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民用建筑電氣設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷范文

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民用建筑電氣設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷

摘要:以電氣設(shè)備故障監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)為背景,以傳統(tǒng)電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)方案為基礎(chǔ),探索一種基于智能測(cè)控單元、面向民用建筑電氣設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng),并在實(shí)際工程中展開實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明,遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)可以方便電氣故障的檢修與維護(hù)工作。

關(guān)鍵詞:民用建筑;建筑電氣;設(shè)備狀態(tài);遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè);遠(yuǎn)程診斷;智能測(cè)控;故障預(yù)警;物聯(lián)網(wǎng)

引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的新一輪發(fā)展,用電需求進(jìn)一步擴(kuò)大,電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故障的頻率逐漸增加,而故障所引起的經(jīng)濟(jì)損失也呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。在電子信息技術(shù)日新月異的今天,電力設(shè)備更新?lián)Q代的步伐在加快,電氣設(shè)備的故障類型和模式趨于復(fù)雜化、非規(guī)律化,對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)提出了更高的要求。因此,無(wú)論是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,還是技術(shù)更新帶來(lái)的推動(dòng),都要求必須加大對(duì)電氣設(shè)備診斷技術(shù)的創(chuàng)新力度[1]。鑒于電氣設(shè)備種類繁多,故障類型和模式趨于具有不確定性、不規(guī)律性,現(xiàn)有的技術(shù)檢測(cè)手段仍存在不足,很多情況下需由技術(shù)人員基于豐富的理論知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的診斷分析,才能最終找出故障原因和修復(fù)方案[2]。在這種模式下,需要專家到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查、分析,一方面延長(zhǎng)了設(shè)備恢復(fù)的時(shí)間,增加了設(shè)備維護(hù)成本;另一方面,一些電氣設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境往往非常惡劣,給專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)帶來(lái)了非常大的困難。

1電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究意義

電氣設(shè)備故障監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)受到了國(guó)內(nèi)外電力行業(yè)的普遍重視,該技術(shù)發(fā)展迅速,不斷取得新的研究成果。電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的意義,一方面,在于提前了解和跟蹤電氣設(shè)備在使用過程中的運(yùn)行狀態(tài),提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患,確定其整體和局部是否正常,在早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障及其產(chǎn)生原因,并對(duì)故障發(fā)生部位、性質(zhì)作出評(píng)估,能夠預(yù)報(bào)故障發(fā)展趨勢(shì);另一方面,在于發(fā)生設(shè)備故障時(shí),能夠及時(shí)采取必要的報(bào)警和應(yīng)急措施,防止故障進(jìn)一步惡化或擴(kuò)散,從而避免嚴(yán)重的人員傷亡、環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失。總體而言,運(yùn)用電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù),可以在運(yùn)行、維修、管理等設(shè)備的全生命周期提供幫助,有利于保障設(shè)備正常運(yùn)行、預(yù)防設(shè)備故障、提高維護(hù)效率、降低維修成本等,確保工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的安全運(yùn)行,在現(xiàn)代化大生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用,越來(lái)越受到人們的重視[3]。

2電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)最早于20世紀(jì)30年代出現(xiàn)在軍事領(lǐng)域,主要應(yīng)用電子儀表代替機(jī)械設(shè)備來(lái)計(jì)量設(shè)備的狀態(tài)相關(guān)參數(shù),并出現(xiàn)了早期的自動(dòng)式監(jiān)測(cè)儀器,隨后技術(shù)的研究和應(yīng)用迅速普及。在20世紀(jì)60~80年代,正是計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的時(shí)期,加上航空航天和工業(yè)領(lǐng)域的極大需求,設(shè)備監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)迅速發(fā)展。20世紀(jì)末,在冶金礦山、交通運(yùn)輸、化工、發(fā)電、農(nóng)業(yè)和機(jī)械制造等行業(yè)已經(jīng)開始應(yīng)用設(shè)備診斷技術(shù),其發(fā)展日新月異,經(jīng)濟(jì)效益日益明顯。進(jìn)入21世紀(jì)后,這一技術(shù)迅速滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門,應(yīng)用已相當(dāng)普及,設(shè)備故障診斷技術(shù)水平的提高,開始向智能化方向發(fā)展[4]。可以看出,電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及診斷技術(shù)主要經(jīng)歷了3個(gè)明顯的發(fā)展階段:早期階段利用獨(dú)立式的電子儀表代替技術(shù)人員的感官判斷,但該診斷仍極大依靠技術(shù)人員的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn);中期階段得益于計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的發(fā)展,可以大量采用傳感器進(jìn)行電氣信息的采集,并開始運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行在線、即時(shí)的信號(hào)處理以及故障診斷;在當(dāng)前階段,則借助于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)的極大發(fā)展,逐漸形成了智能型的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)[5]。但在日常工作中,筆者發(fā)現(xiàn)目前的監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)總體上價(jià)格昂貴、容量較低、計(jì)算能力相對(duì)有限,側(cè)重于進(jìn)行有限的特征量監(jiān)測(cè),且局限于單臺(tái)或某一類設(shè)備的監(jiān)測(cè)。在民用建筑中,這些缺點(diǎn)極大限制了該技術(shù)的應(yīng)用前景。因而,民用建筑電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是降低成本、提高系統(tǒng)的適用性,既能在線監(jiān)測(cè)又能遠(yuǎn)程診斷故障,形成一種分布式、綜合性遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)[1]。

