淺談電力監控系統設計分析
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：電力監控系統的監控功能、現場(chǎng)監控層設備的選擇、通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)性、監控系統主機的型式等問(wèn)題應根據建筑物的性質(zhì)、特點(diǎn)、經(jīng)濟條件和電力系統的條件，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定，這樣才能充分利用資金構建安全、節能、高效、實(shí)用的電力監控系統。本文通過(guò)深入的研究電力監控系統的功能，分析了電力監控系統設計分析的措施，僅供參考。
關(guān)鍵詞：電力；監控；系統；設計
一、引言
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，電力系統的生產(chǎn)力也在不斷的提升，企業(yè)對供電質(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，如何減少運營(yíng)的損失，如何降低發(fā)電的成本，如何提高電力系統監管的水平已經(jīng)成為企業(yè)的一項重要任務(wù)。為此，合理化的供配電設計，高效可靠的電力監控已經(jīng)成為了石化企業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。本文主要就電力監控系統的設計進(jìn)行分析，希望能夠為石化類(lèi)電力監控發(fā)展提供一定的幫助。
二、電力監控系統構架
（1）現場(chǎng)監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(wǎng)絡(luò )監控儀表、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(wǎng)絡(luò )通信接口，通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)將相關(guān)設備連接起來(lái)，上傳信息至通信管理層。部分監控單元不依賴(lài)網(wǎng)絡(luò )而獨立完成對監控對象（一次設備）的保護、控制、監測。另外視工程的需求，監控單元可配置開(kāi)關(guān)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(wǎng)絡(luò )管理層處于現場(chǎng)監控層與系統管理層之間，主要由現場(chǎng)管理機（數據采集器）、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器、以太網(wǎng)交換機、通信處理器等設備組成，主要任務(wù)是完成現場(chǎng)監控層和網(wǎng)絡(luò )管理層之間的網(wǎng)絡(luò )連接、轉換和數據、命令傳輸與交換，通過(guò)以太網(wǎng)還可以實(shí)現與火災自動(dòng)報警系統、建筑設備監控系統、安全防范系統等其他系統的網(wǎng)絡(luò )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(dòng)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(lái)的現場(chǎng)控制設備數據通過(guò)人機界面的方式顯示，控制人員可發(fā)送命令給現場(chǎng)控制層設備，完成相應的操作和整定設置。
三、電力監控的基本功能
3.1電力監控系統的運行離不開(kāi)計算機及其各類(lèi)型功能軟件的支持
電力監控系統不僅需要結合相關(guān)專(zhuān)業(yè)軟件對采集到的信息進(jìn)行及時(shí)更新，而且還要充分利用網(wǎng)絡(luò )功能對軟件進(jìn)行相關(guān)的升級處理，從而有效保證監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?；陔娏ΡO控的優(yōu)勢所在，供配電設計獲取了良好的環(huán)境，并且，這給監控同步以及多方監控一方功能的實(shí)現打下了堅實(shí)的基礎。為此，電力監控系統也可以打破常規的地域限制，充分利用監控系統實(shí)現對供配電傳遞信息進(jìn)行處理的目的。
3.2電力監控系統具有數據遠程通信的功能
電力監控系統可以通過(guò)監控裝置的通信接口和光端機聯(lián)系，并利用光纖達到數據遠程通信的目的。并且，在監控裝置內還可以安裝一個(gè)modem通信模塊，這樣就能夠利用固定的電話(huà)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行撥號連接，從而訪(fǎng)問(wèn)監控裝置，實(shí)現遠程數據的采集。
3.3電力監控系統集成停電抄表
如果發(fā)生停電事故或者相關(guān)的設備電源模塊出現故障的時(shí)候，有關(guān)工作人員時(shí)常會(huì )有讀取測控儀數據存儲器的需求。為此，電力監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(guān)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、電力監控系統的設計分析
