淺談電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

徐杰

江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司 江蘇江陰 214432

摘要：電力監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控功能、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層設(shè)備的選擇、通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性、監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)的型式等問(wèn)題應(yīng)根據(jù)建筑物的性質(zhì)、特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)條件和電力系統(tǒng)的條件，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定，這樣才能充分利用資金構(gòu)建安全、節(jié)能、高效、實(shí)用的電力監(jiān)控系統(tǒng)。本文通過(guò)深入的研究電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能，分析了電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析的措施，僅供參考。

關(guān)鍵詞：電力；監(jiān)控；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，電力系統(tǒng)的生產(chǎn)力也在不斷的提升，企業(yè)對(duì)供電質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。然而，在這種大環(huán)境下，企業(yè)中的電力生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)所需要的成本所占的比重也開(kāi)始大幅度上升。如何提高電力生產(chǎn)的效率，如何減少運(yùn)營(yíng)的損失，如何降低發(fā)電的成本，如何提高電力系統(tǒng)監(jiān)管的水平已經(jīng)成為企業(yè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。為此，合理化的供配電設(shè)計(jì)，高效可靠的電力監(jiān)控已經(jīng)成為了石化企業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。本文主要就電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，希望能夠?yàn)槭?lèi)電力監(jiān)控發(fā)展提供一定的幫助。

二、電力監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架

（1）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層主要由多功能繼電保護(hù)裝置、智能斷路器的微機(jī)單元、多功能電力網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控儀表、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊、可編程序控制器（ProgrammableLogicController，PLC）等監(jiān)控單元設(shè)備組成。這些裝置和模塊與一次設(shè)備對(duì)應(yīng)配置，就地安裝于配電柜內(nèi)。這些設(shè)備均帶有RS-485網(wǎng)絡(luò)通信接口，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將相關(guān)設(shè)備連接起來(lái)，上傳信息至通信管理層。部分監(jiān)控單元不依賴網(wǎng)絡(luò)而獨(dú)立完成對(duì)監(jiān)控對(duì)象（一次設(shè)備）的保護(hù)、控制、監(jiān)測(cè)。另外視工程的需求，監(jiān)控單元可配置開(kāi)關(guān)狀態(tài)顯示、運(yùn)行參數(shù)、保護(hù)整定值、故障信息和事故記錄等功能。（2）網(wǎng)絡(luò)管理層處于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層與系統(tǒng)管理層之間，主要由現(xiàn)場(chǎng)管理機(jī)（數(shù)據(jù)采集器）、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、以太網(wǎng)交換機(jī)、通信處理器等設(shè)備組成，主要任務(wù)是完成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層和網(wǎng)絡(luò)管理層之間的網(wǎng)絡(luò)連接、轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)、命令傳輸與交換，通過(guò)以太網(wǎng)還可以實(shí)現(xiàn)與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)等其他系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，共享信息資源。（3）系統(tǒng)管理層通常配置高性能工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、顯示器、打印機(jī)、不間斷電源（UninterruptiblePowerSupply，UPS）、報(bào)警器、動(dòng)態(tài)模擬屏等，設(shè)置于電氣總控制室或值班室內(nèi)，計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝控制軟件，將中間層傳來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備數(shù)據(jù)通過(guò)人機(jī)界面的方式顯示，控制人員可發(fā)送命令給現(xiàn)場(chǎng)控制層設(shè)備，完成相應(yīng)的操作和整定設(shè)置。

三、電力監(jiān)控的基本功能

3.1電力監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行離不開(kāi)計(jì)算機(jī)及其各類(lèi)型功能軟件的支持

電力監(jiān)控系統(tǒng)不僅需要結(jié)合相關(guān)專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)采集到的信息進(jìn)行及時(shí)更新，而且還要充分利用網(wǎng)絡(luò)功能對(duì)軟件進(jìn)行相關(guān)的升級(jí)處理，從而有效保證監(jiān)控系統(tǒng)軟件使用的靈活、可靠、高效以及數(shù)據(jù)信息的高速傳遞?；陔娏ΡO(jiān)控的優(yōu)勢(shì)所在，供配電設(shè)計(jì)獲取了良好的環(huán)境，并且，這給監(jiān)控同步以及多方監(jiān)控一方功能的實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為此，電力監(jiān)控系統(tǒng)也可以打破常規(guī)的地域限制，充分利用監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)供配電傳遞信息進(jìn)行處理的目的。

