劉細鳳
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)展的標志，其在供配電設計中具有重要作用。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，進而有效降低電力系統(tǒng)運營成本。本文通過對供配電設計中電力監(jiān)控系統(tǒng)進行全面分析，最后對電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電設計中的應用進行研究。
關鍵詞：供配電設計;電力監(jiān)控系統(tǒng);電力應用;
電力自動化監(jiān)控系統(tǒng)是一套完整的電力供應和配電綜合自動化管理系統(tǒng)。成功實現(xiàn)了供電系統(tǒng)現(xiàn)場設備的實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)字通信、遠程控制、設備維護和電源綜合信息的管理。結合現(xiàn)代控制理論，系統(tǒng)集成了在線監(jiān)測技術、傳感器技術、數(shù)字處理技術、無線通信技術和計算機管理技術，通過安裝在電力設備上的各種傳感器和現(xiàn)場監(jiān)測裝置，對電力設備運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)控、監(jiān)視、監(jiān)測以及設備周圍的環(huán)境條件,當電力設備或周圍的場景出現(xiàn)異常時,它可以自動采集并向上級遠程監(jiān)控管理中心發(fā)送監(jiān)控信息和報警信息,以便操作人員可以監(jiān)視現(xiàn)場設備的實時遠程監(jiān)控和管理中心。
電氣自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡與通信構成
1.1、控站控層網(wǎng)絡
對于站控層網(wǎng)絡來講，其在使用過程中通常發(fā)揮著兩大作用:一是可以當作通信設備來使用，進而把站控層和控制層設備連接起來；二是可以使站控層當作每一個節(jié)點得以聯(lián)系，也使通信功能作用得以發(fā)揮。在系統(tǒng)內(nèi)，出現(xiàn)兩個既互相冗余，卻又對數(shù)據(jù)處理發(fā)揮作用的服務器，說明服務器在正常運行時，不僅能夠通過以太網(wǎng)、站級通信規(guī)約等常見的一些途徑來實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理工作，還能夠與裝置進行直接接觸，進而完成數(shù)據(jù)處理工作。此外，若是把數(shù)據(jù)庫與站控層連接在一起，便會使得服務器淪為兩個網(wǎng)格的網(wǎng)關，對于該網(wǎng)絡來說，使用的便是以速度為優(yōu)勢的以太網(wǎng)。
1.2、間隔層網(wǎng)絡
間隔層網(wǎng)絡是一種介于通信控制層和間隔層之間的網(wǎng)絡，借助LON現(xiàn)場總線作為測控網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)主要是以屏蔽雙絞線為主。當前支持的間隔層網(wǎng)絡中主要是包括CAN、以太網(wǎng)、LON網(wǎng)和RS485網(wǎng)絡等。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，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)活動正常開展的控制系統(tǒng)，所以在電力監(jiān)控系統(tǒng)運行中，借助DCS系統(tǒng)通信主要包括以下兩個方面：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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸，此種方式可以存儲大量的信息數(shù)據(jù)；其二，如果數(shù)據(jù)對于響應速度要求較高，可以選擇串口方式實現(xiàn)通信，也可以借助以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和交互。
電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電設計中的應用
2.1、電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電設計探討
2.1.1電力網(wǎng)絡方案設計
監(jiān)控系統(tǒng)主要是利用現(xiàn)場總線技術，最終實現(xiàn)控制與管理。簡而言之，在使用的過程中，能夠把它很好的掛于總線上利用智能設備將其連接成電子網(wǎng)絡系統(tǒng)。如此一來，這樣不僅能大幅度減小方案設計成本，還可進一步解決現(xiàn)場智能化監(jiān)控中收集的信號數(shù)據(jù)。從而準確且快速的傳達系統(tǒng)操作的命令，最終實現(xiàn)了網(wǎng)絡監(jiān)控功能。具體網(wǎng)絡方案有三種，①如果現(xiàn)場并無許多的監(jiān)控設備且過于集中的小系統(tǒng)，則能連接所有的智能設備于一條總線上，緊接著利用接口轉(zhuǎn)換器和電力監(jiān)控主機直接交換數(shù)據(jù)信號；②如果現(xiàn)場有很多的智能化監(jiān)控設備，而且系統(tǒng)分布多于分散，可以將現(xiàn)場的監(jiān)控設備與現(xiàn)場總線相連接，緊接著將多個現(xiàn)場總線分別和網(wǎng)關相互連接；③最后一種網(wǎng)絡設計方法，為了進一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，針對許多個子變電站的系統(tǒng)，則可以設置一臺監(jiān)控主機（在每一個子站），這個主機主要管理本站現(xiàn)場當中的智能化監(jiān)控設備，并進行相關數(shù)據(jù)處理工作。