4.1監控中心模塊
對于重點(diǎn)的工作內容制定適當的方案，以雙網(wǎng)雙機冗余技術(shù)為基礎，目的在于如何均衡網(wǎng)絡(luò )主機負載以及網(wǎng)絡(luò )流量。雙網(wǎng)雙機冗余配置的監控中心的設計過(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)有益于達到網(wǎng)絡(luò )負荷均衡的目的。網(wǎng)絡(luò )分層就是通過(guò)對原有監控網(wǎng)分成為監控子網(wǎng)以及采集子網(wǎng)，把所采集的信息進(jìn)行詳細的分類(lèi)產(chǎn)生分層。監控子站中所有的信息數據都會(huì )通過(guò)采集子網(wǎng)來(lái)進(jìn)行融匯，形成中級的“熟數據"傳送到監控子網(wǎng)上，從而達到實(shí)時(shí)監控的目的，監控子網(wǎng)傳輸的意義，就是對采集子網(wǎng)的“熟數據"；“虛擬IP地址綁定"相關(guān)的技術(shù)應用于數據的采集，通過(guò)對有關(guān)的數據進(jìn)行主備雙網(wǎng)后，進(jìn)行“虛擬"網(wǎng)絡(luò )組合成對外部可看見(jiàn)的IP地址以及網(wǎng)絡(luò )，這樣對于外部網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，就是相當于有一個(gè)網(wǎng)段，這種工作方式；能使內部使用的網(wǎng)絡(luò )“協(xié)同"軟件將全面的對所承載的網(wǎng)絡(luò )流量進(jìn)行平均分化；主機“協(xié)同"軟件的使用，對采集子網(wǎng)的主機通過(guò)進(jìn)行分組，廠(chǎng)站信息分別用不同的機器進(jìn)行處理，不僅能對數據處理的更加快速，降低誤差，同時(shí)至大可能的降低主機負荷度。兩臺數據服務(wù)器前置機的進(jìn)程同時(shí)對數據進(jìn)行處理，兩臺機器進(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的負荷度。
4.2電力監控系統主機選擇
電力監控系統主機直接決定了整個(gè)系統的安全性、穩定性，應采用高性能的工業(yè)控制計算機，并配以穩定的UPS。當變配電系統為一般的中小型系統，監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，監控系統的控制要求較高，建議采用雙主機在線(xiàn)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(shí)時(shí)性控制要求高的監控系統，可采用高可靠性的PLC直接對該部分編程控制。
4.3電力監控系統與電能管理系統的關(guān)系
從監控范圍來(lái)看，電力監控系統的主要監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，還需監控整個(gè)建筑內需要計量的租戶(hù)、設備等電氣參數，范圍更廣。從監控系統實(shí)時(shí)性要求來(lái)看，電力監控系統數據通信的實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高。而電能管理系統對數據通信的實(shí)時(shí)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控系統，其功能除了滿(mǎn)足該系統的要求外，還應兼顧電能管理系統的需求，尤其關(guān)注系統的可靠性和實(shí)時(shí)性，然后將電力監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域所需計量的電能參數，而電能管理系統的網(wǎng)絡(luò )管理層對通信實(shí)時(shí)性和可靠性的要求相對較低，可節省投資。
五、安科瑞產(chǎn)品介紹
5.1概述
Acrel-2000電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動(dòng)化及無(wú)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控管理系統。該系統是應用電力自動(dòng)化技術(shù)、計算機技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護、監測、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，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農網(wǎng)變電站和用戶(hù)變電站，可實(shí)現對變電站多方位的控制和管理，滿(mǎn)足變電站無(wú)人或少人值守的需求，為變電站、穩定、經(jīng)濟運行提供了堅實(shí)的保障。
5.2 系統結構
Acrel-2000電力監控系統采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò )通信層和現場(chǎng)設備層，組網(wǎng)方式可為標準網(wǎng)絡(luò )結構、光纖星型網(wǎng)絡(luò )結構、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )結構，根據用戶(hù)用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。