3民用建筑的電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程診斷技術(shù)

建筑電氣系統(tǒng)是建筑不可分割的一部分,是建筑能否發(fā)揮其預(yù)期功能的關(guān)鍵要素。一旦建筑電氣系統(tǒng)發(fā)生故障,會(huì)引起設(shè)備停機(jī)、計(jì)算機(jī)信息數(shù)據(jù)丟失、火災(zāi)等事故,給人們的工作和生活帶來(lái)極大的不便乃至造成經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡。目前民用建筑電氣系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程診斷技術(shù)研究還未像繼電保護(hù)等技術(shù)研究那么深入和廣泛,這主要是隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,建筑電氣系統(tǒng)的功能隨之增加,作為一個(gè)與實(shí)際聯(lián)系緊密的研究對(duì)象,狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)相對(duì)于建筑電氣系統(tǒng)的復(fù)雜性、重要性還未引起足夠的重視。現(xiàn)如今,建筑電氣系統(tǒng)的發(fā)展已不可同日而語(yǔ),隨著用電設(shè)備的增多,負(fù)荷急劇增加,傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)和方法已稍顯不足,需要研究有針對(duì)性的適用于建筑電氣系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)。

4建筑電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程診斷技術(shù)的工程試驗(yàn)

4.1核心設(shè)備選型與設(shè)置

為了實(shí)現(xiàn)建筑電氣設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè),需要一種可精確采集電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)并且可將測(cè)量結(jié)果遠(yuǎn)傳到上位機(jī)的電氣元件。本文選用某公司研發(fā)的智能測(cè)控單元(IntelligentMeasurementandControlUnit,簡(jiǎn)稱“ICU”)。

4.1.1ICU的基本性能額定電壓:~220V/50Hz;額定電流:16A;計(jì)量精度:電壓、電流為0.5級(jí),功率為1級(jí);工作環(huán)境:溫度10~60℃,濕度<85%RH。

4.1.2ICU基本功能計(jì)量功能:計(jì)量電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù),包括電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、相位角。遠(yuǎn)傳功能:可通過有線方式(RS485)和無(wú)線方式(ZigBee)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī),上位機(jī)也可以給智能測(cè)控單元發(fā)送控制指令。

4.1.3實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所本研究選取華南理工大學(xué)某辦公樓的一間大開間辦公室中的照明系統(tǒng)作為研究對(duì)象。

4.1.4設(shè)備安裝與調(diào)試智能測(cè)控單元在電箱中采用導(dǎo)軌安裝,主要接線有兩種:一種為~220V回路接線,另一種為RS485通信線,每一種均為一對(duì)進(jìn)一對(duì)出。接線完成后,對(duì)每個(gè)智能測(cè)控單元進(jìn)行調(diào)試與設(shè)置,完成后即可正常監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備(電燈)的狀態(tài)。

