淺談電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定   201801

摘要：電力監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代電力科技事業(yè)發(fā)展的標(biāo)志，其在供配電設(shè)計(jì)中具有重要作用。供配電中的電力監(jiān)控能提升用電明確性，提高電網(wǎng)工作效率，進(jìn)而有效降低電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本。本文通過(guò)對(duì)供配電設(shè)計(jì)中電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行全面分析，最后對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：供配電設(shè)計(jì);電力監(jiān)控系統(tǒng);電力應(yīng)用;

電力自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)是一套完整的電力供應(yīng)和配電綜合自動(dòng)化管理系統(tǒng)。成功實(shí)現(xiàn)了供電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)字通信、遠(yuǎn)程控制、設(shè)備維護(hù)和電源綜合信息的管理。結(jié)合現(xiàn)代控制理論，系統(tǒng)集成了在線監(jiān)測(cè)技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)管理技術(shù)，通過(guò)安裝在電力設(shè)備上的各種傳感器和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、監(jiān)視、監(jiān)測(cè)以及設(shè)備周圍的環(huán)境條件,當(dāng)電力設(shè)備或周圍的場(chǎng)景出現(xiàn)異常時(shí),它可以自動(dòng)采集并向上級(jí)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理中心發(fā)送監(jiān)控信息和報(bào)警信息,以便操作人員可以監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理中心。

1. 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與通信構(gòu)成

1.1、控站控層網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于站控層網(wǎng)絡(luò)來(lái)講，其在使用過(guò)程中通常發(fā)揮著兩大作用:一是可以當(dāng)作通信設(shè)備來(lái)使用，進(jìn)而把站控層和控制層設(shè)備連接起來(lái)；二是可以使站控層當(dāng)作每一個(gè)節(jié)點(diǎn)得以聯(lián)系，也使通信功能作用得以發(fā)揮。在系統(tǒng)內(nèi)，出現(xiàn)兩個(gè)既互相冗余，卻又對(duì)數(shù)據(jù)處理發(fā)揮作用的服務(wù)器，說(shuō)明服務(wù)器在正常運(yùn)行時(shí)，不僅能夠通過(guò)以太網(wǎng)、站級(jí)通信規(guī)約等常見的一些途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理工作，還能夠與裝置進(jìn)行直接接觸，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)處理工作。此外，若是把數(shù)據(jù)庫(kù)與站控層連接在一起，便會(huì)使得服務(wù)器淪為兩個(gè)網(wǎng)格的網(wǎng)關(guān)，對(duì)于該網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，使用的便是以速度為優(yōu)勢(shì)的以太網(wǎng)。

1.2、間隔層網(wǎng)絡(luò)

間隔層網(wǎng)絡(luò)是一種介于通信控制層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)，借助LON現(xiàn)場(chǎng)總線作為測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)主要是以屏蔽雙絞線為主。當(dāng)前支持的間隔層網(wǎng)絡(luò)中主要是包括CAN、以太網(wǎng)、LON網(wǎng)和RS485網(wǎng)絡(luò)等。如果傳輸距離較近情況下，可以選擇5類線，反之，如果傳輸距離較遠(yuǎn)，則選擇光纖作為物理介質(zhì)。

1.3、DCS系統(tǒng)接口

DCS系統(tǒng)是電廠生產(chǎn)活動(dòng)正常開展的控制系統(tǒng)，所以在電力監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中，借助DCS系統(tǒng)通信主要包括以下兩個(gè)方面：其一，站控層轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到工作站，傳輸?shù)紻CS系統(tǒng)網(wǎng)卡上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸，此種方式可以存儲(chǔ)大量的信息數(shù)據(jù)；其二，如果數(shù)據(jù)對(duì)于響應(yīng)速度要求較高，可以選擇串口方式實(shí)現(xiàn)通信，也可以借助以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和交互。

1. 電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1、電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電設(shè)計(jì)探討