圖1電力監控系統組網(wǎng)方式
5.2.1 實(shí)時(shí)監測
安科瑞Acrel-2000電力監控系統人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動(dòng)態(tài)監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。其中，10kV配電系統中監測的開(kāi)關(guān)量主要有：斷路器分、合閘信號，手車(chē)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(jìn)線(xiàn)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、頻率和正向有功電能累計值；400V低壓出線(xiàn)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 詳細電參量查詢(xún)
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(wú)功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢曲線(xiàn)。
5.2.3運行報表
查詢(xún)各回路或設備指定時(shí)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(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電力監控系統具有實(shí)時(shí)報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。系統還具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語(yǔ)音告警。
5.2.5 歷史事件查詢(xún)
安科瑞Acrel-2000電力監控系統能夠對遙信變位，保護動(dòng)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(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。
5.2.6 電能統計報表
安科瑞Acrel-2000電力監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(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況，即該節點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)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(hù)權限管理
安科瑞Acrel-2000電力監控系統為保障系統穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)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(zhì)量監測
安科瑞Acrel-2000電力監控系統可以對整個(gè)配電系統范圍內的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續性的監測。例如配電系統維護人員可以通過(guò)諧波分析界面掌握配電系統的諧波含量，及時(shí)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(fǎng)問(wèn)
展示頁(yè)面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點(diǎn)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(yè)顯示場(chǎng)站的變壓器數量、回路個(gè)數、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)監控、變壓器、通信、視頻切換到需要查看的界面。
實(shí)時(shí)數據曲線(xiàn)可監測各個(gè)回路的線(xiàn)纜溫度、電壓、電流、功率曲線(xiàn)信息。實(shí)時(shí)變壓器曲線(xiàn)可監測變壓器的狀態(tài)，某天的電壓、電流、功率、用電量等曲線(xiàn)信息。接線(xiàn)圖頁(yè)面通過(guò)一次圖實(shí)時(shí)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(diǎn)支持)，刷新的時(shí)間<=5s。能耗統計頁(yè)面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線(xiàn)，電能環(huán)比， 用電排名。運維管理-通信狀態(tài)顯示監測接入系統設備的通信狀態(tài)。
5.2.10 APP訪(fǎng)問(wèn)
設備數據頁(yè)面顯示各設備的電參量數據以及曲線(xiàn)。
5.3 相關(guān)產(chǎn)品
型號 | 主要功能 | |
