胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：隨著(zhù)計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的用戶(hù)開(kāi)始重視智能化電力監控系統的建設。近幾年電力監控系統給人們帶來(lái)的人力成本節省、工作效率提高、生產(chǎn)安全可靠性提高等諸多優(yōu)點(diǎn)得到了業(yè)內人士的一致認同。太陽(yáng)能電池工廠(chǎng)生產(chǎn)工藝復雜，動(dòng)力配套設施龐大，對供配電系統的可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性、易用性、兼容性及縮小故障影響范圍提出了更高的要求；同時(shí)，太陽(yáng)能電池工廠(chǎng)還具有高能耗的特點(diǎn)，對能源管理也有較高要求。所以，電力監控系統對大型太陽(yáng)能電池工廠(chǎng)顯得尤為重要。結合大型太陽(yáng)能電池工廠(chǎng)變電站工程實(shí)例，對其電力監控系統作了詳細的介紹。
關(guān)鍵詞：電力監控系統；變電站；智能化；供配電；能源管理；太陽(yáng)能電池；工廠(chǎng)

0 引 言

隨著(zhù)計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的用戶(hù)開(kāi)始重視智能化電力監控系統的建設，近幾年電力監控系統給人們帶來(lái)的節省人力成本、提高工作效率、提高生產(chǎn)安全可靠性等諸多優(yōu)點(diǎn)得到了業(yè)內人士的一致認同。太陽(yáng)能電池工廠(chǎng)生產(chǎn)工藝復雜，動(dòng)力配套設施龐大，對供配電系統的可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性、易用性、兼容性及無(wú)人值守、縮小故障影響范圍提出更高的要求；同時(shí)，太陽(yáng)能電池工廠(chǎng)還具有高能耗的特點(diǎn)，對能源管理也有較高要求。所以，電力監控系統顯得尤為重要。本文結合某大型太陽(yáng)能電池工廠(chǎng)一期變電站工程的工作，簡(jiǎn)要介紹該工程電力監控系統的實(shí)施情況。
該工程全廠(chǎng)占地面積4.8萬(wàn)m2,建筑面積19.2萬(wàn)m2,主要建筑為主廠(chǎng)房和綜合動(dòng)力站及若干輔助建筑物，主廠(chǎng)房長(cháng)400m,寬90m,共四層；綜合動(dòng)力站長(cháng)90 m,寬45m,共二層；全廠(chǎng)用電設備裝設容量29.8 MW。一期工程在主廠(chǎng)房和綜合動(dòng)力站內共設置6個(gè)變電站，其中1號站、2號站、3號站在主廠(chǎng)房第一層。變電站主要設備有26臺10 kV開(kāi)關(guān)柜、14臺變壓器、99臺0.4 kV配電柜、3套直流屏、2臺柴油發(fā)電機組等，各變電站內均為后期工程預留足夠設備安裝位置。

1電力監控系統架構
變電站內主要設備均納入電力監控系統范圍，該工程在綜合動(dòng)力站一層設置有控制室，即電力監控系統的主站。電力監控系統子系統按變電站劃分為6個(gè)部分，分別建立各自的監控分站，管理就近的供配電設備，同時(shí)將這些分站的數據信號發(fā)送到建在控制室的主站監控中心，以便實(shí)現控制分散、管理集中、整體運行管理智能化的要求。各分站間采用光纖形成環(huán)型網(wǎng)絡(luò )結構，l號光纖、3號光纖、4號光纖、5號、6號光纖沿室內電纜橋架敷設，2號光纖沿埋地排管敷設，7號光纖沿室外電纜橋架敷設。全廠(chǎng)各分站網(wǎng)絡(luò )拓撲圖.如圖1所示。

為了確保供配電系統運行安全可靠、管理高效，該工程采用可靠的綜合繼電保護產(chǎn)品、采取遠程終端技術(shù)、計算機技術(shù)、現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、電力管理軟件產(chǎn)品等形成“變電站PowerLogic電力監控系統"。整個(gè)系統的硬件和軟件設計都著(zhù)眼于高可靠性、高實(shí)用和高擴展性，為實(shí)現變電站科學(xué)化、智能化管理提供了可靠的平臺。
為了達到系統要求的功能綜合化、測量顯示數字化、操作監視屏幕化、運行管理智能化，設計為每個(gè)監控站采集10 kV高壓系統的電源電壓、電流、頻率、有功電度、無(wú)功電度及開(kāi)關(guān)運行、故障狀態(tài)；監測變壓器的溫度狀態(tài)；以及0.4 kV低壓配電系統的電源電壓、電流、功率因數、各總斷路器及聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)的運行及故障跳閘狀態(tài)，遠程分合閘控制；同時(shí)實(shí)時(shí)檢測站內直流屏設備的運行情況；監測柴油發(fā)電機組發(fā)電機組運行，監測電流、電壓、頻率、功率因數及轉速、溫度、油壓等狀態(tài)。
2系統功能
（1）記錄包括：遙測超越記錄、遙信記錄、事件順序記錄、具有自動(dòng)投切設備的投停記錄、柴油發(fā)電機組起動(dòng)、停止記錄；操作記錄。