2.1.1電力網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)主要是利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)控制與管理。簡(jiǎn)而言之，在使用的過(guò)程中，能夠把它很好的掛于總線上利用智能設(shè)備將其連接成電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如此一來(lái)，這樣不僅能大幅度減小方案設(shè)計(jì)成本，還可進(jìn)一步解決現(xiàn)場(chǎng)智能化監(jiān)控中收集的信號(hào)數(shù)據(jù)。從而準(zhǔn)確且快速的傳達(dá)系統(tǒng)操作的命令，最終實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能。具體網(wǎng)絡(luò)方案有三種，①如果現(xiàn)場(chǎng)并無(wú)許多的監(jiān)控設(shè)備且過(guò)于集中的小系統(tǒng)，則能連接所有的智能設(shè)備于一條總線上，緊接著利用接口轉(zhuǎn)換器和電力監(jiān)控主機(jī)直接交換數(shù)據(jù)信號(hào)；②如果現(xiàn)場(chǎng)有很多的智能化監(jiān)控設(shè)備，而且系統(tǒng)分布多于分散，可以將現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)總線相連接，緊接著將多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線分別和網(wǎng)關(guān)相互連接；③最后一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法，為了進(jìn)一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，針對(duì)許多個(gè)子變電站的系統(tǒng)，則可以設(shè)置一臺(tái)監(jiān)控主機(jī)（在每一個(gè)子站），這個(gè)主機(jī)主要管理本站現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)中的智能化監(jiān)控設(shè)備，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理工作。并且現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中心主機(jī)依據(jù)授權(quán)，能夠很好的控制子站并監(jiān)控主機(jī)，無(wú)疑大幅度提升了電力系統(tǒng)的可靠性以及工作效率。

2.1.2監(jiān)控組態(tài)的軟件

電子監(jiān)控組態(tài)軟件主要是依據(jù)采集和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)作為主要的內(nèi)容，同時(shí)擁有很多的組態(tài)功能，能夠進(jìn)一步生成目標(biāo)運(yùn)用的軟件。相關(guān)操作人員利用電力監(jiān)控組態(tài)軟件，能夠較為簡(jiǎn)便的獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)，并及時(shí)發(fā)出命令，從而很好的進(jìn)行監(jiān)控。其主要包括五個(gè)方面，第一，繪圖（按鈕、標(biāo)簽、時(shí)鐘、滑動(dòng)條、位圖等）；第二，系統(tǒng)編輯，則能夠復(fù)制、粘貼、旋轉(zhuǎn)等多個(gè)操作；第三，身份驗(yàn)證，主要指啟動(dòng)和退出程序的時(shí)候，反復(fù)對(duì)文件進(jìn)行刪除和修改，同時(shí)進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)等多個(gè)操作進(jìn)行驗(yàn)證，從而有效防止非法操作等多個(gè)狀況；第四，顯示曲線（歷史曲線以及實(shí)時(shí)曲線）；第五，報(bào)表生成和OPC接口，前者主要是在匯總多個(gè)信息的基礎(chǔ)之上，嚴(yán)格依據(jù)規(guī)定的形式，進(jìn)行系統(tǒng)的保存和打??；后者主要是為電力監(jiān)控和上級(jí)系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行信號(hào)交換。

2.2電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電中的功能應(yīng)用探討

2.2.1采集和處理數(shù)據(jù)

采集和處理數(shù)據(jù)作為電力監(jiān)控系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)與前提，其重要地位不言而喻。數(shù)據(jù)采集主要是通過(guò)使用儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的。底層多功能網(wǎng)絡(luò)儀表完成采集，數(shù)據(jù)通過(guò)儀表實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)的反應(yīng)的是遠(yuǎn)程設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，需要完成數(shù)據(jù)采集的信號(hào)包括：三相電壓U、三相電流I、電度W、功率P、頻率f、功率因數(shù)COSφ等。為了達(dá)到配電監(jiān)控的自動(dòng)化和智能化要求，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要是數(shù)據(jù)信息的分析、記錄和儲(chǔ)存。處理后的數(shù)據(jù)信息要存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以方便用戶的查詢和輸出。