并且現(xiàn)場監(jiān)控中心主機依據(jù)授權，能夠很好的控制子站并監(jiān)控主機，無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)控數(shù)據(jù)作為主要的內(nèi)容，同時擁有很多的組態(tài)功能，能夠進一步生成目標運用的軟件。相關操作人員利用電力監(jiān)控組態(tài)軟件，能夠較為簡便的獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)信號，并及時發(fā)出命令，從而很好的進行監(jiān)控。其主要包括五個方面，第一，繪圖（按鈕、標簽、時鐘、滑動條、位圖等）；第二，系統(tǒng)編輯，則能夠復制、粘貼、旋轉(zhuǎn)等多個操作；第三，身份驗證，主要指啟動和退出程序的時候，反復對文件進行刪除和修改，同時進行讀寫數(shù)據(jù)等多個操作進行驗證，從而有效防止非法操作等多個狀況；第四，顯示曲線（歷史曲線以及實時曲線）；第五，報表生成和OPC接口，前者主要是在匯總多個信息的基礎之上，嚴格依據(jù)規(guī)定的形式，進行系統(tǒng)的保存和打印；后者主要是為電力監(jiān)控和上級系統(tǒng)及時進行信號交換。
2.2電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電中的功能應用探討
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)工作的基礎與前提，其重要地位不言而喻。數(shù)據(jù)采集主要是通過使用儀表進行數(shù)據(jù)采集的。底層多功能網(wǎng)絡儀表完成采集，數(shù)據(jù)通過儀表實時顯示，數(shù)據(jù)的反應的是遠程設備的運行狀態(tài)，需要完成數(shù)據(jù)采集的信號包括：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。為了達到配電監(jiān)控的自動化和智能化要求，需要對數(shù)據(jù)進行處理，主要是數(shù)據(jù)信息的分析、記錄和儲存。處理后的數(shù)據(jù)信息要存儲到數(shù)據(jù)庫中，以方便用戶的查詢和輸出。
2.2.2實現(xiàn)人機交互
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，還可以將閱讀語言設置成中文，方便用戶能夠快速進行界面內(nèi)容的閱讀。與此同時，界面操作可以統(tǒng)一進行，減少操作次數(shù)，保證操作質(zhì)量。網(wǎng)絡相連接的界面，能做到實時更新，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，使客戶對電力信息數(shù)據(jù)有更為全面、細致的了解。例如：通過界面顯示，用戶可以直觀、清晰地掌握供配電實時運行狀況、內(nèi)容、設備的運行形式及方式等等。人機交互的實現(xiàn)，拉近了用戶與供配電的距離，從而實現(xiàn)了對供配電更有效的監(jiān)控。
2.2.3協(xié)助供配電記錄事件發(fā)生
在電力系統(tǒng)中難免會出現(xiàn)工作故障，因此，在供配電設計中，電力監(jiān)控系統(tǒng)不僅要對數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，也要能實現(xiàn)對相關的事件的重點記錄，并做好順序存儲的工作。順序儲存是指當遠方站發(fā)生事故時，電力系統(tǒng)會自動記錄電力系統(tǒng)開關或繼電保護動作時的事件順序。實現(xiàn)供配電的順序存儲，只需要預留未知空間即可，不必設定空間大小。
2.2.4實現(xiàn)遠程查詢
在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，運用計算機網(wǎng)絡控制隔離開關和斷路器以實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠程控制的方法，操作簡便，能為工作人員大大減少工作量。與此同時，工作人員可以對運行過程中產(chǎn)生的各種信息，利用遠程的方式，形成查詢報表，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。
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)是應用電力自動化技術、計算機技術和信息傳輸技術，集保護、監(jiān)測、控制、通信等多功能于一體的開放式、網(wǎng)絡化、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，可實現(xiàn)對變電站方位的控制和管理，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)濟運行提供了堅實的保障。
3.2應用場所
辦公建筑（商務辦公、國家機關辦公建筑等）
商業(yè)建筑（商場、金融機構建筑等）
旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）
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）
交通運輸建筑（機場、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、風能發(fā)電等）
