民用建筑電氣設備遠程監測與診斷范文

本站小編為你精心準備了民用建筑電氣設備遠程監測與診斷參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：以電氣設備故障監測和診斷技術為背景，以傳統電氣設備狀態監測方案為基礎，探索一種基于智能測控單元、面向民用建筑電氣設備的遠程監測與診斷系統，并在實際工程中展開實驗。實驗表明，遠程監測和診斷技術可以方便電氣故障的檢修與維護工作。

關鍵詞：民用建筑；建筑電氣；設備狀態；遠程監測；遠程診斷；智能測控；故障預警；物聯網

引言

隨著我國社會經濟的新一輪發展，用電需求進一步擴大，電力系統中電氣設備發生故障的頻率逐漸增加，而故障所引起的經濟損失也呈增長態勢。在電子信息技術日新月異的今天，電力設備更新換代的步伐在加快，電氣設備的故障類型和模式趨于復雜化、非規律化，對設備實時監測和故障診斷技術提出了更高的要求。因此，無論是經濟發展的需要，還是技術更新帶來的推動，都要求必須加大對電氣設備診斷技術的創新力度［1］。鑒于電氣設備種類繁多，故障類型和模式趨于具有不確定性、不規律性，現有的技術檢測手段仍存在不足，很多情況下需由技術人員基于豐富的理論知識和現場經驗進行長時間的診斷分析，才能最終找出故障原因和修復方案［2］。在這種模式下，需要專家到現場進行檢查、分析，一方面延長了設備恢復的時間，增加了設備維護成本；另一方面，一些電氣設備的運行環境往往非常惡劣，給專家進行現場檢測帶來了非常大的困難。

1電氣設備狀態監測與故障診斷技術的研究意義

電氣設備故障監測和診斷技術受到了國內外電力行業的普遍重視，該技術發展迅速，不斷取得新的研究成果。電氣設備狀態監測和故障診斷的意義，一方面，在于提前了解和跟蹤電氣設備在使用過程中的運行狀態，提前發現設備故障隱患，確定其整體和局部是否正常，在早期發現設備的故障及其產生原因，并對故障發生部位、性質作出評估，能夠預報故障發展趨勢；另一方面，在于發生設備故障時，能夠及時采取必要的報警和應急措施，防止故障進一步惡化或擴散，從而避免嚴重的人員傷亡、環境污染和經濟損失。總體而言，運用電氣狀態監測和故障診斷技術，可以在運行、維修、管理等設備的全生命周期提供幫助，有利于保障設備正常運行、預防設備故障、提高維護效率、降低維修成本等，確保工業生產和日常生活的安全運行，在現代化大生產中發揮著重要作用，越來越受到人們的重視［3］。

2電氣設備狀態監測與遠程診斷技術的發展趨勢

電氣設備監測和診斷技術最早于20世紀30年代出現在軍事領域，主要應用電子儀表代替機械設備來計量設備的狀態相關參數，并出現了早期的自動式監測儀器，隨后技術的研究和應用迅速普及。在20世紀60~80年代，正是計算機技術、傳感器技術、微電子技術突飛猛進的時期，加上航空航天和工業領域的極大需求，設備監測和診斷技術迅速發展。20世紀末，在冶金礦山、交通運輸、化工、發電、農業和機械制造等行業已經開始應用設備診斷技術，其發展日新月異，經濟效益日益明顯。進入21世紀后，這一技術迅速滲透到國民經濟各部門，應用已相當普及，設備故障診斷技術水平的提高，開始向智能化方向發展［4］。可以看出，電氣設備狀態監測及診斷技術主要經歷了3個明顯的發展階段：早期階段利用獨立式的電子儀表代替技術人員的感官判斷，但該診斷仍極大依靠技術人員的專業知識和經驗；中期階段得益于計算機和電子技術的發展，可以大量采用傳感器進行電氣信息的采集，并開始運用計算機技術進行在線、即時的信號處理以及故障診斷；在當前階段，則借助于物聯網技術、遠程監控技術和計算機模擬仿真技術的極大發展，逐漸形成了智能型的遠程監測和診斷系統［5］。但在日常工作中，筆者發現目前的監測和診斷系統總體上價格昂貴、容量較低、計算能力相對有限，側重于進行有限的特征量監測，且局限于單臺或某一類設備的監測。在民用建筑中，這些缺點極大限制了該技術的應用前景。因而，民用建筑電氣設備狀態監測和診斷技術的發展趨勢應該是降低成本、提高系統的適用性，既能在線監測又能遠程診斷故障，形成一種分布式、綜合性遠程監測診斷系統［1］。