2.2.2實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互

電力監(jiān)控系統(tǒng)可以形成清晰度較高、質(zhì)量較好的界面，不僅能讓用戶清晰的了解界面內(nèi)容，還可以將閱讀語(yǔ)言設(shè)置成中文，方便用戶能夠快速進(jìn)行界面內(nèi)容的閱讀。與此同時(shí)，界面操作可以統(tǒng)一進(jìn)行，減少操作次數(shù)，保證操作質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)相連接的界面，能做到實(shí)時(shí)更新，為用戶提供不同類型的操作界面。操作界面能夠?qū)⑴潆娤到y(tǒng)的狀態(tài)有效的呈現(xiàn)出來(lái)，使客戶對(duì)電力信息數(shù)據(jù)有更為全面、細(xì)致的了解。例如：通過(guò)界面顯示，用戶可以直觀、清晰地掌握供配電實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況、內(nèi)容、設(shè)備的運(yùn)行形式及方式等等。人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)，拉近了用戶與供配電的距離，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)供配電更有效的監(jiān)控。

2.2.3協(xié)助供配電記錄事件發(fā)生

在電力系統(tǒng)中難免會(huì)出現(xiàn)工作故障，因此，在供配電設(shè)計(jì)中，電力監(jiān)控系統(tǒng)不僅要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，也要能實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)的事件的重點(diǎn)記錄，并做好順序存儲(chǔ)的工作。順序儲(chǔ)存是指當(dāng)遠(yuǎn)方站發(fā)生事故時(shí)，電力系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄電力系統(tǒng)開關(guān)或繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)的事件順序。實(shí)現(xiàn)供配電的順序存儲(chǔ)，只需要預(yù)留未知空間即可，不必設(shè)定空間大小。

2.2.4實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查詢

在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制隔離開關(guān)和斷路器以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制的方法，操作簡(jiǎn)便，能為工作人員大大減少工作量。與此同時(shí)，工作人員可以對(duì)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各種信息，利用遠(yuǎn)程的方式，形成查詢報(bào)表，方便用戶查詢利用。監(jiān)控系統(tǒng)也將發(fā)揮其信息采集與處理功能，可定期提供有效信息，滿足供配電信息需要。

1. 安科瑞電力監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品介紹與選型

3.1概述

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(wú)人值守的要求，針對(duì)35kV及以下電壓等級(jí)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)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制、通信等多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(jí)的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站方位的控制和管理，滿足變電站無(wú)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。

3.2應(yīng)用場(chǎng)所

辦公建筑（商務(wù)辦公、國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑等）

商業(yè)建筑（商場(chǎng)、金融機(jī)構(gòu)建筑等）

旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè)場(chǎng)所等）

科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑）

通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）

交通運(yùn)輸建筑（機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭建筑等）

廠礦企業(yè)建筑（石油、化工、水泥、煤炭、鋼鐵等）

新能源建筑（光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等）

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)釆用分層分布式設(shè)計(jì)，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場(chǎng)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。

3.4設(shè)備選型

應(yīng)用場(chǎng)合

型號(hào)

保護(hù)功能

系統(tǒng)解決方案

10kV

分配電所

進(jìn)饋線/廠用變

PT監(jiān)測(cè)

AM4-I

AM4-U

三段式定時(shí)限過(guò)流保護(hù)、反時(shí)限過(guò)流保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)、零序過(guò)壓保護(hù)、非電量保

護(hù)、低電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、斷路器遙控分合閘、故障錄波

低電壓警告、PT斷線告警、過(guò)電壓告警、零序過(guò)壓告警

1. 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在電力系統(tǒng)中，人們對(duì)電力電子技術(shù)的研發(fā)已經(jīng)越來(lái)越集中，并開拓出了國(guó)內(nèi)國(guó)外的廣闊市場(chǎng)，這對(duì)電力的發(fā)展起到了關(guān)鍵性的作用。而在科技依舊不斷發(fā)展的今天，人們對(duì)電子系統(tǒng)中的電力電子技術(shù)的要求將會(huì)越來(lái)越高。因此，電力電子技術(shù)應(yīng)該不斷更新變化，融入時(shí)代的新元素，以滿足社會(huì)大眾的需求，跟上時(shí)代的步伐，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

1. li強(qiáng).電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].

2. 高陽(yáng).通信電源監(jiān)控系統(tǒng)在電力通信中的應(yīng)用[J].電子世界,2018(17):201.

3. 安科瑞電力監(jiān)控與保護(hù)類產(chǎn)品選型手冊(cè),2022.07.

4. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)，2022.05.

作者簡(jiǎn)介：

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置和電力監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。