3.3系統(tǒng)結構
Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)釆用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡通信層和現(xiàn)場設備層，組網(wǎng)方式可為標準網(wǎng)絡結構、光纖星型網(wǎng)絡結構、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡結構，根據(jù)用戶用電規(guī)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。
3.4設備選型
應用場合 | 型號 | 保護功能 |
35kV進/饋線 | AM6-F | 三段式（帶方向、復合龜壓閉鎖）過流保護、小電流接地選型保護、三相一次重合閘、低頻減載 |
35kV±變 （2000kVA以上） | AM6-D2 | 兩8B變/三圏變差動速斷保護、比例制動差動保護 |
AM6-D3 |
AM6-T | 變壓器后備保護測控、配用變壓器保護 |
AM6-FD | 變壓樓非電量保護（獨立）、獨立的操作回路 |
35kV電機 （2000kW以上） | AM6-MD | 電機差動保護、電機綜合保護 |
35kV PT監(jiān)測 | AM6-U | PT監(jiān)測 |
35kVr用變 | AM6-TR | 三段式過流、過負荷保護、變壓器非電量保護 |
10kV/6kV進饋線 | AM5-F | 三段式過流/零序過流、過負荷保護（告警/跳閘）、PT斷線告警、三相一次重合閘、低頻減栽、后加速過流、逆功率保護 |
10kV/6kV廠用變 | AM5-T | 三段式過流/零序過流、過負荷保護（吿警償閘）、控故障告警、PT斷線告警、非電參量保護 |
10kV/6kV異步電機 | AM5-M | 兩段式過流/零序過流/負序過流保護、過負荷保護（告警演制）、低電壓保護、PT斷線告警、堵轉(zhuǎn)例護、啟動超時、熱過載保護 |
10kV/6kV電容器 | AM5-C | 兩段式過流/零序過流保護、過負荷保護（告警演閘）、PT斷線告警、過電壓/欠電壓跳閘、不平衡電壓/電流保護； |
10kV/6kV母聯(lián) | AM5-B | 進線備投/母聯(lián)備投、兩段式過流保護、PT斷線告警； |
10KV/6RV PT監(jiān)測 | AM5-U | 低電壓警吿、PT斷線吿警、過龜壓吿警、零序過壓吿警； |
10kV/6kV PT | AM5-BL | 單母線分段系統(tǒng)的PT二次并列/解列控制 |
| 進/饋線 | AM5SE-F | 三段式過流保護（帶方向、帶低壓閉鎖）、反時限過流保護、零序過流保護、三相一次重合閘、低頻減載、失壓保護、逆功率保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波、全電參量測量、獨立操作回路 |
35kV |
| AM5SE-D2 | 兩圈變差動速斷保護、比例制動差動保護 |
變電站 | 35kV主變 | AM5SE-TB | 三段式過流保護（帶復合電壓、帶方向閉鎖）、反時限過流保護、零序過流保護、間隙零序電流保護、零序電壓保護、過負荷保護、啟動通風、閉鎖有載調(diào)壓、斷路器遙控分合閘、故障錄波、全電量測量、獨立操作回路 |
| PT監(jiān)測并列 | AM5SE-UB | PT并列、低電壓警告、PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警 |
| 進/饋線 | AM5-F | 三段式過流保護（帶方向、帶低壓閉鎖）、反時限過流保護、零序過流保護、三相一次重合閘、低頻減載、失壓保護、逆功率保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波 |
| 廠用變 | AM5-T | 三段式過流保護（帶復合電壓閉鎖）、反時限過流保護、零序過流保護、過負荷保護、變壓器非電量保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波 |
| 大功率異步電機（2000kW以上） | AM5SE-MD | 電機差動速斷保護、比例差動保護、啟動中過流一段保護、已運行定時限過流保護、過負荷保護、零序過流保護、過熱保護、堵轉(zhuǎn)保護、低電壓保護、斷路器遙控分合閘、獨立操作回路、故障錄波、全電量測量 |
10(6)kV 開閉所 | 異步電機 | AM5-M | 啟動中過流一段保護、已運行兩段式過流保護、反時限過流保護、過負荷保護、零序過流保護、啟動時間過長、堵轉(zhuǎn)保護、過熱保護、相序保護、低電壓保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波 |
| 電容器 | AM5-C | 兩段式過流保護、反時限過流保護、零序過流保護、欠電壓保護、過電壓保護、不平衡電壓/電流保護、非電量保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波 |
| 母聯(lián) | AM5-B | 兩段式過流保護、反時限過流保護、后加速過流保護、進線備自投、母聯(lián)備自投、斷路器遙控分合閘、故障錄波 |
| PT監(jiān)測 | AM5-U | 低電壓警告、PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警 |
| PT并列 | AM5-BL | 不同母線段上PT二次信號的并列/解列控制 |
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應用場合
型號
保護功能
系統(tǒng)解決方案
10kV
分配電所
進饋線/廠用變
