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摘要：自从进入工业4.0时代以来，我国电力行业通过工业化改革、产业化转型，全面推动了传统电力向智慧电力的转型升级。该文以此为出发点，选取智慧配电系统在现代工业厂区电力改造的应用作为研究题目，概述了智慧配电系统的内涵、特点、参数指标、适用性，剖析了现代工业厂区电力改造需求。并在此基础上，结合某工业厂区电力的智慧配电系统改造项目，对智慧配电系统的应用进行了具体讨论。
关键词：智慧配电系统;工业厂区;电力改造;应用
在生态文明主导，城市文明、工业文明同步发展的新格局下，我国各大城市在工业厂区实施了电力改造，旨在通过智慧配电系统，进一步提升工业厂区用电的绿色化、智能化以及高效化。尤其在一些老旧的工业厂区与新建产业园区，安全生产要求高、消防管理需求多、电力系统运维管理成本较高，应用智慧配电系统后，不仅可以化解此类问题，也能够从整体上实现配电房无人值守、计量表数据抄录远程控制以及电力设备的物联管理等。
1智慧配电系统概述
1.1内涵
从概念界定看，主要是以实际用户的需求为准，在相关配电系统标准规范要求下创建的自动化电能管理系。具体操作时，主要基于数字化技术研发设计适用性较强的智慧配电系统，实践经验表明，现阶段普遍使用的智慧配电系统，主要包括智能终端与智慧电柜两种模式[1]。
1.2指标
就智慧配电系统的常用参数指标看，智能终端模式下可以按照产品型号、终端形式、应用场景、功能描述等设置相应的指标（见表1）。与之相比，智慧电柜模式下的参数指标，则根据CPOWERBox（智慧电柜型）中的进线柜、母线柜、补偿柜、出线柜、定制柜等，对其型号、规格（宽度、深度、高度）、回路数量、回路规格等进行具体设置[2]。
2现代工业厂区电力改造需求分析
2.1工程概况
以某酒业厂区为例，分为第一厂区、第二厂区、第三厂区。在第一厂区配置了2台干式变压器，容量分别为500kVA（已停用）、1000kVA（正常使用）。为满足整个厂区的生产、生活用电需求，于第二厂区设置了1台干式变压器，容量为1600kVA。第三厂区与第二厂区的变压器类型、容量一致，配置数量为2台，主要为生产提供电力。经现场勘察，发现第二厂区的配电系统整体规模较大、变压器处于低负载运行状态，虽然遵循酒业厂区所在市区电力局的规范要求实施需量缴费，然而在数据监控、电力控制、缴费措施等方面仍然没有实现智能化。与之相比，第三厂区中的配电房设备陈旧，既缺乏通信接口，也没有于高低压柜中安装智能电表及相关的数据采集装置。所以，整体上的改造需求比较明确。
2.2改造需求分析
首先，在该工业厂区中的需要对配电设备性能的使用工况进行实时监测，同时要对整个运行工况开展动态诊断，因而需要对现用的配电房进行智能化改造，建立一个智慧配电房，保障无人值守目标的落实。其次，该厂区需要对用电情况进行数据化管理，建立以电能计量方面的数据采集—上传—存储—分析—生成分析报告—利用分析报告中的指令预警—调整用电方案等为基本内容的远程抄录计量表计数据分析与利用，并将其扩展企业成本核算、员工绩效等方面[3]。最后，该厂区的用电设备数量多、电力能源使用量大，对于电力安全的要求相对较高，为了有效将粗放式电力管理转型到集约式管理，十分需要通过通信技术，利用通信接口实现相关设备之间的关联，进而使其能够满足物联管理目标，更好地为企业创造综合效益。
3智慧配电系统在现代工业厂区电力改造的应用
3.1项目实施
首先，根据该工业厂区的现场勘察情况，在第一厂区、第二厂区的电力设备中，检查设备自带的RS-485通信接口，确认可以使用的条件下，将主持改造单位的数据采集器与仪表数据进行关联。利用智能网关的数据传输功能，采集到的数据上传至“云平台”。其次，更换3个厂区电力设备中的断路器，改用智能塑壳断路器，实施远程分合控制。同时，对配电室设备的供电情况、运行状态监测。具体操作中，按照智慧配电系统组成、功能设置的方式完成。
3.2系统组成
