智能配电系统在港口工程中的应用

袁耀

（山东省交通规划设计院集团有限公司，山东 济南 250101）

1 引言

港口工程具有规模大、用电设备多、耗电量大，用电管理复杂的特点，因而，对港口工程的用电情况和配电系统的研究格外重要。传统港口工程的供配电系统大多采用电子仪表计量用电情况，需要专业人员定期或者不定期地查看电度等电量参数，需要耗费大量的时间和人力，且可靠性和准确度不高，不利于管理人员及时掌控整个港区的用电情况，并且当某个用电设备出现故障或者操作不当时，只能人工排查故障，发现解决问题不及时，具有安全隐患，影响生产效率。随着信息技术和网络技术的迅速发展，智能配电系统得到广泛的关注。智能配电监测系统是将先进的自动化测控技术、计算机通信技术融入到传统的配电系统中，通过对整个港口的供用电情况进行实时监控，智能控制，提高了港口企业用电管理的自动化水平和管理质量，通过实时读取电力系统数据，对电力能耗数据进行整理分析，最大程度地降低用能成本，节约能源。

2 工程概况

本工程建设8 个1000 吨级泊位，泊位总长度810m，新建锚位长度250m。设计通过能力为690 万吨/年，其中集装箱7.7 万TEU/年，主要货种为粮食、焦炭、矿建材料、木片、钢材及集装箱等。根据总平面布置、供电设备及其他用电负荷的分布情况，本工程新建2 座变电所。1#变电所位于本工程辅建区，主要为综合办公楼、宿舍楼、餐厅、维修保养间、工具库、粮食仓库、件杂货仓库等生产生活建筑物用电设备供电，2#变电所位于堆场区靠近码头前沿的负荷中心处，主要为码头堆场的机械用电设备以及照明设备供电，其中门座起重机和轨道式龙门起重机采用10kV 高压供电，其余采用380V/220V 低压供电。港区采用2 路10kV 高压进线，引入到2#变电所，再从2#变电所引入到1#变电所，配电电压为10kV，低压配电电压为0.4/0.23kV，供电频率为50Hz。变电所高压采用单母线分段运行，两段母线互为备用，正常情况下只有一路运行，当其中一段母线检修或故障时，另外一回路带本所全部负荷，设计供电容量约为20000kW。

3 智能配电系统设计

3.1 系统方案

本项目变电所设计为无人值班，值班人员主要集中在综合楼控制室，在综合楼设置一套电力监控系统中心，在各变电所高、低压开关柜、无功补偿柜、变压器、直流屏等部署数据采集器以及带通讯口的智能表计、微机保护装置、烟感探测器、温湿度探测器等，集中采集、存储港区用电设备的电力运行数据以及动环等数据，并远程实时监控管理遥控各开关柜的断路器及隔离开关的分合闸操作和变压器分接头档位的调节操作，实现了港口用电自动化管理。

3.2 系统结构

系统总体设计采取分布式数据采集+集中监管平台的架构模式，按照功能分层，则可划分为系统管理层、网络通讯层、现场监控层，具体的系统组成结构示意图如图1 所示：

图1 智能配电系统的结构示意图

3.2.1 系统管理层

系统管理层主要由电力监控软件、主机、打印机等设备组成，主控层监控软件系统主要采用基于Client/Server（客户机/服务器）模式的分布式网络结构，该系统采用标准化、网络化、功能分布的体系结构，可靠性高，维护方便，扩展性强，能充分利用网络系统中各部分的优势，实现了数据互通和上传和信息资源的高度共享，并提供友好的人机界面，实现系统的监视和管理功能。

3.2.2 网络通讯层

本系统的网络通讯层主要由以太网网关、工业以太网交换机、光纤收发器、光缆和通讯电缆等设备及通信线路组成，实现系统管理层和现场监控层之间的数据交换。本工程建设2 座变电所，2#变电所为主站，1#变电所为子站，根据所接入具体的设备配置一台智能通信管理机，采用高可靠硬件平台和嵌入式实时多任务操作系统的软件平台，实现多个数据平台、多个后台系统同时转发数据的复杂应用和详细存储带有时标的事件顺序记录功能，并预留远期设备接入接口。通讯管理机将各种保护监控装置采集后输出TCP/IP 协议的网络信号，以太网信号上传给工业环网以太网交换机，然后通过专用智能网上传到后台监控站。

3.2.3 现场监控层

本系统的现场监控层主要由综合保护装置、电力参数测量装置、电能质量监控装置和电气回路监控单元组成，实现各配电系统的数据和信息的采集的功能，通过通讯接口接入现场总线。整个现场监控层分高低压两部分，高压部分分保护和监控，低压主要以监控计量为主。需要配置的装置配置为 ：①微机保护装置，通过RS-485 接口接入高压配电柜的微机保护，进行高压配电系统的数据采集，开关量状态的采集，保护装置的动作信息等；②智能仪表装置，通过RS-485 接口接入低压配电柜的智能仪表，进行低压配电系统的数据采集，并对低压开关柜和母联柜具有遥控、遥测、遥信功能；③干式变压器温控器装置，进行变压器超温报警和高温跳闸信号，进行变压器的温度监视及强冷风机运行监视；④直流屏监测装置，实现对直流屏运行状态的远程监测，实时采集直流屏的母线正负电压、母线电压低、电池电压高、直流母线接地等信号，通过直流屏的通讯口接入系统，把数据传送至监控主机；⑤无功补偿监测装置：实时监测无功补偿装置的运行参数及状态，通过通讯接口接入系统。

3.2.4 运行结果

本系统经过多次调试，界面友好，运行稳定，运行界面如下图所示，实现了以下功能：

（1）电力系统运行状态监测；

（2）各开关柜断路器的远程控制；

（3）电力系统的电能质量管理；

（4）故障报警和事件管理；

（5）电力系统的能耗管理；

（6）电力系统的用户管理、数据管理以及报表管理。

图2 智能配电系统开关柜监测图

图3 智能配电系统变压器监测图

4 结语

本文针对传统港口工程的供配电系统的运行、维护需要耗费大量的人力、精力的问题，提出了一种先进高效、绿色智能的配电系统，并对该系统的总体架构和功能分析进行了详细的介绍。本系统已在该港口稳定运行了一段时间，具有很高的可靠性和实用性，实现港区的电力系统透明化，提高了港区供电系统的安全性，可靠性和管理化水平，为企业带来了很好的经济效益，具有广阔的应用前景。