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摘 要：智慧式用电监管系统是实时监控用电线路可能发生电气危害的在线系统。文章分析了杜家台分洪闸当前用电系统的不足，设计了针对水闸管理的智慧用电监管系统。该系统可以满足水闸数字化、信息化的建设要求，也可以运用于其他企事业单位的智慧用电管理。
关键词：杜家台分洪闸;智慧用电;技术改造;消防监控
中图分类号：U641 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）07-0079-02
我国的中小型水利工程中，有很大部分电气系统还停留在上世纪90年代，控制监控系统陈旧，操作管理落后。在用电安全方面，电器故障以及线路老化等问题时有发生，很容易导致电气火灾发生，这对汛期发挥水利工程效益，确保人民生命财产安全是一个潜在危险。为了有效的监控用电设备的安全运行，提高水利工程运行管理水平，结合杜家台分洪闸电气系统实际情况，文章设计了一套由线路实时监测，配合数据传输模块将数据进行采集并上报，并通过服务器对监控数据进行分析，并将异常数据进行报警推送。管理人员通过手机APP软件实时了解管理区域电器运行情况，以便管理人员及时处理故障和隐患。
1工程概况
杜家台分洪闸于1956年建成，为开敞式钢筋砼结构，由30孔钢质弧形闸门组成，采用手摇电动两用式启闭机，以电动为主。水闸动力系统主要配备2台10KV变压器、1台备用柴油发电机组、1组GCS配电柜、5台动力柜、30台控制柜。
2 系统建设目标
设计杜家台分洪闸智慧用电监管系统需结合已有電气系统，同时还要满足以下几点要求，以达到系统的优化与建设。
（1）智能化管理：能对被监控设备分类分组，能对管理人员权限分级，设备运行状况能在监控端实时显示。
（2）火灾报警：发生火灾时，现场能发出明显的声光报警信号，同时将火灾报警信息上报到远端监控平台。
（3）异常监测：根据线路和电气设备的实际运行状态设定预警值，系统根据反馈的监控信息判断是否异常，当电流异常变化达到设定值，进行预警或断电。
（4）温度监测：能对关键设备温度进行实时监测，并设定预警和断电值，当系统监测温度达到设定值时，进行预警或断电。
（5）漏电监测：能监测系统漏电电流，当漏电电流达到设定值时，进行预警或断电。
3 系统设计
3.1总体设计
杜家台分洪闸智慧式用电监管系统的总体架构分为三层，分别为数据采集、数据传输和数据分析处理。工作原理主要是通过现场的采集器将现场的用电数据传输至数据处理平台，数据处理平台将数据推送PC客户端和手机客户端，专业的管理人员和监控人员将实时观察数据，提出分析报告，作出应急反应。
该智慧用电监管系统特点是监控系统与用电系统相对独立，安装监控设备不会对用电设备产生干扰和额外负担。系统通过传感器实时采集并上传电气线路的剩余电流、温度、电流、电压、功率、频率、电度等安全状态参数，经平台的综合诊断分析，及时发现可能存在的故障隐患。系统还可以设置报警联动设备，对用电设备进行远程管理。工程管理人员能通过手机、PC等终端对用电设备进行实时监控管理。
总体设计框架如下：
3.2数据采集
根据杜家台分洪闸电气系统现状，分别为GCS配电柜设置4套600A检测模块、为5台动力柜设置5套250A监测模块、为30台控制柜设置30套100A监测模块。其中每套监测模块包括1个终端智慧用电监测模块、1路剩余电流传感器、3路电流传感器、4路温度传感器。
安装原理示意图如下：
3.3数据传输
根据杜家台配电系统的分布情况，所有电气设备均在一公里范围以内，因此可以选择RS-485串行总线标准传输数据。采用RS—485优点还有：RS—485接口组成的半双工网络采用屏蔽双绞线传输，接线简单、价格相对经济;RS—485的数据最高传输速率为10Mbps，能满足系统要求;RS—485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗干扰能力强;RS—485接口在总线上允许连接128个收发器，能满足系统要求。
3.4数据处理
数据处理平台由硬件和软件组成。硬件由一台计算机、一台打印机、一台路由器、一台交换机、一台UPS不间断电源组成。计算机硬件要求：CPU Intel酷睿i510400F 内存16GB 硬盘1TB;UPS不间断电源要求2400W以上;路由器和交换机均要求千兆。