（2）事件順序記錄：事故發(fā)生時(shí)，在比較高的時(shí)間精度記錄下發(fā)生位置、設備編號、時(shí)間、動(dòng)作保護名稱(chēng)、故障參數、保護動(dòng)作時(shí)刻。

（3）操作記錄：設備控制、設備編號、時(shí)間、性質(zhì)、操作人、監護人；保護名稱(chēng)、修改時(shí)間、操作人、監護人。
2.1人機界面設定
（1）電氣接線(xiàn)圖及實(shí)時(shí)數據畫(huà)面顯示：全廠(chǎng)供電系統圖、各變電站10 kV接線(xiàn)圖、直流屏接線(xiàn)

圖，0.4 kV接線(xiàn)圖。

1. 實(shí)時(shí)數據的各種報表、曲線(xiàn)等的顯示、各種參數的在線(xiàn)設置和修改、控制操作檢查和閉鎖。負荷趨勢見(jiàn)圖2。

圖2 負荷趨勢圖
（3）實(shí)時(shí)數據的調用菜單、引導圖、各種報表、畫(huà)面、表格等生成的工具俱全.1號站網(wǎng)絡(luò )拓撲圖如圖3所示

（4）報警：報警具有聲響、閃光、語(yǔ)言等方式。
2.2 操作控制功能

（1）10 kV系統：斷路器，負荷開(kāi)關(guān)的分、合閘控制、主變壓器有載分接頭調節，操作防止誤閉領(lǐng)功能。

（2）0.4 kV系統：每臺變壓器低壓總進(jìn)線(xiàn)斷路器、聯(lián)絡(luò )斷路器及重要斷路器的分、合閘控制及防誤操作閉鎖。

2.3數據統計和處理功能

（1）10 kV系統：對繼電保護中各種限值、運行狀態(tài)進(jìn)行監視及報警處理、閉鎖和解除；直流電源狀態(tài)。

（2）對系統設備狀態(tài)監視；運行數據計算和統計、電量累加、分時(shí)統計，運行日報表、月報表、年報表統計，*大值、*小值、負荷率、各種事故的統計，歷史數據庫的顯示與存儲。
2.4 實(shí)時(shí)數據采集功能

（1）遙測實(shí)時(shí)數據：母線(xiàn)電壓、線(xiàn)路電流、功率、電度、變壓器溫度等。

（2）遙信包括斷路器的位置，柴油發(fā)電機狀態(tài)等。

（3）保護設備的狀態(tài)、動(dòng)作記錄等數據。
3 系統網(wǎng)絡(luò )構成
該工程電力監控系統由三層網(wǎng)絡(luò )構成：設備層，采用Modbus RS-485現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)；通信管理層，實(shí)現通信協(xié)議的轉換及數據壓縮；監控管理層，即計算機監控層。
3.1 設備層

采用Modbus RS-485現場(chǎng)總線(xiàn)，通訊介質(zhì)采用多層屏蔽RS485雙絞線(xiàn)，傳輸帶寬可達

38.4 kh/s,傳輸距離可達1200 m?，F場(chǎng)采集設備主要為施耐德SEPAM系列的綜保設備SEPAM

S20、MT斷路器、多功能電力監測儀表以及直流屏、柴油發(fā)電機組通信模塊等，均帶有標準RS-485通信接口，并且都采用相同的Modbus通信協(xié)議，互相連接形成RS-485的總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。在電力監控軟件上可以直接顯示出現場(chǎng)設備的運行狀況，從而達到了遠程監測、管理、控制的目的。

3.2通信管理層

由工業(yè)以太網(wǎng)交換機、通信服務(wù)器、多串口服務(wù)器及通信設備柜等構成，它連接設備層和計算機監控管理層，進(jìn)行數據的預處理、壓縮，通過(guò)10M/100M自適應以太網(wǎng)RJ45 UTP接口與計算機監控管理層連接。多中口服務(wù)器實(shí)現系統規模的擴充，16條串口實(shí)現*多512個(gè)現場(chǎng)智能設備的連接，隨時(shí)可將附屬的供配電設備信息接入本系統。通信服務(wù)器實(shí)現通信協(xié)議的高速轉換，同時(shí)壓縮數據，增加數據傳輸帶寬，提高數據吞吐量。工業(yè)以太網(wǎng)交換機支持多臺主機同時(shí)對其進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，TCP/IP通信方式開(kāi)放、靈活，便于靈活構成分布式監控系統。為分站和總站通信設備均配置UPS作為備用電源，提高系統可靠性。以上通信設備以及UPS電源、過(guò)電壓保護設備等一體化布置在通信設備柜內，整潔美觀(guān)?，F場(chǎng)運行圖見(jiàn)
圖4、圖5。

