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試析高校變配電室電力監控系統的設計與實現
更新時間：2022-12-08點擊次數：1405次
試析高校變配電室電力監控系統的設計與實現
任運業
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：配電室智能管理可以有效改善配電室管理效果，為用電安全提供堅實的基礎。特別是針對高校來講，更需要積極推動配電室智能管理。本文分析了高校變配電室電力智能管理的全過程，并根據高校實際情況，對高校變配電室電力監控系統升級的可行性進行了分析。并且通過此次升級實現了預期目標，為確保供配電的安全、持續、穩定運行提供了支持。
關鍵詞：高校；變配電；電力監控
1引言
隨著高等院校在校園建設上取得了飛躍性的發展，各類現代化教學用房的投入使用、大量先進教學設施、生活設施得到了廣泛應用，校園變配電站電力監控系統的核心作用已經成為高校管理部門在校園規劃、建設和管理中所面臨的主要任務之一。當前，各高校勢必面臨各類基礎設施老化的問題，為教學科研服務提供可靠、穩定、安全電力保障的高校變配電站也勢必進行升級改造。結合當今物聯網技術的發展和運用，以往的供電管理系統和設備已經不能滿足當前高校管理的要求，因此采用技術先進的設施、采取科學有效的管理方法，從技術上對高校變配電室進行管理運行和保護已顯得尤為重要。
2概述
某高校變配電室總容量為10000kVA，其中2500kVA變壓器4臺，高壓柜13面，直流屏3面，低壓電容柜10面，低壓柜60面，承擔校區總建筑面積14萬平方米的教學、辦公、科研實驗及生活服務設施的電力變配電保障。保證上述變配電系統的安全性和可靠性運行是后勤管理部門的首要任務，因此采用配電智能管理系統是提高變配電室運行安全、可靠的現實做法。通過計算機對變電室的設備進行搜集數據、控制設備、測量、調整數據和預警等諸多功能，使變配電管理中心實時掌握變配電設備的運行情況，對變配電設備進行操作。
3電力監控系統的技術實現
3.1實現原則
實現配電智能化統一管理。系統在構架與配置上考慮配電室智能管控的需求，不僅達到變配電管理方面的技術規范及要求，實現配電智能化遠程實時掌控[1]。完成設備數據傳送和數據共享，進而完成各系統之間的組網，整體上加強系統穩定性、可靠性、兼容性、拓展性。
電力監控系統采用分為本地后臺式和基于互聯網的形式?；谀掣咝５男再|，宜采用本地后臺式系統進行智能管控管理，系統采用專業組態軟件，管控系統采用分層分布開放式結構的實時數據庫管理系統，支持Windows操作系統，匹配通訊子系統。該系統可以通過本地監控主機實現全校智能電表、空調、PLC、水表、燃氣表、熱量/冷量表等儀表的遠程集抄和遠程控制等功能，具體可根據實際情況分步、分項實施拓展部署。
系統采用現場總線控制和以太網絡通信方式。現場通信采用485屏蔽線傳送數據，保證了系統通信的抗干擾能力和信息交換速度，并為上級管理系統預留通信接口，進行設備數據傳送和數據共享，進而完成各系統之間的組網。整體上加強系統穩定性、可靠性、兼容性、拓展性。以Windows操作系統為平臺，按照標準傳輸規約實現裝置與軟件之間信息傳輸[2]
3.2系統架構
管理系統為三層架構，分層分布式。一體化、模塊化的應用功能、靈活的系統配置、開放式的軟硬件平臺、豐富的通信接口協議。
3.2.1設備間隔層
該層由配電站的高低壓設備的終端數據采集管理設備組成，主要為網絡多功能電力儀表、高壓綜保（可擴展空調控制器、遠傳水表、遠傳燃氣表、熱計量流量計等）。根據高低壓設備的類型及柜體結構，分別安裝在各個高低壓開關柜中，可單獨實現監測間隔層和控制各類斷路器的目標。間隔層的終端數據采集管理設備能夠采集高低壓等設備內的相關數據參數，通過通信管理機上傳并接收操作指令，對設備進行操作。
3.2.2通信層
通信層是終端數據采集設備與上級管理設備連接的信息橋梁，通過協議轉換實現數據的格式的統一，實現設備數據與高速網絡的實時互聯通信。主要包括：通訊機柜、通信管理機、關電源、以太網交換機及各種通信媒介（屏蔽雙絞線、網線）等。
3.2.3控制層
管理主機：集中管理所管控的所有設備，以圖形、圖表、圖標等多種方式實時反饋各類相關設備的數據參數，實現變配電實時監測和報警、遠程控制、能耗數據分析等諸多功能。
控制層為電力管控系統運行管理中心，包括監控主機、通信管理機、操作臺，打印機及網絡設備等。系統具備與集控中心、上級調度通信的拓展功能?？刂茖油ㄟ^本地圖像工作站（或互聯網圖形服務器）實現系統統一管理功能，為用戶提供良好的人機交互界面、集中管理需要的本地已監控的全部設備，實時反饋監控信息，實現智能電力監控管理系統的配電實時監測和報警、配電回路智能設備的遠程控制、能耗數據分析等功能。
控制層主要包括：管理系統軟件、圖形工作站、顯示器等外設。
3.3設備間隔層的終端數據采集管理設備及實現功能詳述
高壓柜：采集裝置為微機保護測控裝置，型號RNP800，采集數量9臺，采集內容：三相電壓、三相電流、有功、無功、頻率、開關狀態、報警信號等。實現功能：斷路器分、合閘報警信號；速斷動作跳閘報警；過流動作跳閘報警；超溫報警；超溫跳閘報警；接地刀閘信號（如有）；手車工作位置信號（試驗位置、工作位置）；斷路器位置信號（如有試驗位置、工作位置）；機構彈簧儲能信號；電壓、電流實時曲線、歷史曲線分析；通訊異常報警；綜保裝置異常報警；就地遠方信號。
另設置高壓柜電力多功能測控儀表，型號為PD1134E，檢測數量11臺，采集內容：故障、報警信息及電力參數等信息。實現功能：實時監測所有高壓柜所需測量的電力數據；歷史數據；開關分合閘報警信號；報表。
變壓器：采集裝置為溫控器，型號BWDK-Q201，采集數量4臺，采集內容：A、B、C、鐵芯線圈實時溫度、變壓器門狀態、報警信號燈。實現功能：A、B、C鐵芯線圈實時溫度；變壓器門狀態；風扇啟停工作狀態；超溫報警、跳閘信號。
低壓柜：采集裝置為電力多功能測控儀表，型號PD1134E，采集數量65臺，采集內容：三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、電度、分合閘信號。實現功能：實時監測所有低壓柜所需測量的電力數據；數據實時曲線、歷史曲線分析；開關分合閘報警信號；報表。
直流屏：采集裝置為直流電源監控裝置，型號ZJK01-IA/G，采集數量一套3臺。采集內容：市電電壓、充電電流、控母電壓、合母電壓、放電電流、母線絕緣接地情況、異常報警。實現功能：市電輸入監測：電壓、電流；控母電壓、合母電壓監測；負載電流實時監測；母線絕緣接地情況實時監測；充電機運行狀態實時監測；直流屏工作狀態實時監測：浮充、均充；異常報警實時監測等。
3.3.1保護測控裝置RNP800功能詳述
三段定時限過流保護、過流后加速保護（可受復壓判據控制）、過負荷保護、過負荷告警、充電保護、反時限過流保護、兩段低壓保護、過壓保護、低周減載、三相多次重合閘、偷跳重合（即不對應重合）、零序過壓告警、三段零序過流保護（可受零序電壓閉鎖）、零序后加速、零序過流告警、兩段低壓側零序過流保護、獨立的接地選線功能、PT斷線、CT斷線、控制回路斷線、裝置失電告警、合閘可檢同期、檢線路無壓、檢母線無壓或不檢、5路非電量保護（重瓦斯、輕瓦斯、高溫跳閘、高溫告警、壓力釋放）、4路非電量控制、故障、告警、閉鎖、重合閘等事件記錄、兩套保護定值及保護投退、故障錄波。
遙測量：各類電壓、各類電流、各類有功、各類無功，功率因數、頻率、線路側同期電壓頻率、有功電度、無功電度、溫度、基波及各次諧波。另有遙信量、遙控量、對時功能、數據掉電保存等多個功能。
3.3.2電力多功能測控儀表AE+201功能詳述
遙測：各類電流電壓、有功、無功，頻率、功率因數等常用電力參數數據的采集與存儲。各低壓出線回路的分合閘狀態、歷史曲線采樣、計算和統計低壓柜各出線回路，開關分合閘信息、故障及報警信息；日、月、年用電量，可自由生成歷史數據和報表。
遙信：不少于6路。遙控：斷路器控制開關動作。諧波分析：給出電壓電流1～13次諧波的比例數據。
3.4后臺監控系統基本功能實現
軟件內容包括：應用軟件（某型－3000計算機監控系統）、操作系統、SCADA軟件、圖形顯示軟件、打印制表軟件、內部網絡通信軟件、實時數據庫、歷史數據庫、繪圖軟件、與保護及智能設備的接口通信軟件。
3.4.1遙控功能
系統以實時數據庫為主控與被控設備的結合點，實時數據庫具有各被控設備的控制命令區，各種操作控制命令寫入實時數據庫，通過通信控制器執行。
3.4.2遙信功能
遙信分為位置狀態遙信和保護信號。位置遙信包括各種開關、刀閘、分狀態、開關手車的工作、試驗位置狀態、變壓器分接開關位置、溫度檢測設備的限位等。保護信號分為事故信號和預告信號。事故信號指使設備停電、停運的信號，預告信號指不影響設備繼續運行的非正常信號。正常遙信狀態的傳送，系統優先傳送故障信號和遙信變位信號。
3.4.3禁止或強制處理
因故信號臨時不能正確反映真實狀態的遙信點，可進行操作命令，手工設定遙信點的狀態，或禁止對遙信點的搜集。數據庫中記錄數據點手工設置和禁止采集的狀態，在主接線圖上用不相應的顏色標注。
3.4.4遙測功能
變電室內測量對象的三相相電壓、三相線電壓，三相電流，有功功率，無功功率，有功電度，無功電度，功率因數COS?和頻率，直流屏遙測量，變壓器溫度等參數數據均傳送管理主機[3]。
管理主機的主接線圖上可顯示上述各類參數，同時數據實時刷新，發生參數遙測量超限，主機報警，系統畫面出現報警窗口，并以不同顏色相區別，遙測量恢復后，避免提示，同時顏色復原，上述過程存入系統歷史記錄。
3.4.5權限管理
管理主機為管理操作平臺，可設定權限進行管理和控制，對各種操作設定權限控制。
3.4.6信息處理、顯示
測控裝置和測控儀表將各種的數據及時的傳送回管理主機，實現管理主機對各種測控設備運行的監控。元器件、字符、圖形等均可與實時數據或“虛遙信/虛遙測"信號關聯。如遙信量狀態、遙測量得值、裝置的通信狀態等。
3.4.7報警
多種報警方式，如燈光、圖文、訊響、打印、模擬盤等報警方式，即可獨立報警，也可組合報警，報警的發生可在控制層和間隔層同時實現，并可根據管理主機的職責范圍有針對性地報警。同時，可分為預告性和事故性報警，根據要求可實現語音報警。
3.4.8事故
當事故發生時，在顯示器上自動推出故障信息窗口，內容包括：故障發生地點、對象、性質、時間及相關故障數據，如短路電流等。畫面上的故障設備自動閃爍，按復歸鍵后停止閃爍。
3.4.9預告
設備故障信號出現時，管理主機畫面顯示具體內容，包括對象、性質、發生時間及相關預告數據，如越限電壓、單相接地等。
3.4.10參數處理
管理主機收到測控裝置和儀表傳來的參數，進行計算處理并保存至管理主機系統的分類數據庫中。
3.4.11數據歸檔和統計報表功能
管理主機設有報表管理平臺，保存上述的參數數據、操作狀態、報警信息的所有記錄，可隨時查詢分析；管理主機系統具有報表生成工具，根據運行要求自動生成各種報表：日報表、月報表、年報表，同時包括電流、電壓、功率、頻率、電度及各種代數計算的結果值。各類報表均可打印。
3.4.12事故追憶記錄
系統能夠實時數據跟蹤分析處理，支持開關量或模擬量，系統保存不少于1個月的事故追憶記錄，可以按類別查詢、分析和打印。
3.4.13故障數據記錄
當所需保護設備制定的保護事故分段動作時，及時記錄事故動作時間、原因和相應模擬量、開關量的狀況信息。
3.4.14故障事件記錄
系統設有設備管理程序，監控裝置的運行情況及監控裝置發回的被控對象的運行情況，報告裝置在運行中對檢測到的被控對象及裝置本身所出現的異常情況或事件的記錄。記錄故障設備名稱、編號、故障的原因和時間及相關的狀態信息。
3.4.15日志管理
自動生成全日志、事故及異常日志、事故跳閘日志、操作日志和維修日志等。系統同時支持人工填寫日志功能，系統具有防止偽造人工填寫日志的措施。
3.4.16信息打印功能
所有操作、警報、報表信息均可根據需要（圖形打印、報表打印、事件打?。┐蛴〕鰜?。
3.4.17數據查詢
通過設置設備或時間在系統中查詢各類實時、歷史數據，可按時間區間、按系統類別、按報警級別、按間隔方式等。也可按變量列表、數據數值、曲線、模擬圖、日志事件，設備報告事件記錄、錄播故障記錄、事故追憶記錄等多種方式。系統提供按等多類別查詢方式。
3.4.18自診斷自糾錯
管理系統服務器互為熱備份，并具有故障自診斷能力。系統具有程序管理器，能對整個系統的運行狀況實施監控，當系統軟件中有個別模塊運行發生故障時，可對其復位。針對監控設備的故障報警信息、故障信息均記錄在系統中生成日志文件，并可通過故障查詢窗口查詢并可及時打印。
3.4.19執行閉環操作
可設置操作管理權限，只有正確輸入操作和監控兩種密碼及正確的編號后，獲權控制操作、修改數據，記錄信息。
4 安科瑞電力監控解決方案
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、開關柜綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產品、電能質量在線監測裝置、配電室環境監控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動化的綜合監控系統，實現了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監控范圍包括用戶變電站、開閉所、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化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發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化技術、計算機技術、網絡技術和信息傳輸技術，集保護、監測、控制、通信等功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態化的系統，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、穩定、經濟運行提供了堅實的保障。
4.2應用場所
適用于軌道交通，工業，建筑，學校，商業綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統工程設計、施工和運行維護。
4.3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、光纖環網網絡結構，根據用戶用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網方式。
4.4系統功能
（1）實時監測：直觀顯示配電網的運行狀態，實時監測各回路電參數信息，動態監視各配電回路有關故障、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：查詢各回路或設備時間的運行參數。
（5）實時告警：具有實時告警功能，系統能夠對配電回路遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發出告警。
（6）歷史事件查詢：對事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。
（7）電能統計報表：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點的用電情況。
（8）用戶權限管理：設置了用戶權限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。
（9）網絡拓撲圖：支持實時監視并診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構。
（10）電能質量監測：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性的監測。
（11）遙控功能：可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。
（12）故障錄波：可在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、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態信息。
（14）Web訪問：展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點位數量等概況信息，設備通信狀態，用電分析和事件記錄。
（15）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系統硬件配置
6結語
某高校配電室電力監控系統升級改造完成后實現了配電室變配電監控自動化管理。通過此次升級，實現了預期的目標，實現了對校內配電室各高低壓電回路的數據集成和監控，實時監測供配電的電力參數和運行狀態，確保了供配電的安全、持續、穩定運行。同時，能夠及時發現安全隱患，杜絕斷電事故，實現了無人值守，為教學科研的電力安全運維保駕護航。隨著物聯網和5G時代的到來，新技術、新設備的更新換代將會日新月異，總結某高校電力監控系統的技術實現，其目的在于更好地提升高校后勤管理水平和工作效率，滿足教學和科研需要。
參考文獻
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[4]史震，常明，朱曉立，董建波.試析某高校電力監控系統在配電室的應用.
[5]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版.
作者簡介
任運業，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。
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