软件主要功能包括：①实时监控：直观、全面实时显示线路监测参数，如线路电流、剩余电流、环境温度等。②报警提醒：在监控端显示报警提示信息。③记录历史数据：根据设定记录设备运行状态及数据，通过查询和分析能排查出线路可能存在的隐患和故障。④短信或邮件自动提醒：平台可根据需求定制提醒方式和内容。⑤平台运行维护：可实时了解智慧用电监测模块设备运行状态，出现故障后通知管理人员及时处理。⑥系统远程升级与维护：不断增强系统功能;保证系统稳定运行。
3.5设备安装
为保证监控设备处于良好的工作状态，准确采集监控数据，安装时须严格按照相关标准和要求进行安装，以免采集数据错误或设备损坏。1、如配电柜内剩余空间狭小，新增的采集模块可以安装在配电柜内的侧方，采用螺丝和导轨安装固定。2、安装剩余电流传感器时，配电柜内的相线和零线都需要断电整理核实分组。3、原有配电柜内每路零线都需要增加相应型号的零线引入互感器后重新安装在专用的零排上。
4系统的管理运用
智慧式用电监管系统由计算机软件系统和技术含量较高的数据采集设备组成，因此要求操作与监控须由电脑操作熟练及有一定现场工作经验的工程技术人员来担任。监管系统只在原有电气系统上增加传感器，不会因增加设备而影响原系统稳定性。监管系统能将设备运行状态和数据能实时直观地展示给工程管理人员，方便了管理，系统用电更加安全，从而达到让杜家台分洪闸安全可靠运行的目的。
5 结语
杜家台分洪闸智慧式用电监管系统，能实时监控管理水闸电气线路的工作状态和运行参数，并通过平台实时地展示给管理人员，管理人员通过PC或手机等智能终端就能实现对用电系统的透明化监控管理。该系统也是实现“智慧水利”的重要一环，能保证水闸用电系统的安全运行，提高水闸管理水平。同时该系统也能为其他企事业单位的智慧用电系统建设提供参考。
参考文献：
[1] 民用建筑电气设计规范 （JGJ16-2008）.
[2] 中华人民共和国公共安全行业标准（GA/T70-2004）.
[3] 智能建筑设计标准 （GB/T50314-2012）.
[4] 电气装置安装工程1KV及以下配线工程施工及验收规范 （GB50258-96）.
[5] 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范 （GB50168-2006）.
[6] 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范 （GB50169-2006）.
[7] 黄干祥.杜家台分洪控制系统改造和远程监控设计 水利规划与设计 2014，06：76-78，86.
[8] 董博文，张生权，王惠平. 杜家台分洪闸闸门微机集控系统研究 人民长江 1997，07：25-27，48.
关键词：杜家台分洪闸;智慧用电;技术改造;消防监控
中图分类号：U641 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）07-0079-02
我国的中小型水利工程中，有很大部分电气系统还停留在上世纪90年代，控制监控系统陈旧，操作管理落后。在用电安全方面，电器故障以及线路老化等问题时有发生，很容易导致电气火灾发生，这对汛期发挥水利工程效益，确保人民生命财产安全是一个潜在危险。为了有效的监控用电设备的安全运行，提高水利工程运行管理水平，结合杜家台分洪闸电气系统实际情况，文章设计了一套由线路实时监测，配合数据传输模块将数据进行采集并上报，并通过服务器对监控数据进行分析，并将异常数据进行报警推送。管理人员通过手机APP软件实时了解管理区域电器运行情况，以便管理人员及时处理故障和隐患。
1工程概况
杜家台分洪闸于1956年建成，为开敞式钢筋砼结构，由30孔钢质弧形闸门组成，采用手摇电动两用式启闭机，以电动为主。水闸动力系统主要配备2台10KV变压器、1台备用柴油发电机组、1组GCS配电柜、5台动力柜、30台控制柜。
2 系统建设目标
设计杜家台分洪闸智慧用电监管系统需结合已有電气系统，同时还要满足以下几点要求，以达到系统的优化与建设。
（1）智能化管理：能对被监控设备分类分组，能对管理人员权限分级，设备运行状况能在监控端实时显示。
（2）火灾报警：发生火灾时，现场能发出明显的声光报警信号，同时将火灾报警信息上报到远端监控平台。
（3）异常监测：根据线路和电气设备的实际运行状态设定预警值，系统根据反馈的监控信息判断是否异常，当电流异常变化达到设定值，进行预警或断电。
（4）温度监测：能对关键设备温度进行实时监测，并设定预警和断电值，当系统监测温度达到设定值时，进行预警或断电。
（5）漏电监测：能监测系统漏电电流，当漏电电流达到设定值时，进行预警或断电。
3 系统设计
3.1总体设计
