淺談電力監(jiān)控系統設計分析

徐杰

江蘇安科瑞微電網研究院有限公司 江蘇江陰 214432

摘要：電力監(jiān)控系統的監(jiān)控功能、現場監(jiān)控層設備的選擇、通信網絡實時性、監(jiān)控系統主機的型式等問題應根據建筑物的性質、特點、經濟條件和電力系統的條件，經技術經濟比較后確定，這樣才能充分利用資金構建安全、節(jié)能、高效、實用的電力監(jiān)控系統。本文通過深入的研究電力監(jiān)控系統的功能，分析了電力監(jiān)控系統設計分析的措施，僅供參考。

關鍵詞：電力；監(jiān)控；系統；設計

一、引言

隨著科學技術的不斷發(fā)展與進步，電力系統的生產力也在不斷的提升，企業(yè)對供電質量的要求也越來越高。然而，在這種大環(huán)境下，企業(yè)中的電力生產與運營所需要的成本所占的比重也開始大幅度上升。如何提高電力生產的效率，如何減少運營的損失，如何降低發(fā)電的成本，如何提高電力系統監(jiān)管的水平已經成為企業(yè)的一項重要任務。為此，合理化的供配電設計，高效可靠的電力監(jiān)控已經成為了石化企業(yè)發(fā)展的重點。本文主要就電力監(jiān)控系統的設計進行分析，希望能夠為石化類電力監(jiān)控發(fā)展提供一定的幫助。

二、電力監(jiān)控系統構架

（1）現場監(jiān)控層主要由多功能繼電保護裝置、智能斷路器的微機單元、多功能電力網絡監(jiān)控儀表、開關量輸入/輸出模塊、可編程序控制器（ProgrammableLogicController，PLC）等監(jiān)控單元設備組成。這些裝置和模塊與一次設備對應配置，就地安裝于配電柜內。這些設備均帶有RS-485網絡通信接口，通過現場總線將相關設備連接起來，上傳信息至通信管理層。部分監(jiān)控單元不依賴網絡而獨立完成對監(jiān)控對象（一次設備）的保護、控制、監(jiān)測。另外視工程的需求，監(jiān)控單元可配置開關狀態(tài)顯示、運行參數、保護整定值、故障信息和事故記錄等功能。（2）網絡管理層處于現場監(jiān)控層與系統管理層之間，主要由現場管理機（數據采集器）、網絡服務器、以太網交換機、通信處理器等設備組成，主要任務是完成現場監(jiān)控層和網絡管理層之間的網絡連接、轉換和數據、命令傳輸與交換，通過以太網還可以實現與火災自動報警系統、建筑設備監(jiān)控系統、安全防范系統等其他系統的網絡通信，共享信息資源。（3）系統管理層通常配置高性能工業(yè)控制計算機、顯示器、打印機、不間斷電源（UninterruptiblePowerSupply，UPS）、報警器、動態(tài)模擬屏等，設置于電氣總控制室或值班室內，計算機內安裝控制軟件，將中間層傳來的現場控制設備數據通過人機界面的方式顯示，控制人員可發(fā)送命令給現場控制層設備，完成相應的操作和整定設置。

三、電力監(jiān)控的基本功能

3.1電力監(jiān)控系統的運行離不開計算機及其各類型功能軟件的支持

電力監(jiān)控系統不僅需要結合相關專業(yè)軟件對采集到的信息進行及時更新，而且還要充分利用網絡功能對軟件進行相關的升級處理，從而有效保證監(jiān)控系統軟件使用的靈活、可靠、高效以及數據信息的高速傳遞。基于電力監(jiān)控的優(yōu)勢所在，供配電設計獲取了良好的環(huán)境，并且，這給監(jiān)控同步以及多方監(jiān)控一方功能的實現打下了堅實的基礎。為此，電力監(jiān)控系統也可以打破常規(guī)的地域限制，充分利用監(jiān)控系統實現對供配電傳遞信息進行處理的目的。