3民用建筑的電氣設備狀態監測與遠程診斷技術

建筑電氣系統是建筑不可分割的一部分，是建筑能否發揮其預期功能的關鍵要素。一旦建筑電氣系統發生故障，會引起設備停機、計算機信息數據丟失、火災等事故，給人們的工作和生活帶來極大的不便乃至造成經濟損失和人身傷亡。目前民用建筑電氣系統的在線監測和遠程診斷技術研究還未像繼電保護等技術研究那么深入和廣泛，這主要是隨著信息技術的飛速發展，建筑電氣系統的功能隨之增加，作為一個與實際聯系緊密的研究對象，狀態監測和診斷技術相對于建筑電氣系統的復雜性、重要性還未引起足夠的重視。現如今，建筑電氣系統的發展已不可同日而語，隨著用電設備的增多，負荷急劇增加，傳統的檢測技術和方法已稍顯不足，需要研究有針對性的適用于建筑電氣系統的故障診斷技術。

4建筑電氣設備狀態監測與遠程診斷技術的工程試驗

4.1核心設備選型與設置

為了實現建筑電氣設備狀態的遠程監測，需要一種可精確采集電氣設備運行參數并且可將測量結果遠傳到上位機的電氣元件。本文選用某公司研發的智能測控單元（IntelligentMeasurementandControlUnit，簡稱“ICU”）。

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

4.1.2ICU基本功能計量功能：計量電氣設備的運行參數，包括電壓、電流、有功功率、無功功率、相位角。遠傳功能：可通過有線方式（RS485）和無線方式（ZigBee）將數據傳輸到上位機，上位機也可以給智能測控單元發送控制指令。

4.1.3實驗場所本研究選取華南理工大學某辦公樓的一間大開間辦公室中的照明系統作為研究對象。

4.1.4設備安裝與調試智能測控單元在電箱中采用導軌安裝，主要接線有兩種：一種為~220V回路接線，另一種為RS485通信線，每一種均為一對進一對出。接線完成后，對每個智能測控單元進行調試與設置，完成后即可正常監測電氣設備（電燈）的狀態。

4.2建筑電氣設備狀態的實時監測

智能測控單元內部的采樣芯片可以采集到各項電氣參數，如電壓、電流和功率等。為了便于觀察與分析，將各項數據集中顯示在上位機系統中。通過電氣設備狀態監測系統，可以在線實時監測電氣設備的運行狀態，如圖1所示，U為實時電壓、I為實時電流值、P為實時功率等。為了便于設備故障診斷，應將實時監測值存入數據庫。編程如下：<CHANNELName="數據記錄"Description="報警記錄"ConnectString="Provider=SQLOLEDB.1;PersistSecurityInfo=True;UserID=sa;Password=snw123456;InitialCatalog=SBZT;DataSource=BMS\MSSQLSERVER2008"RcdCycleMs="10"><DEVICES></DEVICES></CHANNEL>其中，“RcdCycleMs”表示數據存儲的周期，單位為ms，“RcdCycleMs="10"”代表監測數據每隔0.01s存儲一次，可根據所監測設備的特點和對數據精細度的要求進行適當調整。