4.2建筑電氣設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

智能測(cè)控單元內(nèi)部的采樣芯片可以采集到各項(xiàng)電氣參數(shù),如電壓、電流和功率等。為了便于觀察與分析,將各項(xiàng)數(shù)據(jù)集中顯示在上位機(jī)系統(tǒng)中。通過電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可以在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),如圖1所示,U為實(shí)時(shí)電壓、I為實(shí)時(shí)電流值、P為實(shí)時(shí)功率等。為了便于設(shè)備故障診斷,應(yīng)將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值存入數(shù)據(jù)庫(kù)。編程如下:<CHANNELName="數(shù)據(jù)記錄"Description="報(bào)警記錄"ConnectString="Provider=SQLOLEDB.1;PersistSecurityInfo=True;UserID=sa;Password=snw123456;InitialCatalog=SBZT;DataSource=BMS\MSSQLSERVER2008"RcdCycleMs="10"><DEVICES></DEVICES></CHANNEL>其中,“RcdCycleMs”表示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的周期,單位為ms,“RcdCycleMs="10"”代表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)每隔0.01s存儲(chǔ)一次,可根據(jù)所監(jiān)測(cè)設(shè)備的特點(diǎn)和對(duì)數(shù)據(jù)精細(xì)度的要求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4.3建筑電氣設(shè)備狀態(tài)的故障預(yù)警

系統(tǒng)可根據(jù)電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所測(cè)量的電氣設(shè)備運(yùn)行過程中的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)分析。基于對(duì)設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行參數(shù)的分析,可以設(shè)定故障預(yù)警。以電壓狀態(tài)故障預(yù)警為例,假定所需監(jiān)控的電氣設(shè)備耐壓值為220V±20%(176~264V),則可取電壓高壓報(bào)警閾值為250V,電壓低壓報(bào)警閾值為190V。若設(shè)備實(shí)際運(yùn)行電壓高于250V,或低于190V,電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)即發(fā)出警報(bào),警告設(shè)備將會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行故障甚至損壞。如圖1中的AlarmUh值和AlarmUl值,若為“FALSE”表示未有報(bào)警,若為“TRUE”則表示報(bào)警。本研究中,研究對(duì)象為照明燈具,經(jīng)實(shí)測(cè),電壓一般可穩(wěn)定在218~230V之間,電流值則一般為0.15~0.38A之間。因此,設(shè)定電壓高壓報(bào)警閾值為250V及低壓報(bào)警閾值為190V較為合理。同時(shí),可設(shè)定電流報(bào)警閾值為0.5A。盡管電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的電壓、電流值等,并能作出預(yù)警,但由于故障一般都在瞬間發(fā)生,所以并不能有效起到電氣保護(hù)作用。絕大部分情況下,仍需要空氣開關(guān)或其他電氣保護(hù)裝置對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。

4.4建筑電氣設(shè)備狀態(tài)的故障診斷

某次,使用人員通過開關(guān)按鈕開啟一盞電燈,電燈在點(diǎn)亮后瞬間熄滅,后續(xù)沒法繼續(xù)開啟,出現(xiàn)故障。為了分析故障原因,可從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,如表1所示。從表1中可看出,該電氣設(shè)備在10時(shí)14分20.17秒之前處于關(guān)閉狀態(tài),電壓穩(wěn)定為221V,電流值穩(wěn)定為0.01A(由于智能測(cè)控單元本身有一定能耗,所以電流值不為零)。在10時(shí)14分20.17秒時(shí),使用人員手動(dòng)通過開關(guān)按鈕開啟電源,電流值開始上升。由于發(fā)生故障,電流上升極快,0.01s內(nèi)即達(dá)到電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所設(shè)定的電流報(bào)警閾值,并且0.03s后超過16A,之后,電流、電壓均變?yōu)?。由數(shù)據(jù)可分析出,由于電流過大,觸發(fā)了空氣開關(guān)保護(hù)動(dòng)作,所以,空氣開關(guān)及時(shí)切斷了電源。查明原因后,技術(shù)人員恢復(fù)空氣開關(guān)供電即可;如無(wú)法恢復(fù),則進(jìn)一步檢查配電線路是否存在短路等問題。

5結(jié)語(yǔ)

借助智能測(cè)控單元,可以建立基于遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)的建筑電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),對(duì)建筑電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),可以監(jiān)測(cè)其電壓、電流等信息,并實(shí)時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)出現(xiàn)電氣設(shè)備的故障后,可以很容易根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)值分析出設(shè)備的故障原因,極大地方便了電氣故障的檢修與維護(hù)工作。在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)測(cè)技術(shù)突飛猛進(jìn)的情況下,民用建筑電氣設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)必然迎來(lái)更大的突破。

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作者:曾志雄 陳喬敬 單位:華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院

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