淺談電力監(jiān)控系統(tǒng)在工廠變電站的應(yīng)用

摘 要：介紹了工廠電力監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用及工程施工中所遇到的問(wèn)題和解決措施。

關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控系統(tǒng)Modbus通信協(xié)議多功能電表分布式

0引言

系統(tǒng)功能概要變配電計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以利用計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使變電站值班人員迅速而準(zhǔn)確地獲得變電站運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息，完整地掌握變電站的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站運(yùn)行的故障并做出相應(yīng)的決策和處理，同時(shí)可以使值班管理人員根據(jù)變配電系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行負(fù)荷分析、合理調(diào)度、遠(yuǎn)控合分閘，減少和避免操作、誤判斷，縮短事故停電時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠變配電系統(tǒng)的現(xiàn)代化運(yùn)行管理。

1變電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架

國(guó)內(nèi)外變電站自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展大體經(jīng)歷了集中式和分布式兩個(gè)階段。

1.1集中式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)

集中式變電站系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)層、控制層和信息層?，F(xiàn)場(chǎng)層主要包括高壓開(kāi)關(guān)柜綜合保護(hù)繼電器、集合式多功能電表、故障波形記錄器與變壓器溫度儀表等。

控制層采用了1臺(tái)PI．C，負(fù)責(zé)采集各高低壓斷路器分合閘狀態(tài)、手車工作位置以及直流屏故障報(bào)警等信號(hào)。在主監(jiān)控計(jì)算機(jī)的控制下，通過(guò)PLC輸出模塊將警報(bào)信號(hào)盤上光字牌

點(diǎn)亮并使聲光報(bào)警器動(dòng)作。另外，控制層使用光纖收容箱和ZC-22通信轉(zhuǎn)換器將現(xiàn)場(chǎng)層的綜保繼電器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RS-232通信方式，將數(shù)據(jù)傳送到電力監(jiān)控計(jì)算機(jī)。

信息層主要是l臺(tái)工控機(jī)，安裝了Elipse ScadaV3．0電力監(jiān)控軟件。電力監(jiān)控系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)為SOL Server 2000，用于保存電力監(jiān)控系統(tǒng)采集的各種數(shù)據(jù)以生成用戶所需的報(bào)表和趨勢(shì)圖等。

集中式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在的主要問(wèn)題是：信息層的工控機(jī)即前置管理機(jī)任務(wù)繁重、引線多，形成了信息的“瓶頸”，降低了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。在前置機(jī)故障情況下，將失去當(dāng)?shù)丶斑h(yuǎn)方的所有信息及功能；自動(dòng)化擴(kuò)展需求的功能難以實(shí)現(xiàn)。

1.2分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)

整個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，按照功能劃分為后臺(tái)機(jī)系統(tǒng)、服務(wù)器系統(tǒng)和前置機(jī)系統(tǒng)3個(gè)子系統(tǒng)。后臺(tái)機(jī)、服務(wù)器、前置機(jī)之間采用高速以太網(wǎng)通信，前置機(jī)和保護(hù)裝置、智能模塊之間采用主流工業(yè)接口(如RS-485等)，內(nèi)嵌IEC 870—5—103、Modbus RTU等通信規(guī)約，同時(shí)為企業(yè)管理系統(tǒng)BA、OA、MIS等留有接口，便于企業(yè)內(nèi)部各個(gè)系統(tǒng)無(wú)縫集成。分布式電力監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖l所示。

圖1分布式電力監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.3分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比集中式系統(tǒng)具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：

（1）可靠性高，任一部分設(shè)備故障只影響局部，風(fēng)險(xiǎn)分散；當(dāng)站控層系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)故障，只影響到監(jiān)控部分，而重要的保護(hù)、控制功能在間隔層仍可繼續(xù)運(yùn)行。

（2）間隔層任一智能單元損壞不會(huì)導(dǎo)致全站的通信中斷和長(zhǎng)期占用全站的通信網(wǎng)絡(luò)。

（3）分布式結(jié)構(gòu)可大大減少電纜，節(jié)約投資，簡(jiǎn)化了調(diào)試過(guò)程。

2監(jiān)控系統(tǒng)功能

2.1變配電計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)具有如下功能：

（1）變電站實(shí)時(shí)在線監(jiān)視運(yùn)行，采用變配電計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，不僅能對(duì)系統(tǒng)各種運(yùn)行開(kāi)關(guān)量狀態(tài)和電量參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和顯示，而且更安全、可靠、直觀。

（2）及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行故障報(bào)警和故障跳閘報(bào)警。

（3）可對(duì)潛在的事故進(jìn)行預(yù)報(bào)警，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各種電量的超限報(bào)警。

（4）改善配電系統(tǒng)管理。

（5）供電質(zhì)量(諧波失真度THD／*大、*小、平均值／電壓合格率)實(shí)時(shí)分析功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)供電質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)，便于分析電網(wǎng)故障原因。

