高校變配電室電力監控系統的設計與實(shí)現分析

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(shí)的基礎。特別是針對高校來(lái)講，更需要積極推動(dòng)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(guò)程，并根據高校實(shí)際情況，對高校變配電室電力監控系統升級的可行性進(jìn)行了分析。并且通過(guò)此次升級實(shí)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(guān)鍵詞：高校；變配電；電力監控

1引言

隨著(zhù)高等院校在校園建設上取得了飛躍性的發(fā)展，各類(lèi)現代化教學(xué)用房的投入使用、大量先進(jìn)教學(xué)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(jīng)成為高校管理部門(mén)在校園規劃、建設和管理中所面臨的主要任務(wù)之一。當前，各高校勢必面臨各類(lèi)基礎設施老化的問(wèn)題，為教學(xué)科研服務(wù)提供可靠、穩定、安全電力保障的高校變配電站也勢必進(jìn)行升級改造。結合當今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和運用，以往的供電管理系統和設備已經(jīng)不能滿(mǎn)足當前高校管理的要求，因此采用技術(shù)先進(jìn)的設施、采取科學(xué)有效的管理方法，從技術(shù)上對高校變配電室進(jìn)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(wàn)平方米的教學(xué)、辦公、科研實(shí)驗及生活服務(wù)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(mén)的首要任務(wù)，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(shí)做法。通過(guò)計算機對變電室的設備進(jìn)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(shí)時(shí)掌握變配電設備的運行情況，對變配電設備進(jìn)行操作。

3電力監控系統的技術(shù)實(shí)現

3.1實(shí)現原則

實(shí)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(shù)規范及要求，實(shí)現配電智能化遠程實(shí)時(shí)掌控[1]。完成設備數據傳送和數據共享，進(jìn)而完成各系統之間的組網(wǎng)，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(lián)網(wǎng)的形式?；谀掣咝５男再|(zhì)，宜采用本地后臺式系統進(jìn)行智能管控管理，系統采用專(zhuān)業(yè)組態(tài)軟件，管控系統采用分層分布開(kāi)放式結構的實(shí)時(shí)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(guò)本地監控主機實(shí)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(shí)際情況分步、分項實(shí)施拓展部署。

系統采用現場(chǎng)總線(xiàn)控制和以太網(wǎng)絡(luò )通信方式?，F場(chǎng)通信采用485屏蔽線(xiàn)傳送數據，保證了系統通信的信息交換速度，并為上級管理系統預留通信接口，進(jìn)行設備數據傳送和數據共享，進(jìn)而完成各系統之間的組網(wǎng)。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(shí)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(kāi)放式的軟硬件平臺、豐富的通信接口協(xié)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(wǎng)絡(luò )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(lèi)型及柜體結構，分別安裝在各個(gè)高低壓開(kāi)關(guān)柜中，可單獨實(shí)現監測間隔層和控制各類(lèi)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(guān)數據參數，通過(guò)通信管理機上傳并接收操作指令，對設備進(jìn)行操作。

3.2.2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(shí)時(shí)反饋各類(lèi)相關(guān)設備的數據參數，實(shí)現變配電實(shí)時(shí)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(wǎng)絡(luò )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^(guò)本地圖像工作站（或互聯(lián)網(wǎng)圖形服務(wù)器）實(shí)現系統統一管理功能，為用戶(hù)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(shí)時(shí)反饋監控信息，實(shí)現智能電力監控管理系統的配電實(shí)時(shí)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。

3.2.3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(guò)協(xié)議轉換實(shí)現數據的格式的統一，實(shí)現設備數據與高速網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)互聯(lián)通信。主要包括：通訊機柜、通信管理機、關(guān)電源、以太網(wǎng)交換機及各種通信媒介（屏蔽雙絞線(xiàn)、網(wǎng)線(xiàn)）等。