| AM5SE-F 線(xiàn)路保護裝置 | 三段式過(guò)流保護（可經(jīng)低壓閉鎖，可帶方向）、反時(shí)限過(guò)流保護（可經(jīng)低壓閉鎖）、兩段式零序I01過(guò)流/反時(shí)限過(guò)流保護、兩段式零序I02過(guò)流/反時(shí)限過(guò)流保護、重合閘、后加速過(guò)流保護（可經(jīng)低壓閉鎖）、過(guò)負荷告警、過(guò)負荷跳閘、失壓跳閘、失壓告警、過(guò)電壓保護、零序過(guò)壓保護、逆功率保護、低頻減載/高頻保護（可經(jīng)滑差閉鎖）、PT斷線(xiàn)告警、控制回路斷線(xiàn)告警、FC回路配合的過(guò)流閉鎖功能、非電量保護、檢同期 |
AM5SE-T 變壓器保護裝置 | 三段式過(guò)電流保護（可經(jīng)復合電壓閉鎖） 、反時(shí)限過(guò)流保護（可經(jīng)復合電壓閉鎖）、兩段式零序I01過(guò)流保護、兩段式零序I02過(guò)流保護、零序反時(shí)限過(guò)流保護、過(guò)負荷告警、過(guò)負荷跳閘、PT斷線(xiàn)告警、控制回路斷線(xiàn)告警、非電量保護 | |
AM5SE-UB PT并列及監測裝置 | I母PT投入、II母PT投入、PT自動(dòng)并列解列、PT遙控并列解列、I母PT低電壓告警、I母PT過(guò)電壓告警、I母PT零序過(guò)壓告警、I母PT斷線(xiàn)告警、II母PT低電壓告警、II母PT過(guò)電壓告警、II母PT零序過(guò)壓告警 | |
| APQM-E 電能質(zhì)量監測裝置 | 暫態(tài)數據（電壓暫降、電壓暫升、短時(shí)中斷、沖擊電流等） 穩態(tài)數據（電流、電壓、功率；基波；電壓偏差；頻率偏差；短閃變、長(cháng)閃變；電壓波動(dòng)等） |
| ASD320 智能操控裝置 | ?一次回路模擬圖動(dòng)態(tài)指示；帶電顯示及自檢/核相；兩路獨立溫濕度測量與控制；開(kāi)關(guān)觸頭、電纜搭接頭溫度測量功能；斷路器分合次數計數；語(yǔ)音防誤提示；分/合閘、遠方/就地轉換開(kāi)關(guān)；分合閘回路完好指示；分合閘回路電壓測量；預分預合閃光指示功能；人體感應自動(dòng)照明控制。 |
| ATE200 無(wú)線(xiàn)測溫傳感器 | 溫度監測 |
| ARB5-M 弧光保護主控單元 | 8組弧光保護、4組失靈保護、4組電流回路TA監測、4組三相電流采集、11路可編程跳閘出口、非電量保護、裝置故障告警；2路RS485、2路以太網(wǎng)、1路打印接口、1路IRIG-B碼對時(shí)接口 |
| ARB5-E 弧光保護擴展單元 | 弧光信號采集 模擬狀態(tài)傳輸 配合ARB5-M主控單元使用 |
| ARB5-S弧光探頭 | 弧光信號監測 |
| ANet-2E4S1 | 通用網(wǎng)關(guān)，2路網(wǎng)口，4路RS485 |
ANet-2E8S1 | 通用網(wǎng)關(guān)，2路網(wǎng)口，8路RS485 | |
| ACR220EL | 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosφ），RS485/Modbus,四象限電能，LCD顯示 |
ACR220ELH | 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosφ），RS485/Modbus,四象限電能，LCD顯示，THDu，THDi，2~63次各次諧波分量，電壓不平衡，電流不平衡，平均值 | |
| ADW300 | 三相電壓、電流、頻率 三相功率、總功率（有功、無(wú)功、視在） 正反向有功、無(wú)功電能，四象限無(wú)功電能，復費率電壓、電流相角，電壓、電流不平衡度 電壓、電流總諧波及2-31分次譜波 當月和上月的電壓、電流、功率記錄 電流、功率需量及實(shí)時(shí)電流、功率需量 |
| DTSD1352 | 三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統計，總正反向無(wú)功電能統計；紅外通訊；電流規格：經(jīng)互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無(wú)功電能精度2級 |
六、結束語(yǔ)
總而言之，在石化企業(yè)中電力監控系統具有可靠、高效的監控能力，是實(shí)現合理化供配電設計和電網(wǎng)安全運行的重要保障。保障電力監控基本功能的充分實(shí)現，優(yōu)化現有的監控方式，是保障供配電智能化處理，實(shí)現供配電系統控制的重要途徑，推動(dòng)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控分析與應急處置系統設計及其關(guān)鍵技術(shù)[J].數字技術(shù)與應用，2018，36（02）：181-183.
[2]李冰，朱巖.基于A(yíng)ndroid的電力分界開(kāi)關(guān)監控系統設計與分析[J].無(wú)線(xiàn)互聯(lián)科技，2014（10）：65-66.
[3]郭淑貞.基于電力載波技術(shù)的路燈監控系統設計分析[J].通信電源技術(shù)，2013，30（06）：73-74+77.
[4]林杰，石廣森.基于IP技術(shù)10kV變電站電力閉路電視監控系統設計分析[J].機電信息，2011（12）：33-34.
[5]劉轟.鹽通高速公路電力監控系統設計及難點(diǎn)分析[J].公路交通科技，2006（10）：161-164.
咨詢(xún)電話(huà)