4.3建筑電氣設備狀態的故障預警

系統可根據電氣設備狀態監測系統所測量的電氣設備運行過程中的狀態參數進行自動分析。基于對設備狀態運行參數的分析，可以設定故障預警。以電壓狀態故障預警為例，假定所需監控的電氣設備耐壓值為220V±20%（176~264V），則可取電壓高壓報警閾值為250V，電壓低壓報警閾值為190V。若設備實際運行電壓高于250V，或低于190V，電氣設備狀態監控系統即發出警報，警告設備將會出現運行故障甚至損壞。如圖1中的AlarmUh值和AlarmUl值，若為“FALSE”表示未有報警，若為“TRUE”則表示報警。本研究中，研究對象為照明燈具，經實測，電壓一般可穩定在218~230V之間，電流值則一般為0.15~0.38A之間。因此，設定電壓高壓報警閾值為250V及低壓報警閾值為190V較為合理。同時，可設定電流報警閾值為0.5A。盡管電氣設備狀態監測系統能實時監測電氣設備的電壓、電流值等，并能作出預警，但由于故障一般都在瞬間發生，所以并不能有效起到電氣保護作用。絕大部分情況下，仍需要空氣開關或其他電氣保護裝置對電氣設備進行保護。

4.4建筑電氣設備狀態的故障診斷

某次，使用人員通過開關按鈕開啟一盞電燈，電燈在點亮后瞬間熄滅，后續沒法繼續開啟，出現故障。為了分析故障原因，可從數據庫中調取存儲的數據進行分析，如表1所示。從表1中可看出，該電氣設備在10時14分20.17秒之前處于關閉狀態，電壓穩定為221V，電流值穩定為0.01A（由于智能測控單元本身有一定能耗，所以電流值不為零）。在10時14分20.17秒時，使用人員手動通過開關按鈕開啟電源，電流值開始上升。由于發生故障，電流上升極快，0.01s內即達到電氣設備狀態監測系統所設定的電流報警閾值，并且0.03s后超過16A，之后，電流、電壓均變為0。由數據可分析出，由于電流過大，觸發了空氣開關保護動作，所以，空氣開關及時切斷了電源。查明原因后，技術人員恢復空氣開關供電即可；如無法恢復，則進一步檢查配電線路是否存在短路等問題。

5結語

借助智能測控單元，可以建立基于遠程通信網絡的建筑電氣設備狀態監測系統，對建筑電氣設備的運行狀態進行實時監測，可以監測其電壓、電流等信息，并實時進行存儲。當出現電氣設備的故障后，可以很容易根據監測的數值分析出設備的故障原因，極大地方便了電氣故障的檢修與維護工作。在當前物聯網技術和監測技術突飛猛進的情況下，民用建筑電氣設備狀態的遠程監測與診斷技術必然迎來更大的突破。

參考文獻

［1］黃文生.電氣設備故障診斷的現狀與發展趨勢［J］.中國電力教育，2010（31）：265-266.

［2］恒，沿璋，談克雄，等.電氣設備狀態監測與故障診斷技術［M］.3版.北京：中國電力出版社，2009.

［3］羅亞.機電設備故障診斷技術發展探析［J］.湖北三峽職業技術學院學報，2007，4（2）：52-55，63.

［4］崔彥平，傅其鳳，葛杏衛，等.機械設備故障診斷發展歷程及展望［J］.河北工業科技，2004，21（4）：59-62.

［5］王耀才.智能故障診斷技術的現狀與展望［J］.徐州建筑職業技術學院學報，2003，3（1）：37-39.

［6］中國航空規劃設計研究總院有限公司.工業與民用供配電設計手冊［M］.4版.北京：中國電力出版社，2016.

［7］中機中電設計研究院有限公司.GB50054-2011低壓配電設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2012.

［8］中國建筑東北設計研究院.JGJ16－2008民用建筑電氣設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2008.

作者：曾志雄 陳喬敬 單位：華南理工大學建筑設計研究院