性,提高供電質量,保障安全播出工作起到有力的推動作用。

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