3.3設備間隔層的終端數據采集管理設備及實(shí)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(wú)功、頻率、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、報警信號等。實(shí)現功能：斷路器分、合閘報警信號；速斷動(dòng)作跳閘報警；過(guò)流動(dòng)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(chē)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(shí)時(shí)曲線(xiàn)、歷史曲線(xiàn)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(shí)現功能：實(shí)時(shí)監測所有高壓柜所需測量的電力數據；歷史數據；開(kāi)關(guān)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(xiàn)圈實(shí)時(shí)溫度、變壓器門(mén)狀態(tài)、報警信號燈。實(shí)現功能：A、B、C鐵芯線(xiàn)圈實(shí)時(shí)溫度；變壓器門(mén)狀態(tài)；風(fēng)扇啟停工作狀態(tài)；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(wú)功功率、頻率、電度、分合閘信號。實(shí)現功能：實(shí)時(shí)監測所有低壓柜所需測量的電力數據；數據實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、歷史曲線(xiàn)分析；開(kāi)關(guān)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(xiàn)絕緣接地情況、異常報警。實(shí)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(shí)時(shí)監測；母線(xiàn)絕緣接地情況實(shí)時(shí)監測；充電機運行狀態(tài)實(shí)時(shí)監測；直流屏工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監測：浮充、均充；異常報警實(shí)時(shí)監測等。

3.3.1保護測控裝置RNP800功能詳述

三段定時(shí)限過(guò)流保護、過(guò)流后加速保護（可受復壓判據控制）、過(guò)負荷保護、過(guò)負荷告警、充電保護、反時(shí)限過(guò)流保護、兩段低壓保護、過(guò)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(guò)壓告警、三段零序過(guò)流保護（可受零序電壓閉鎖）、零序后加速、零序過(guò)流告警、兩段低壓側零序過(guò)流保護、獨立的接地選線(xiàn)功能、PT斷線(xiàn)、CT斷線(xiàn)、控制回路斷線(xiàn)、裝置失電告警、合閘可檢同期、檢線(xiàn)路無(wú)壓、檢母線(xiàn)無(wú)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(lèi)電壓、各類(lèi)電流、各類(lèi)有功、各類(lèi)無(wú)功，功率因數、頻率、線(xiàn)路側同期電壓頻率、有功電度、無(wú)功電度、溫度、基波及各次諧波。另有遙信量、遙控量、對時(shí)功能、數據掉電保存等多個(gè)功能。

3.3.2電力多功能測控儀表AE+201功能詳述

遙測：各類(lèi)電流電壓、有功、無(wú)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(xiàn)回路的分合閘狀態(tài)、歷史曲線(xiàn)采樣、計算和統計低壓柜各出線(xiàn)回路，開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)動(dòng)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(shí)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(wǎng)絡(luò )通信軟件、實(shí)時(shí)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遙信功能

遙信分為位置狀態(tài)遙信和保護信號。位置遙信包括各種開(kāi)關(guān)、刀閘、分狀態(tài)、開(kāi)關(guān)手車(chē)的工作、試驗位置狀態(tài)、變壓器分接開(kāi)關(guān)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(tài)的傳送，系統優(yōu)先傳送故障信號和遙信變位信號。

3.4.2遙控功能

系統以實(shí)時(shí)數據庫為主控與被控設備的結合點(diǎn)，實(shí)時(shí)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(xiě)入實(shí)時(shí)數據庫，通過(guò)通信控制器執行。

3.4.3禁止或強制處理

因故信號臨時(shí)不能正確反映真實(shí)狀態(tài)的遙信點(diǎn)，可進(jìn)行操作命令，手工設定遙信點(diǎn)的狀態(tài)，或禁止對遙信點(diǎn)的搜集。數據庫中記錄數據點(diǎn)手工設置和禁止采集的狀態(tài)，在主接線(xiàn)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(xiàn)電壓，三相電流，有功功率，無(wú)功功率，有功電度，無(wú)功電度，功率因數COSj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(xiàn)圖上可顯示上述各類(lèi)參數，同時(shí)數據實(shí)時(shí)刷新，發(fā)生參數遙測量超限，主機報警，系統畫(huà)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(shí)顏色復原，上述過(guò)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(jìn)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(shí)的傳送回管理主機，實(shí)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(shí)時(shí)數據或“虛遙信/虛遙測"信號關(guān)聯(lián)。如遙信量狀態(tài)、遙測量得值、裝置的通信狀態(tài)等。

