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)的實際應(yīng)用及工程施工中所遇到的問題和解決措施。

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

1變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架

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

1.1集中式變電站自動化系統(tǒng)架構(gòu)

集中式變電站系統(tǒng)分為現(xiàn)場層、控制層和信息層?，F(xiàn)場層主要包括高壓開關(guān)柜綜合保護繼電器、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警等信號。在主監(jiān)控計算機的控制下，通過PLC輸出模塊將警報信號盤上光字牌

點亮并使聲光報警器動作。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)控計算機。

信息層主要是l臺工控機，安裝了Elipse ScadaV3．0電力監(jiān)控軟件。電力監(jiān)控系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫為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表和趨勢圖等。

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

1.2分布式變電站自動化系統(tǒng)架構(gòu)

整個變電站自動化系統(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機系統(tǒng)、服務(wù)器系統(tǒng)和前置機系統(tǒng)3個子系統(tǒng)。后臺機、服務(wù)器、前置機之間采用高速以太網(wǎng)通信，前置機和保護裝置、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)部各個系統(tǒng)無縫集成。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：

（1）可靠性高，任一部分設(shè)備故障只影響局部，風(fēng)險分散；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、控制功能在間隔層仍可繼續(xù)運行。

（2）間隔層任一智能單元損壞不會導(dǎo)致全站的通信中斷和長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，簡化了調(diào)試過程。

2監(jiān)控系統(tǒng)功能

2.1變配電計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)具有如下功能：

（1）變電站實時在線監(jiān)視運行，采用變配電計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)，不僅能對系統(tǒng)各種運行開關(guān)量狀態(tài)和電量參數(shù)進行實時采集和顯示，而且更安全、可靠、直觀。

（2）及時準(zhǔn)確地進行故障報警和故障跳閘報警。

（3）可對潛在的事故進行預(yù)報警，同時實現(xiàn)各種電量的超限報警。

（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)實時分析功能，可實時監(jiān)測電網(wǎng)供電質(zhì)量的各項指標(biāo)，便于分析電網(wǎng)故障原因。

3應(yīng)用過程中應(yīng)注意的問題

（1）電力監(jiān)控系統(tǒng)在工廠實際應(yīng)用過程中應(yīng)注意如下問題：在電力監(jiān)控硬件的選用上應(yīng)注重質(zhì)量穩(wěn)定、保護功能齊全的硬件。曾經(jīng)某項目選用l臺研華工控機(EIX；-4504 NPORT)，在使用不到1年的時間就發(fā)生故障，導(dǎo)致現(xiàn)場區(qū)域的電力監(jiān)控癱瘓，無法實時監(jiān)測各變電站高低壓開關(guān)設(shè)備狀態(tài)和變壓器工作溫度等重要參數(shù)，現(xiàn)場的電量統(tǒng)計報表也無法正常生成。雖然聯(lián)系原廠家進行維修，但是由于維修時間超過半個月，給用戶帶來很大的不便。

（2）在電力監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)平衡好計算機監(jiān)控系統(tǒng)與電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)系。監(jiān)控主機的首要任務(wù)是實時地觀察變電站內(nèi)各高低壓開關(guān)設(shè)備的工作狀態(tài)以及報警信號，而電能數(shù)據(jù)采集是監(jiān)控主機的次要任務(wù)。但在系統(tǒng)應(yīng)用中，現(xiàn)場大量的多功能電表采集數(shù)據(jù)也接人監(jiān)控主機，造成監(jiān)控主機既要負(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)場大量的多功能電表進行通信，導(dǎo)致監(jiān)控主機系統(tǒng)資源被大量占用，系統(tǒng)工作速度放慢，甚至發(fā)生死機現(xiàn)象。解決辦法為增加l臺IBM Server運行SQL Server2000的工作計算機，把監(jiān)控系統(tǒng)分成操作主機與數(shù)據(jù)庫主機，改善數(shù)據(jù)庫占用計算機資源太大的問題。

（3）系統(tǒng)報警應(yīng)及時準(zhǔn)確，報警與現(xiàn)場故障時間同步，*低報警反應(yīng)時間小于1秒，不能出現(xiàn)任何誤動作或誤報警。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，監(jiān)控主機的一次掃描周期就需要半分鐘以上，當(dāng)其中1臺綜保繼電器發(fā)出的報警信息正好在主機掃描周期剛剛結(jié)束時發(fā)出，待掃描到新的報警信息時間還需要1個周期，系統(tǒng)報警時間將會超過1分鐘，因此不能及時地進行報警。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，變被動的系統(tǒng)掃描查詢報警信息模式為報警單元發(fā)出報警信息后系統(tǒng)主動接受和判別的模式，以提高系統(tǒng)報警響應(yīng)時間。

（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系統(tǒng)，繼電保護的控制回路不能進入站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)只是用來顯示，安全可靠性等級較低的系統(tǒng)不能影響等級更高的系統(tǒng)；做好系統(tǒng)各報警點的功能測試，在系統(tǒng)完成后一定要進行各高低壓開關(guān)位置狀態(tài)和報警功能的測試，以防發(fā)生誤報和漏報。

4安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

4.1概述

針對用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過微機保護裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護裝置等設(shè)備組成綜合自動化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、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)自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發(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)用電力自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護、監(jiān)測、控制、通信等功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實現(xiàn)對變電站全方位的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行提供了堅實的保障。

4.2應(yīng)用場所

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化系統(tǒng)工程設(shè)計、施工和運行維護。

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，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場設(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）實時監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號。

（2）電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量。

（3）曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

（4）運行報表：查詢各回路或設(shè)備時間的運行參數(shù)。

（5）實時告警：具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

（6）歷史事件查詢：對事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

（7）電能統(tǒng)計報表：系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況。

（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：支持實時監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（10）電能質(zhì)量監(jiān)測：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。

（11）遙控功能：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。

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

（13）事故追憶：可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息。

（14）Web訪問：展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(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：設(shè)備數(shù)據(jù)頁面顯示各設(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：

[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)計與應(yīng)用手冊2022.05版.