3.3計算機監控管理層

由管理控制局域網(wǎng)以及監控主機和監控管理軟件構成。監控主機采用高性能、高可靠性、大容量存儲器的品牌計算機，配置大屏幕高分辨率顯示器，安裝中文Micrusoft Windows NT實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，電力監控軟件采用電力監控組態(tài)軟件，它內置強大的圖形功能、數據顯示功能、報警功能、歷史數據記錄分析功能、報表功能等；內嵌編程語(yǔ)言，可以編制各種功能強大的智能管理軟件，實(shí)現用戶(hù)對配電系統的科學(xué)化、智能化管理的要求。

4系統特點(diǎn)

系統特點(diǎn)如下：整體性能力J強，完整解決方案；科學(xué)管理，節約成本；結構合理、產(chǎn)品系統安全可靠；組網(wǎng)靈活，通用性強；操作簡(jiǎn)單，免維護；接口規范，安全擴展；監控軟件具有良好的自診斷與自恢復功能。

采用施耐德框架斷路器的本體通信模塊和抽架通信模塊，實(shí)現對MT斷路器的遠程控制，也是該系統的一大亮點(diǎn)。
5安科瑞Acrel-2000Z電力監控系統解決方案

5.1概述

針對用戶(hù)變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過(guò)微機保護裝置、開(kāi)關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、配電室環(huán)境監控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動(dòng)化的綜合監控系統，實(shí)現了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監控范圍包括用戶(hù)變電站、開(kāi)閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z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)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護、監測、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，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Q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，為變電站安全、穩定、經(jīng)濟運行提供了堅實(shí)的保障。

5.2應用場(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(hù)端供配電自動(dòng)化系統工程設計、施工和運行維護。

5.3系統架構

Acrel-2000Z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。

5.4系統功能

（1）實(shí)時(shí)監測：直觀(guān)顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號。

（2）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。

（3）曲線(xiàn)查詢(xún)：可以直接查看各電參量曲線(xiàn)。

（4）運行報表：查詢(xún)各回路或設備時(shí)間的運行參數。

（5）實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統能夠對配電回路遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

（6）歷史事件查詢(xún)：對事件記錄進(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。

（7）電能統計報表：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。

（8）用戶(hù)權限管理：設置了用戶(hù)權限管理功能，可以定義不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限。

（9）網(wǎng)絡(luò )拓撲圖：支持實(shí)時(shí)監視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構。

（10）電能質(zhì)量監測：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。

（11） 遙控功能：可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。

（12）故障錄波：可在系統發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準確地記錄故障前、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)穩態(tài)信息。

（14） 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。

（15）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)。

6系統硬件配置

7結語(yǔ)

該工程電力監控系統驗收投運后，實(shí)際運行情況達到預期效果，得到了使用方的滿(mǎn)意評價(jià)。其便利及實(shí)用性主要反映在以下幾個(gè)方面：工作人員可以方便和實(shí)時(shí)地監控電力系統的運行狀態(tài)，為優(yōu)化電力設備運行提供了有效參考，對現場(chǎng)的用電設備進(jìn)行統一管理，免去到現場(chǎng)記錄的繁瑣工作，提高效率，實(shí)現了無(wú)人值守智能變電站的目標；形成了一個(gè)基礎的能源管理系統，可以完成對能源數據進(jìn)行在線(xiàn)的采集、計算、分析及處理從而實(shí)現對能源物料平衡、調度與優(yōu)化、能源設備運行與管理等方面發(fā)揮著(zhù)重要的作用；由于全廠(chǎng)工程龐大而分期實(shí)施，系統設計時(shí)為后期預留了充足的接口，使用方在后期實(shí)施的擴容工程中得到了很大的便利。

該項目存在各變電站內部?jì)膳_變壓器互相備用、變電站之間變壓器互相備用的情況，0.4 kV進(jìn)線(xiàn)和母聯(lián)MT斷路器間互投關(guān)系復雜，在方案設計階段需要充分理解電力系統的運行方式，明確各斷路器間的投切邏輯關(guān)系，以指導硬件連接和軟件編寫(xiě)。在電力系統正式投運前還進(jìn)行了聯(lián)動(dòng)調試進(jìn)行驗證，這是該電力監控系統實(shí)施的難點(diǎn)。

由于電力監控系統屬于智能化供配電系統的一部分，其集成度相當高，工程移交前編寫(xiě)了用戶(hù)操作手冊，并組織使用人員進(jìn)行了3天的理論培訓和上機培訓，對疑點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行了詳細的講解，讓使用人員對電力監控系統的操作有了深入了解的同時(shí)，也使該系統在以后的運行中功能得到充分利用奠定了基礎。

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