3應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

（1）電力監(jiān)控系統(tǒng)在工廠實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意如下問(wèn)題：在電力監(jiān)控硬件的選用上應(yīng)注重質(zhì)量穩(wěn)定、保護(hù)功能齊全的硬件。曾經(jīng)某項(xiàng)目選用l臺(tái)研華工控機(jī)(EIX；-4504 NPORT)，在使用不到1年的時(shí)間就發(fā)生故障，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域的電力監(jiān)控癱瘓，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各變電站高低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備狀態(tài)和變壓器工作溫度等重要參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)的電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表也無(wú)法正常生成。雖然聯(lián)系原廠家進(jìn)行維修，但是由于維修時(shí)間超過(guò)半個(gè)月，給用戶帶來(lái)很大的不便。

（2）在電力監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)平衡好計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)系。監(jiān)控主機(jī)的首要任務(wù)是實(shí)時(shí)地觀察變電站內(nèi)各高低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的工作狀態(tài)以及報(bào)警信號(hào)，而電能數(shù)據(jù)采集是監(jiān)控主機(jī)的次要任務(wù)。但在系統(tǒng)應(yīng)用中，現(xiàn)場(chǎng)大量的多功能電表采集數(shù)據(jù)也接人監(jiān)控主機(jī)，造成監(jiān)控主機(jī)既要負(fù)責(zé)與變電站內(nèi)各綜保繼電器數(shù)據(jù)通信，又要和現(xiàn)場(chǎng)大量的多功能電表進(jìn)行通信，導(dǎo)致監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)資源被大量占用，系統(tǒng)工作速度放慢，甚至發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象。解決辦法為增加l臺(tái)IBM Server運(yùn)行SQL Server2000的工作計(jì)算機(jī)，把監(jiān)控系統(tǒng)分成操作主機(jī)與數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)，改善數(shù)據(jù)庫(kù)占用計(jì)算機(jī)資源太大的問(wèn)題。

（3）系統(tǒng)報(bào)警應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確，報(bào)警與現(xiàn)場(chǎng)故障時(shí)間同步，*低報(bào)警反應(yīng)時(shí)間小于1秒，不能出現(xiàn)任何誤動(dòng)作或誤報(bào)警。由于系統(tǒng)綜保繼電器的通信連接采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，當(dāng)連接的綜保繼電器數(shù)量較多時(shí)，監(jiān)控主機(jī)的一次掃描周期就需要半分鐘以上，當(dāng)其中1臺(tái)綜保繼電器發(fā)出的報(bào)警信息正好在主機(jī)掃描周期剛剛結(jié)束時(shí)發(fā)出，待掃描到新的報(bào)警信息時(shí)間還需要1個(gè)周期，系統(tǒng)報(bào)警時(shí)間將會(huì)超過(guò)1分鐘，因此不能及時(shí)地進(jìn)行報(bào)警。解決辦法為優(yōu)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和通信協(xié)議，變被動(dòng)的系統(tǒng)掃描查詢報(bào)警信息模式為報(bào)警單元發(fā)出報(bào)警信息后系統(tǒng)主動(dòng)接受和判別的模式，以提高系統(tǒng)報(bào)警響應(yīng)時(shí)間。

（4）在電力監(jiān)控工程施工中還應(yīng)注意電力監(jiān)控系統(tǒng)的線路不能影響繼電保護(hù)系統(tǒng)，繼電保護(hù)的控制回路不能進(jìn)入站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)只是用來(lái)顯示，安全可靠性等級(jí)較低的系統(tǒng)不能影響等級(jí)更高的系統(tǒng)；做好系統(tǒng)各報(bào)警點(diǎn)的功能測(cè)試，在系統(tǒng)完成后一定要進(jìn)行各高低壓開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)和報(bào)警功能的測(cè)試，以防發(fā)生誤報(bào)和漏報(bào)。

4安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

4.1概述

針對(duì)用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級(jí)），通過(guò)微機(jī)保護(hù)裝置、開(kāi)關(guān)柜綜合測(cè)控裝置、電氣接點(diǎn)無(wú)線測(cè)溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動(dòng)化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運(yùn)行和全面管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開(kāi)閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z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)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制、通信等功能于一體的開(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)變電站全方位的控制和管理，滿足變電站無(wú)人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

4.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

4.3系統(tǒng)架構(gòu)

Acrel-2000Z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。

4.4系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

（2）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。

（3）曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

（4）運(yùn)行報(bào)表：查詢各回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)。

（5）實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

（6）歷史事件查詢：對(duì)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。

（7）電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表：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。

（8）用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

（9）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（10）電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)：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)。

（11）遙控功能：可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

（12）故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過(guò)程的各種電氣量的變化情況。

（13）事故追憶：可自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)信息。

（14）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。

（15）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系統(tǒng)硬件配置

參考文獻(xiàn)：

[1]郭丹春.工廠變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.