3.2電力監(jiān)控系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信的功能

電力監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)監(jiān)控裝置的通信接口和光端機(jī)聯(lián)系，并利用光纖達(dá)到數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信的目的。并且，在監(jiān)控裝置內(nèi)還可以安裝一個(gè)modem通信模塊，這樣就能夠利用固定的電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行撥號(hào)連接，從而訪問(wèn)監(jiān)控裝置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集。

3.3電力監(jiān)控系統(tǒng)集成停電抄表

如果發(fā)生停電事故或者相關(guān)的設(shè)備電源模塊出現(xiàn)故障的時(shí)候，有關(guān)工作人員時(shí)常會(huì)有讀取測(cè)控儀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的需求。為此，電力監(jiān)控裝置通常應(yīng)當(dāng)設(shè)置備用電源接口，以便在任何情況下都可以獲取測(cè)控儀存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。并且，對(duì)于存儲(chǔ)器而言，其還應(yīng)當(dāng)具有靜態(tài)存儲(chǔ)的功能，這樣即使是遇到停電的情況，相關(guān)數(shù)據(jù)依然可以被有效保存，從而避免數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象的出現(xiàn)。

四、電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

4.1監(jiān)控中心模塊

對(duì)于重點(diǎn)的工作內(nèi)容制定適當(dāng)?shù)姆桨?，以雙網(wǎng)雙機(jī)冗余技術(shù)為基礎(chǔ)，目的在于如何均衡網(wǎng)絡(luò)主機(jī)負(fù)載以及網(wǎng)絡(luò)流量。雙網(wǎng)雙機(jī)冗余配置的監(jiān)控中心的設(shè)計(jì)過(guò)程中是要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分層以及綁定虛擬IP地址等技術(shù)，更大程度上減少網(wǎng)絡(luò)上的擁擠程度，同時(shí)有益于達(dá)到網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷均衡的目的。網(wǎng)絡(luò)分層就是通過(guò)對(duì)原有監(jiān)控網(wǎng)分成為監(jiān)控子網(wǎng)以及采集子網(wǎng)，把所采集的信息進(jìn)行詳細(xì)的分類(lèi)產(chǎn)生分層。監(jiān)控子站中所有的信息數(shù)據(jù)都會(huì)通過(guò)采集子網(wǎng)來(lái)進(jìn)行融匯，形成中級(jí)的“熟數(shù)據(jù)"傳送到監(jiān)控子網(wǎng)上，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，監(jiān)控子網(wǎng)傳輸?shù)囊饬x，就是對(duì)采集子網(wǎng)的“熟數(shù)據(jù)"；“虛擬IP地址綁定"相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)對(duì)有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行主備雙網(wǎng)后，進(jìn)行“虛擬"網(wǎng)絡(luò)組合成對(duì)外部可看見(jiàn)的IP地址以及網(wǎng)絡(luò)，這樣對(duì)于外部網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，就是相當(dāng)于有一個(gè)網(wǎng)段，這種工作方式；能使內(nèi)部使用的網(wǎng)絡(luò)“協(xié)同"軟件將全面的對(duì)所承載的網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行平均分化；主機(jī)“協(xié)同"軟件的使用，對(duì)采集子網(wǎng)的主機(jī)通過(guò)進(jìn)行分組，廠站信息分別用不同的機(jī)器進(jìn)行處理，不僅能對(duì)數(shù)據(jù)處理的更加快速，降低誤差，同時(shí)至大可能的降低主機(jī)負(fù)荷度。兩臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器前置機(jī)的進(jìn)程同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，兩臺(tái)機(jī)器進(jìn)行協(xié)同工作，而不是主備方式各自工作，能夠更好的降低主機(jī)的負(fù)荷度。

4.2電力監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)選擇

電力監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，應(yīng)采用高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，并配以穩(wěn)定的UPS。當(dāng)變配電系統(tǒng)為一般的中小型系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求不高，建議采用單主機(jī)型式；當(dāng)變配電系統(tǒng)為重要的大型系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求較高，建議采用雙主機(jī)在線冗余運(yùn)行，互為備份，確保系統(tǒng)安全、可靠；當(dāng)變配電系統(tǒng)中有部分特別重要的、對(duì)實(shí)時(shí)性控制要求高的監(jiān)控系統(tǒng)，可采用高可靠性的PLC直接對(duì)該部分編程控制。