3.2電力監(jiān)控系統具有數據遠程通信的功能

電力監(jiān)控系統可以通過監(jiān)控裝置的通信接口和光端機聯系，并利用光纖達到數據遠程通信的目的。并且，在監(jiān)控裝置內還可以安裝一個modem通信模塊，這樣就能夠利用固定的電話網絡進行撥號連接，從而訪問監(jiān)控裝置，實現遠程數據的采集。

3.3電力監(jiān)控系統集成停電抄表

如果發(fā)生停電事故或者相關的設備電源模塊出現故障的時候，有關工作人員時常會有讀取測控儀數據存儲器的需求。為此，電力監(jiān)控裝置通常應當設置備用電源接口，以便在任何情況下都可以獲取測控儀存儲的數據。并且，對于存儲器而言，其還應當具有靜態(tài)存儲的功能，這樣即使是遇到停電的情況，相關數據依然可以被有效保存，從而避免數據丟失現象的出現。

四、電力監(jiān)控系統的設計分析

4.1監(jiān)控中心模塊

對于重點的工作內容制定適當的方案，以雙網雙機冗余技術為基礎，目的在于如何均衡網絡主機負載以及網絡流量。雙網雙機冗余配置的監(jiān)控中心的設計過程中是要通過網絡分層以及綁定虛擬IP地址等技術，更大程度上減少網絡上的擁擠程度，同時有益于達到網絡負荷均衡的目的。網絡分層就是通過對原有監(jiān)控網分成為監(jiān)控子網以及采集子網，把所采集的信息進行詳細的分類產生分層。監(jiān)控子站中所有的信息數據都會通過采集子網來進行融匯，形成中級的“熟數據"傳送到監(jiān)控子網上，從而達到實時監(jiān)控的目的，監(jiān)控子網傳輸的意義，就是對采集子網的“熟數據"；“虛擬IP地址綁定"相關的技術應用于數據的采集，通過對有關的數據進行主備雙網后，進行“虛擬"網絡組合成對外部可看見的IP地址以及網絡，這樣對于外部網絡來說，就是相當于有一個網段，這種工作方式；能使內部使用的網絡“協同"軟件將全面的對所承載的網絡流量進行平均分化；主機“協同"軟件的使用，對采集子網的主機通過進行分組，廠站信息分別用不同的機器進行處理，不僅能對數據處理的更加快速，降低誤差，同時至大可能的降低主機負荷度。兩臺數據服務器前置機的進程同時對數據進行處理，兩臺機器進行協同工作，而不是主備方式各自工作，能夠更好的降低主機的負荷度。

4.2電力監(jiān)控系統主機選擇

電力監(jiān)控系統主機直接決定了整個系統的安全性、穩(wěn)定性，應采用高性能的工業(yè)控制計算機，并配以穩(wěn)定的UPS。當變配電系統為一般的中小型系統，監(jiān)控系統的控制要求不高，建議采用單主機型式；當變配電系統為重要的大型系統，監(jiān)控系統的控制要求較高，建議采用雙主機在線冗余運行，互為備份，確保系統安全、可靠；當變配電系統中有部分特別重要的、對實時性控制要求高的監(jiān)控系統，可采用高可靠性的PLC直接對該部分編程控制。

4.3電力監(jiān)控系統與電能管理系統的關系

從監(jiān)控范圍來看，電力監(jiān)控系統的主要監(jiān)控對象是變配電所和發(fā)電機房的配電系統，而電能管理系統是除了上述系統以外，還需監(jiān)控整個建筑內需要計量的租戶、設備等電氣參數，范圍更廣。從監(jiān)控系統實時性要求來看，電力監(jiān)控系統數據通信的實時性和可靠性要求較高。而電能管理系統對數據通信的實時性和可靠性要求不高，而側重于數據存儲、數據統計和數據分析。因此在工程設計中，建議在變配電主系統中設計電力監(jiān)控系統，其功能除了滿足該系統的要求外，還應兼顧電能管理系統的需求，尤其關注系統的可靠性和實時性，然后將電力監(jiān)控系統采集到的電能參數打包上傳至電能管理系統。電能管理系統除了接收上述數據外，還需采集工程中其他區(qū)域所需計量的電能參數，而電能管理系統的網絡管理層對通信實時性和可靠性的要求相對較低，可節(jié)省投資。