3.4.7報警

多種報警方式，如燈光、圖文、訊響、打印、模擬盤(pán)等報警方式，即可獨立報警，也可組合報警，報警的發(fā)生可在控制層和間隔層同時(shí)實(shí)現，并可根據管理主機的職責范圍有針對性地報警。同時(shí)，可分為預告性和事故性報警，根據要求可實(shí)現語(yǔ)音報警。

3.4.8事故

當事故發(fā)生時(shí)，在顯示器上自動(dòng)推出故障信息窗口，內容包括：故障發(fā)生地點(diǎn)、對象、性質(zhì)、時(shí)間及相關(guān)故障數據，如短路電流等。畫(huà)面上的故障設備自動(dòng)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(shí)，管理主機畫(huà)面顯示具體內容，包括對象、性質(zhì)、發(fā)生時(shí)間及相關(guān)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(lái)的參數，進(jìn)行計算處理并保存至管理主機系統的分類(lèi)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(tài)、報警信息的所有記錄，可隨時(shí)查詢(xún)分析；管理主機系統具有報表生成工具，根據運行要求自動(dòng)生成各種報表：日報表、月報表、年報表，同時(shí)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(lèi)報表均可打印。

3.4.12事故追憶記錄

系統能夠實(shí)時(shí)數據跟蹤分析處理，支持開(kāi)關(guān)量或模擬量，系統保存不少于1個(gè)月的事故追憶記錄，可以按類(lèi)別查詢(xún)、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(dòng)作時(shí)，及時(shí)記錄事故動(dòng)作時(shí)間、原因和相應模擬量、開(kāi)關(guān)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(fā)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(chēng)、編號、故障的原因和時(shí)間及相關(guān)的狀態(tài)信息。

3.4.15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?lái)。

3.4.16日志管理

自動(dòng)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(shí)支持人工填寫(xiě)日志功能，系統具有防止偽造人工填寫(xiě)日志的措施。

3.4.17數據查詢(xún)

通過(guò)設置設備或時(shí)間在系統中查詢(xún)各類(lèi)實(shí)時(shí)、歷史數據，可按時(shí)間區間、按系統類(lèi)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(xiàn)、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(lèi)別查詢(xún)方式。

3.4.18自診斷自糾錯

管理系統服務(wù)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(gè)系統的運行狀況實(shí)施監控，當系統軟件中有個(gè)別模塊運行發(fā)生故障時(shí)，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(guò)故障查詢(xún)窗口查詢(xún)并可及時(shí)打印。

3.4.19執行閉環(huán)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(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。

4.2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。

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(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。

4.4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)。

5系統硬件配置

6結語(yǔ)

某高校配電室電力監控系統升級改造完成后實(shí)現了配電室變配電監控自動(dòng)化管理。通過(guò)此次升級，實(shí)現了預期的目標，實(shí)現了對校內配電室各高低壓電回路的數據集成和監控，實(shí)時(shí)監測供配電的電力參數和運行狀態(tài)，確保了供配電的安全、持續、穩定運行。同時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)現安全隱患，杜絕斷電事故，實(shí)現了無(wú)人值守，為教學(xué)科研的電力安全運維保駕護航。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)和5G時(shí)代的到來(lái)，新技術(shù)、新設備的更新?lián)Q代將會(huì )日新月異，總結某高校電力監控系統的技術(shù)實(shí)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(mǎn)足教學(xué)和科研需要。

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