4.3電力監(jiān)控系統(tǒng)與電能管理系統(tǒng)的關(guān)系

從監(jiān)控范圍來(lái)看，電力監(jiān)控系統(tǒng)的主要監(jiān)控對(duì)象是變配電所和發(fā)電機(jī)房的配電系統(tǒng)，而電能管理系統(tǒng)是除了上述系統(tǒng)以外，還需監(jiān)控整個(gè)建筑內(nèi)需要計(jì)量的租戶、設(shè)備等電氣參數(shù)，范圍更廣。從監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求來(lái)看，電力監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高。而電能管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性和可靠性要求不高，而側(cè)重于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析。因此在工程設(shè)計(jì)中，建議在變配電主系統(tǒng)中設(shè)計(jì)電力監(jiān)控系統(tǒng)，其功能除了滿足該系統(tǒng)的要求外，還應(yīng)兼顧電能管理系統(tǒng)的需求，尤其關(guān)注系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性，然后將電力監(jiān)控系統(tǒng)采集到的電能參數(shù)打包上傳至電能管理系統(tǒng)。電能管理系統(tǒng)除了接收上述數(shù)據(jù)外，還需采集工程中其他區(qū)域所需計(jì)量的電能參數(shù)，而電能管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理層對(duì)通信實(shí)時(shí)性和可靠性的要求相對(duì)較低，可節(jié)省投資。

五、安科瑞產(chǎn)品介紹

5.1概述

Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)化及無(wú)人值守的要求，針對(duì)35kV及以下電壓等級(jí)研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制、通信等多功能于一體的開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級(jí)的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站多方位的控制和管理，滿足變電站無(wú)人或少人值守的需求，為變電站、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

5.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

圖1電力監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方式

5.2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。其中，10kV配電系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)的開(kāi)關(guān)量主要有：斷路器分、合閘信號(hào)，手車(chē)工作、試驗(yàn)位置信號(hào)，遠(yuǎn)方/就地切換位置信號(hào)、彈簧儲(chǔ)能狀態(tài)信號(hào)、接地刀合分信號(hào)、變壓器超溫跳閘信號(hào)、高溫報(bào)警信號(hào)，保護(hù)跳閘信號(hào)和事故預(yù)告信號(hào)；400V低壓進(jìn)線回路電參量主要有：開(kāi)關(guān)狀態(tài)、三相電流、三相電壓、總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計(jì)值；400V低壓出線回路主要有：開(kāi)關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警、三相（單相）電流、三相功率。

5.2.2 詳細(xì)電參量查詢

在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線。

5.2.3運(yùn)行報(bào)表

查詢各回路或設(shè)備指定時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無(wú)功功率、正向有功電能等。

5.2.4 實(shí)時(shí)告警

安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。系統(tǒng)還具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語(yǔ)音告警。

5.2.5 歷史事件查詢

安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

5.2.6 電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)以豐富的報(bào)表體支撐量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。

5.2.7 用戶權(quán)限管理

安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫(kù)修改等）?？梢远x不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。

5.2.8 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)。例如配電系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過(guò)諧波分析界面掌握配電系統(tǒng)的諧波含量，及時(shí)采取相應(yīng)的措施提高配電系統(tǒng)的可靠性，減少因諧波造成的供電事故的發(fā)生。

5.2.9 Web訪問(wèn)

展示頁(yè)面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量等概況信息，設(shè)備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁(yè)顯示場(chǎng)站的變壓器數(shù)量、回路個(gè)數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控、變壓器、通信、視頻切換到需要查看的界面。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測(cè)各個(gè)回路的線纜溫度、電壓、電流、功率曲線信息。實(shí)時(shí)變壓器曲線可監(jiān)測(cè)變壓器的狀態(tài)，某天的電壓、電流、功率、用電量等曲線信息。接線圖頁(yè)面通過(guò)一次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數(shù)變化，包括遙測(cè)、遙信等信息(遙信信號(hào)需要斷路供輔助觸點(diǎn)支持)，刷新的時(shí)間<=5s。能耗統(tǒng)計(jì)頁(yè)面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢(shì)曲線，電能環(huán)比， 用電排名。運(yùn)維管理-通信狀態(tài)顯示監(jiān)測(cè)接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。

5.2.10 APP訪問(wèn)

設(shè)備數(shù)據(jù)頁(yè)面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

5.3 相關(guān)產(chǎn)品

六、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在石化企業(yè)中電力監(jiān)控系統(tǒng)具有可靠、高效的監(jiān)控能力，是實(shí)現(xiàn)合理化供配電設(shè)計(jì)和電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要保障。保障電力監(jiān)控基本功能的充分實(shí)現(xiàn)，優(yōu)化現(xiàn)有的監(jiān)控方式，是保障供配電智能化處理，實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)控制的重要途徑，推動(dòng)石化企業(yè)的發(fā)展。

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