整体上的系统组成包括了设备感知层—数据通信层—数据管理层—应用层。按照“大系统+小系统”的基本设计思路，将其应用到了智慧配电房、智慧配电柜改造之中，最后将二者关联到总系统[4]。分述如下。第一，划分出智慧配电房、智慧配电柜，在智慧配电室改造方面，按照感知层—传输层—存储与应用层—应用管理层进行系统架构设置（见图1）。其中，感知层包括安防监控、视频监控、设备状态监控、环境监控。每个监控系统对应设置相应的监控内容，以安防监控为例，重点集中在对配电房门锁、人员入侵方面的在线监测。以视频监控为例，主要对与配电房环境及设备进行视频在线监控，具备远程控制及联动功能。以设备状态监控为例，针对配电房中的柜体、电缆头、梅花触头、线排、操作机构、变压器等进行在线监控。以环境监控为例，通过设置传感器，对配电房综合环境参量进行在线监测，包括温湿度传感器、气体传感器、噪声传感器、水浸传感器等。第二，借助终端处理单元，将感知层与传输层进行关联。传输层主要采用通信网络（主要采用光纤与无线通信两种形式）进行控制，配套设置了智能网关。第三，通过“云平台”登录界面，通过账户登录、在线验证码或密码验证后进入“安全访问认证”界面，通过安全认证后，进入系统平台。将系统平台中的预留接口与该工业厂区中的通信接口进行关联，开展数据采集后的存储与分析。第四，在设置的显示屏、智能手机中，可以在线开展数据查询，并结合移动应用程序（App）对配电房中的监测情况进行实时观看与数据点击分发、利用等。第五，智慧配电柜方面的改造，主要是通过改造断路器、拉光纤、装智能网关、设置传感器、连接到“云平台”的基本操作方式进行改造。第六，通过通信关联，将智慧配电房与智慧配电柜，统一关联到该工业厂区的智慧配电系统管理“云平台”。
3.3系统功能设置
第一，在数据通信层，按照当前的通信技术，采用5G设备对配电监控数据进行传输，提或数据传输效率。为了解决数据存储量大造成的系统运行速度拖慢问题，主持改造的单位为该厂区的监测设备中，利用“云桌面”功能，设置了“虚拟磁盘”，当采集到的所有数据上传至数据管理层后，可以对其进行“虚拟存储”，不占用系统内层[5]。第二，在系统性能设置方面，根据该工业厂区的数据化管理需求，按照故障预警—故障设备定位—电量峰谷平统计—值班管理—巡视管理—抢修管理—运维管理等基本流程，进行了综合设置，提高了智慧配电系统的使用性，满足了该工业厂区的全过程数据化管理需求。第三，在系统稳定性方面，按照24h持续应用标准，设置了系统自动维护功能，可以根据实际情况与变更需求，由该工业厂区的电力管理人员，在该系统中进行自主设置，从而实现其维护需求。对于高负荷状态下的稳定持续服务性能进行了检查，预留了高负荷状态下的参数富余量，即使出现高负荷状态，也不影响系统的持续工作。第四，由于该工业厂区中的能源系统属于分布式方式，能耗系统也存在分散性。在智慧配电系统中，主持项目改造的单位，按照系统扩容功能要求，结合“模块化”管理，扩展了系统功能与结构，能够使分布式能源系统全部接入，并满足能耗系统无缝对接要求。第五，将智慧配电房、智慧配电柜关联到“云平台”后，根据酒业情况设置运行监控功能。具体操作方面，主要是基本的功能为必要条件，调整高压与电房、低压配电房，以及各级别配电柜、配电箱中的监测点，确保整个智慧配电系统监测应用时，能够做到360°无死角的监控。尤其在无人值守的情况下，考虑到立体化数据监管需求，在细节上帮助该工业厂区进行了多次监控调试，达到了立体数据监管目标。第六，其他方面的功能设置包括设备巡视、抢修管理、用电分析、单位电量统计、设备电量统计等。以抢修管理为例，利用该系统中应用的深度自编码器匹配算法，可以结合以往发生的故障情况，设置“故障数据库”，并在发生故障的第一时间，由系统自动识别出故障类型、故障发生位置，通过自动开/关可以解决的问题，直接进行在线解决。对于相对复杂的故障，则在故障发生、预警、定位后，由电力管理人员直接进入故障位置进行排查与快速抢修[6]。
4结语
总之，通过产业转型升级，我国工业行业已经进入了高质量发展阶段，在工业厂区电力改造中应用智慧配电系统可以发挥多重作用，从根本上改变工业厂区的电力管理方式。因此，建议在高质量发展时期，尽可能增强对智慧配电系统的研讨，进而借助深度层面的基本原理研究、广度层面的数字化技术推广应用、精度层面的全过程指标管理等综合措施，推动智慧配电系统在工业厂区电力改造中的高效应用。
作者：王铁军 龚科 陈德优 薛耀康 吴晔 单位：江苏凯隆电器有限公司