PT監(jiān)測
AM4-I
AM4-U
三段式定時限過流保護、反時限過流保護、零序過流保護、零序過壓保護、非電量保
護、低電壓保護、過電壓保護、過負荷保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波
低電壓警告、PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警
3~35kV智能操裝置 | ASD200 | 一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度控制及顯示（帶強制加熱）、遠方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應、語音防誤提示、語音已帶電提示、柜內(nèi)照明控制、斷路器分合次數(shù)統(tǒng)計、RS485通信 |
3~35kV智能操控裝置 | ASD300 | 一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度控制及顯示（帶強制加熱）、遠方僦地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應、語音防誤提示、語音已帶電提示、柜內(nèi)照明控制、斷路器分合次數(shù)統(tǒng)計、全電參量測量、柜內(nèi)電氣接點無線測溫、RS485通信 |
3~35kV智能操控無線測溫一體化裝置 | ASD320 | 一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度控制及顯示（帶強制加熱）、遠方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應、語音防誤提示、語音已帶電提示、柜內(nèi)照明控制、斷路器分合次數(shù)統(tǒng)計、柜內(nèi)電氣接點無線測溫、RS485通信 |
0.4kV-35kV 斷路器觸頭、銅排、電纜接頭無線測溫傳感器 | ATE100 ATE200 | 表帶式固定，電池供電，電池壽命不小于5年，測溫范圍-40^-125^,采集周期25s,發(fā)射周期4min,測量精度±2P,傳輸距離空曠10米 |
ATE300 | 扎帶捆綁固定，CT感應取電，啟動電流5A,測溫范圍采集周期15s,發(fā)射周期15s,測量精度±2P,傳輸距萬空曠100米 |
3~35kV 無線測溫收發(fā)器 | ATC200 | 導軌式/螺絲固定，工作電源DC24V,可接收12個ATE200（ATE100）數(shù)據(jù)，帶RS485通信接口可將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心 |
無線測溫收發(fā)器 | ATC400 | 導軌式/螺絲固定，工作電源DC24V,可接收240個ATE300數(shù)據(jù)，帶RS485通信接口可將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心 |
無線測溫裝置 | ARTM-Pn | 嵌入式安裝，工作電源AC/DC 1100/220V,可與ATE100.ATE200、ATE30。配合使用，安裝在高壓柜、低壓柜內(nèi)測量多18點溫度；兩路無源溫度告警輸出；一路RS485通信接口可將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心 |
無線測溫集中釆集觸摸屏 | ARTM-7062HT-（HI) | 嵌入式安裝，工作電源DC 24V,可與ATE100、ATE200.ATE300傳感器配合使用,安裝在高壓柜、低壓柜內(nèi)測量多240點溫度；一路RS485通信接口可將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心 |
電參量測量 | AEM96 | 三相所有電力參數(shù)測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、大需量、歷史電能統(tǒng)計、開關量事件記錄、歷史記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關量、報警輸RS485 （MODBUS或DL/T645-2007協(xié)議）量測量 |
電力監(jiān)控系統(tǒng) | Acrel-2000Z | 可建立配電網(wǎng)絡一次系統(tǒng)圖，模擬配電網(wǎng)絡運行，實現(xiàn)無人值班模式；根據(jù)順序事件記錄、波形記錄、故障錄波，協(xié)助運維人員實現(xiàn)快速故障分析、定位和排除問題，盡量縮短停電時間；實時采集各回路、設備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數(shù)，對配電系統(tǒng)和用電設備進行用能分析和能效管理。 |
結束語
綜上所述，在電力系統(tǒng)中，人們對電力電子技術的研發(fā)已經(jīng)越來越集中，并開拓出了國內(nèi)國外的廣闊市場，這對電力的發(fā)展起到了關鍵性的作用。而在科技依舊不斷發(fā)展的今天，人們對電子系統(tǒng)中的電力電子技術的要求將會越來越高。因此，電力電子技術應該不斷更新變化，融入時代的新元素，以滿足社會大眾的需求，跟上時代的步伐，為我國的經(jīng)濟與社會發(fā)展做出突出貢獻。
參考文獻
劉強.電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力生產(chǎn)中的應用[J].
高陽.通信電源監(jiān)控系統(tǒng)在電力通信中的應用[J].電子世界,2018(17):201.
安科瑞電力監(jiān)控與保護類產(chