淺談電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電管理中的應(yīng)用分析
瀏覽次數(shù)：973更新時(shí)間：2022-12-12
劉丹
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：為了進(jìn)一步提升供配電設(shè)計(jì)的質(zhì)量水平，要整合系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)，充分發(fā)揮電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值，提升資源利用率，減少運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)損失和運(yùn)營成本。分析供配電設(shè)計(jì)應(yīng)用電力監(jiān)控系統(tǒng)的具體作用，從組態(tài)軟件功能設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)場智能監(jiān)控設(shè)計(jì) 3 個(gè)方面對具體設(shè)計(jì)內(nèi)容展開討論，最后結(jié)合案例分析應(yīng)用方案。
關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控系統(tǒng)；供配電設(shè)計(jì)；Power Logic
0 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，電力運(yùn)營管理工作的性和科學(xué)性受到廣泛關(guān)注，要整合電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)，維持供配電設(shè)計(jì)效果的應(yīng)用價(jià)值，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的和諧統(tǒng)一。
1 供配電設(shè)計(jì)應(yīng)用電力監(jiān)控系統(tǒng)的作用
電力監(jiān)控系統(tǒng)是融合現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等多元技術(shù)類型建立的技術(shù)模式，將其應(yīng)用在供配電設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，能在建構(gòu)集中監(jiān)控管理體系的同時(shí)，具備數(shù)據(jù)采集匯總、遙測遙控處理、數(shù)據(jù)綜合分析等功能，以保證智能化系統(tǒng)發(fā)揮價(jià)值，為供配電工作效率的提高奠定基礎(chǔ)。
1.1 數(shù)據(jù)采集匯總
電力監(jiān)控系統(tǒng)能建立完整的數(shù)據(jù)信息匯總模塊。
（1）模擬量采集。采集的模擬量中，各段的母線電壓數(shù)據(jù)、線路電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)和功率因數(shù)等，都是關(guān)鍵參數(shù)。較為常見的模擬量采集過程會采取直流采樣或交流采樣，其中，直流采樣要借助交流電壓、電流等參數(shù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換器后，換算為模數(shù)轉(zhuǎn)換器能讀取的信號，并且能被應(yīng)用在實(shí)際控制環(huán)境內(nèi)。
（2）開關(guān)量采集。獲取斷路器狀態(tài)參數(shù)、隔離開關(guān)狀態(tài)、接地刀閘狀態(tài)參數(shù)等，以保證后續(xù)報(bào)警信號分析和傳達(dá)的及時(shí)性。
（3）電能計(jì)量分析。完成有功電能、無功電能的實(shí)時(shí)性采集分析，相較于傳統(tǒng)機(jī)械式電能表，電力監(jiān)控系統(tǒng)支持的電能表結(jié)構(gòu)能利用電能脈沖計(jì)量和軟件計(jì)量等多種方式并行，建構(gòu)完整的分析機(jī)制，維持有功電能、無功電能的計(jì)量分析，維持綜合應(yīng)用效果[1]。
1.2 事件記錄
在供配電設(shè)計(jì)中應(yīng)用電力監(jiān)控系統(tǒng)，要對斷路器合閘/分閘等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)性記錄，并且保證保護(hù)動(dòng)作順序記錄的合理性和規(guī)范性。與此同時(shí)，微機(jī)保護(hù)流程或監(jiān)控系統(tǒng)采集環(huán)節(jié)也非常關(guān)鍵，要匹配充足的內(nèi)存空間，維持?jǐn)?shù)量和時(shí)間段事件順序記錄的規(guī)范性。關(guān)鍵的是，后臺監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控通信要具備實(shí)時(shí)性處理功能，避免信息事件丟失。
1.3 故障實(shí)時(shí)性錄入
供配電設(shè)計(jì)體系中，也要對故障問題予以關(guān)注，打造更合理的故障分析和控制平臺。設(shè)置故障記錄功能模塊，就能對繼電保護(hù)動(dòng)作前后和故障相關(guān)的電流量、母線電壓量等進(jìn)行集中的記錄分析。記錄時(shí)間一般是保護(hù)啟動(dòng)前2個(gè)電壓周期和保護(hù)動(dòng)作后的10個(gè)電壓周期，能維持良好的動(dòng)作保護(hù)，確保重合閘全過程管理的規(guī)范性。
1.4 遠(yuǎn)程操作
電力監(jiān)控系統(tǒng)還能搭建完整的遠(yuǎn)程操作模式，操作人員借助計(jì)算機(jī)就能對相關(guān)元件予以實(shí)時(shí)性控制，尤其是斷路器和隔離開關(guān)等，落實(shí)分閘、合閘操作，能避免計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障影響操作，且在設(shè)計(jì)中保留人工操作和遠(yuǎn)程操作的并行功能。以斷路器操作為例，設(shè)置相應(yīng)的閉鎖功能：淤斷路器在實(shí)時(shí)性操作的過程中要具備閉鎖自動(dòng)重合閘；于就地操作和遠(yuǎn)方操作能實(shí)現(xiàn)互相閉鎖，并且能減少干擾問題；盂結(jié)合實(shí)時(shí)性信息自動(dòng)分析模式，能對斷路器和隔離開關(guān)進(jìn)行閉鎖操作控制；榆依據(jù)實(shí)時(shí)性應(yīng)用模式，無論是就地還是遠(yuǎn)程操作處理，都能避免誤操作閉鎖產(chǎn)生的影響，并且能實(shí)現(xiàn)對象校核、操作性質(zhì)和命令執(zhí)行的并行處理[2]。
1.5 實(shí)時(shí)性監(jiān)控
（1）越限報(bào)警和記錄。在監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性運(yùn)行的過程中，能對采集獲取的電流參數(shù)、電壓參數(shù)等基礎(chǔ)模擬量予以實(shí)時(shí)性跟蹤分析，一旦出現(xiàn)越限問題，就能馬上完成報(bào)警信號的處理，同時(shí)完成和越限值的記錄。
（2）電能質(zhì)量監(jiān)控。在供配電控制體系中，要對電能質(zhì)量予以實(shí)時(shí)性監(jiān)督管理，才能打造良好的供配電管控模式。一般造成電力設(shè)備故障或是誤操作的問題中，電壓/電流靜態(tài)偏差和動(dòng)態(tài)擾動(dòng)等現(xiàn)象較為常見，表現(xiàn)為電壓或頻率存在明顯的值變化，或出現(xiàn)電壓波動(dòng)、閃變、電壓暫降等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會出現(xiàn)暫態(tài)和瞬態(tài)過電壓引起參數(shù)變化。我國針對電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)主要集中在三相電壓允許不平衡度的規(guī)定和電力系統(tǒng)頻率允許偏差等方面，借助電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用元件對其進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)記錄和匯總，以保證綜合控制的規(guī)范性。
2 供配電設(shè)計(jì)中應(yīng)用電力監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)容
明確電力監(jiān)控系統(tǒng)的作用，就要結(jié)合供配電的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，匹配相應(yīng)的設(shè)計(jì)元素，維持整體設(shè)計(jì)效果和應(yīng)用質(zhì)量，保證綜合設(shè)計(jì)水平。
2.1 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)
監(jiān)控組態(tài)軟件是具備組態(tài)功能的應(yīng)用軟件，不僅能實(shí)現(xiàn)面向數(shù)據(jù)的監(jiān)控處理，還能完成數(shù)據(jù)采集，維持應(yīng)用的規(guī)范性和科學(xué)性，為操作人員提供實(shí)時(shí)性觀察匯總數(shù)據(jù)的功能[3]：淤組態(tài)軟件的繪畫功能設(shè)計(jì)，能配合相應(yīng)的模塊完成元圖、制位圖、滑動(dòng)條、標(biāo)簽、時(shí)鐘的繪制處理，配合操作級別和圖層屬性就能完成相關(guān)操作工序；于組態(tài)軟件的編輯功能設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)對被編輯對象的旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、粘貼、對齊等操作；盂在系統(tǒng)程序啟動(dòng)和退出時(shí)借助相應(yīng)的指令模塊，就能完成實(shí)時(shí)性校驗(yàn)操作，避免用戶非法處理；榆實(shí)時(shí)性/歷史性曲線功能設(shè)計(jì)，調(diào)取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，就能顯示出實(shí)時(shí)性曲線參數(shù)和歷史曲線參數(shù)，方便用戶直觀了解現(xiàn)場數(shù)據(jù)的變動(dòng)情況；虞報(bào)表處理，對數(shù)據(jù)信息予以匯總分析，從而結(jié)合預(yù)定的格式輸出信息，了解組態(tài)結(jié)構(gòu)，操作十分靈活且便捷；愚OPC 接口設(shè)計(jì)，電力監(jiān)控系統(tǒng)的最大價(jià)值是建立實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)的收集和分析能力，評估變電站自動(dòng)化、樓宇自控等功能獲取的數(shù)值參數(shù)，完成合理的數(shù)據(jù)交換工作，維持?jǐn)?shù)據(jù)項(xiàng)處理的實(shí)時(shí)性；輿報(bào)警功能模塊設(shè)計(jì)，主要包括報(bào)務(wù)器、報(bào)警數(shù)據(jù)源、報(bào)警顯示方式、報(bào)警信號打印等具體模塊，配合實(shí)時(shí)性確認(rèn)功能的處理，就能打造完整的應(yīng)用平臺，維持供配電設(shè)計(jì)中電力監(jiān)控系統(tǒng)的作用。
2.2 網(wǎng)絡(luò)方案
依據(jù)供配電設(shè)計(jì)的基本要求，要結(jié)合具體情況落實(shí)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)方案，維持應(yīng)用管理的科學(xué)性和完整性。目前，較為常見的網(wǎng)絡(luò)方案主要有以下 3 種。
（1）針對一些現(xiàn)場智能監(jiān)控設(shè)備數(shù)量少且對應(yīng)設(shè)備分布較為集中的系統(tǒng)，將智能設(shè)備集中應(yīng)用在一條總線系統(tǒng)上，配合智能化設(shè)備，建立完整的接口轉(zhuǎn)換器、監(jiān)控主機(jī)數(shù)據(jù)交換模式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息處理（圖1）。
（2）針對一些現(xiàn)場智能監(jiān)控設(shè)備數(shù)量多，且設(shè)備分布比較分散的系統(tǒng)，要結(jié)合現(xiàn)場智能監(jiān)控設(shè)備接入模式，建立完整的現(xiàn)場總線分析機(jī)制，并且保證總線分別接入網(wǎng)關(guān)，維持現(xiàn)場總線調(diào)度的科學(xué)性（圖 2）。
（3）針對子變電站較多的大系統(tǒng)，出于提升整體系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的考慮，要對每個(gè)子站都進(jìn)行實(shí)時(shí)性監(jiān)控，這就需要保證每個(gè)子站都設(shè)置智能監(jiān)控設(shè)備，以便于站內(nèi)數(shù)據(jù)運(yùn)算處理的綜合效果（圖 3）。需要注意的是，監(jiān)控中心主機(jī)在獲取授權(quán)后，能對子站監(jiān)控主機(jī)的信息、數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)予以查詢，維持系統(tǒng)運(yùn)行效率和信息可靠性。
2.3 現(xiàn)場智能監(jiān)控設(shè)備設(shè)計(jì)
為了保證現(xiàn)場智能監(jiān)控設(shè)備整體布局結(jié)構(gòu)滿足應(yīng)用預(yù)期，要整合相關(guān)內(nèi)容，在建立完整 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸模式的基礎(chǔ)上，配合監(jiān)控主機(jī)發(fā)出的操作指令，維持良好的動(dòng)態(tài)分析模式：淤市場上監(jiān)控設(shè)備數(shù)量較多，且對應(yīng)的動(dòng)能多樣，為了保證整體設(shè)計(jì)的合理性，在選擇型號的過程中要充分結(jié)合客戶的實(shí)際需求，綜合分析電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷等級等內(nèi)容，以保證現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備選型工作，節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本；于現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備要維持各自獨(dú)立的狀態(tài)，保證數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)范性，配合動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性顯示開關(guān)設(shè)備，在處理運(yùn)行參數(shù)、故障信息、事件記錄等內(nèi)容的同時(shí)，維持?jǐn)?shù)據(jù)管理的科學(xué)性和規(guī)范性。
3 案例
以 Power Logic 軟件為例，電力監(jiān)控系統(tǒng)配置中，設(shè)置 10 kV電源，應(yīng)用 CM4250 作為基礎(chǔ)設(shè)備，采取重要回路和一般回路獨(dú)立設(shè)置的方案。
（1）主中壓進(jìn)線回路/重要低壓進(jìn)線回路的監(jiān)控要按照遙測、遙信、遙控進(jìn)行分別處理。其中，遙測是對三相電壓、有功功率、無功電能、功率因數(shù)、頻率等參數(shù)進(jìn)行調(diào)取監(jiān)控，測量精度達(dá)到0.2%；遙信是對開關(guān)分合狀態(tài)予以監(jiān)控；遙控是對開關(guān)遠(yuǎn)程進(jìn)行分合控制，并且配合通信規(guī)約調(diào)整，完成電能質(zhì)量監(jiān)測。
（2）要對一般出線回路進(jìn)行監(jiān)控，主要是結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約分析通信接口信息，并且 MC 系列多回路監(jiān)控單元也能完成饋線監(jiān)控。
4 安科瑞電力監(jiān)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(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點(diǎn)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(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動(dòng)化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運(yùn)行和管理。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(dòng)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(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、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(shí)現(xiàn)對變電站的控制和管理，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(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)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(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。
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(jì)，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(shí)時(shí)監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電參數(shù)信息，動(dòng)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(xì)電參量。
（3） 曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。
（4） 運(yùn)行報(bào)表：查詢各回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)。
（5） 實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護(hù)動(dòng)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(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
（7） 電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表：系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)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(shí)時(shí)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(gè)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(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測。
（11）遙控功能：可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。
（12）故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)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(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)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(diǎn)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。
4.5系統(tǒng)硬件配置
5 結(jié)束語
將電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在供配電設(shè)計(jì)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，能在提升數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確性的同時(shí)，打造更加完整的電能質(zhì)量監(jiān)督體系，以保證智能設(shè)備應(yīng)用的科學(xué)性和規(guī)范性，為電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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