五、安科瑞產品介紹

5.1概述

Acrel-2000電力監(jiān)控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統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。該系統是應用電力自動化技術、計算機技術和信息傳輸技術，集保護、監(jiān)測、控制、通信等多功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態(tài)化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網、農網變電站和用戶變電站，可實現對變電站多方位的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站、穩(wěn)定、經濟運行提供了堅實的保障。

5.2 系統結構

Acrel-2000電力監(jiān)控系統采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網絡通信層和現場設備層，組網方式可為標準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環(huán)網網絡結構，根據用戶用電規(guī)模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網方式。

圖1電力監(jiān)控系統組網方式

5.2.1 實時監(jiān)測

安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。其中，10kV配電系統中監(jiān)測的開關量主要有：斷路器分、合閘信號，手車工作、試驗位置信號，遠方/就地切換位置信號、彈簧儲能狀態(tài)信號、接地刀合分信號、變壓器超溫跳閘信號、高溫報警信號，保護跳閘信號和事故預告信號；400V低壓進線回路電參量主要有：開關狀態(tài)、三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；400V低壓出線回路主要有：開關狀態(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，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線。

5.2.3運行報表

查詢各回路或設備指定時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

5.2.4 實時告警

安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統具有實時報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。系統還具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語音告警。

5.2.5 歷史事件查詢

安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

5.2.6 電能統計報表

安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統以豐富的報表體支撐量體系的完整性。系統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。

5.2.7 用戶權限管理

安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統為保障系統穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的保障。

5.2.8 電能質量監(jiān)測

安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統可以對整個配電系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。例如配電系統維護人員可以通過諧波分析界面掌握配電系統的諧波含量，及時采取相應的措施提高配電系統的可靠性，減少因諧波造成的供電事故的發(fā)生。

5.2.9 Web訪問

展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監(jiān)測點位數量等概況信息，設備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數量、回路個數、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監(jiān)控、變壓器、通信、視頻切換到需要查看的界面。

實時數據曲線可監(jiān)測各個回路的線纜溫度、電壓、電流、功率曲線信息。實時變壓器曲線可監(jiān)測變壓器的狀態(tài)，某天的電壓、電流、功率、用電量等曲線信息。接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數變化，包括遙測、遙信等信息(遙信信號需要斷路供輔助觸點支持)，刷新的時間<=5s。能耗統計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比， 用電排名。運維管理-通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統設備的通信狀態(tài)。

5.2.10 APP訪問

設備數據頁面顯示各設備的電參量數據以及曲線。

5.3 相關產品

六、結束語

總而言之，在石化企業(yè)中電力監(jiān)控系統具有可靠、高效的監(jiān)控能力，是實現合理化供配電設計和電網安全運行的重要保障。保障電力監(jiān)控基本功能的充分實現，優(yōu)化現有的監(jiān)控方式，是保障供配電智能化處理，實現供配電系統控制的重要途徑，推動石化企業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]程明，劉顯明，洪微明，鄂馳，張俊鋒.基于電力信息系統的監(jiān)控分析與應急處置系統設計及其關鍵技術[J].數字技術與應用，2018，36（02）：181-183.

[2]李冰，朱巖.基于Android的電力分界開關監(jiān)控系統設計與分析[J].無線互聯科技，2014（10）：65-66.

[3]郭淑貞.基于電力載波技術的路燈監(jiān)控系統設計分析[J].通信電源技術，2013，30（06）：73-74+77.

[4]林杰，石廣森.基于IP技術10kV變電站電力閉路電視監(jiān)控系統設計分析[J].機電信息，2011（12）：33-34.

[5]劉轟.鹽通高速公路電力監(jiān)控系統設計及難點分析[J].公路交通科技，2006（10）：161-164.