杜家台分洪闸智慧式用电监管系统的总体架构分为三层，分别为数据采集、数据传输和数据分析处理。工作原理主要是通过现场的采集器将现场的用电数据传输至数据处理平台，数据处理平台将数据推送PC客户端和手机客户端，专业的管理人员和监控人员将实时观察数据，提出分析报告，作出应急反应。
该智慧用电监管系统特点是监控系统与用电系统相对独立，安装监控设备不会对用电设备产生干扰和额外负担。系统通过传感器实时采集并上传电气线路的剩余电流、温度、电流、电压、功率、频率、电度等安全状态参数，经平台的综合诊断分析，及时发现可能存在的故障隐患。系统还可以设置报警联动设备，对用电设备进行远程管理。工程管理人员能通过手机、PC等终端对用电设备进行实时监控管理。
总体设计框架如下：
3.2数据采集
根据杜家台分洪闸电气系统现状，分别为GCS配电柜设置4套600A检测模块、为5台动力柜设置5套250A监测模块、为30台控制柜设置30套100A监测模块。其中每套监测模块包括1个终端智慧用电监测模块、1路剩余电流传感器、3路电流传感器、4路温度传感器。
安装原理示意图如下：
3.3数据传输
根据杜家台配电系统的分布情况，所有电气设备均在一公里范围以内，因此可以选择RS-485串行总线标准传输数据。采用RS—485优点还有：RS—485接口组成的半双工网络采用屏蔽双绞线传输，接线简单、价格相对经济;RS—485的数据最高传输速率为10Mbps，能满足系统要求;RS—485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗干扰能力强;RS—485接口在总线上允许连接128个收发器，能满足系统要求。
3.4数据处理
数据处理平台由硬件和软件组成。硬件由一台计算机、一台打印机、一台路由器、一台交换机、一台UPS不间断电源组成。计算机硬件要求：CPU Intel酷睿i510400F 内存16GB 硬盘1TB;UPS不间断电源要求2400W以上;路由器和交换机均要求千兆。
软件主要功能包括：①实时监控：直观、全面实时显示线路监测参数，如线路电流、剩余电流、环境温度等。②报警提醒：在监控端显示报警提示信息。③记录历史数据：根据设定记录设备运行状态及数据，通过查询和分析能排查出线路可能存在的隐患和故障。④短信或邮件自动提醒：平台可根据需求定制提醒方式和内容。⑤平台运行维护：可实时了解智慧用电监测模块设备运行状态，出现故障后通知管理人员及时处理。⑥系统远程升级与维护：不断增强系统功能;保证系统稳定运行。
3.5设备安装
为保证监控设备处于良好的工作状态，准确采集监控数据，安装时须严格按照相关标准和要求进行安装，以免采集数据错误或设备损坏。1、如配电柜内剩余空间狭小，新增的采集模块可以安装在配电柜内的侧方，采用螺丝和导轨安装固定。2、安装剩余电流传感器时，配电柜内的相线和零线都需要断电整理核实分组。3、原有配电柜内每路零线都需要增加相应型号的零线引入互感器后重新安装在专用的零排上。
4系统的管理运用
智慧式用电监管系统由计算机软件系统和技术含量较高的数据采集设备组成，因此要求操作与监控须由电脑操作熟练及有一定现场工作经验的工程技术人员来担任。监管系统只在原有电气系统上增加传感器，不会因增加设备而影响原系统稳定性。监管系统能将设备运行状态和数据能实时直观地展示给工程管理人员，方便了管理，系统用电更加安全，从而达到让杜家台分洪闸安全可靠运行的目的。
5 结语
杜家台分洪闸智慧式用电监管系统，能实时监控管理水闸电气线路的工作状态和运行参数，并通过平台实时地展示给管理人员，管理人员通过PC或手机等智能终端就能实现对用电系统的透明化监控管理。该系统也是实现“智慧水利”的重要一环，能保证水闸用电系统的安全运行，提高水闸管理水平。同时该系统也能为其他企事业单位的智慧用电系统建设提供参考。
参考文献：
[1] 民用建筑电气设计规范 （JGJ16-2008）.
[2] 中华人民共和国公共安全行业标准（GA/T70-2004）.
[3] 智能建筑设计标准 （GB/T50314-2012）.
[4] 电气装置安装工程1KV及以下配线工程施工及验收规范 （GB50258-96）.
[5] 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范 （GB50168-2006）.
[6] 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范 （GB50169-2006）.
[7] 黄干祥.杜家台分洪控制系统改造和远程监控设计 水利规划与设计 2014，06：76-78，86.
[8] 董博文，张生权，王惠平. 杜家台分洪闸闸门微机集控系统研究 人民长江 1997，07：25-27，48.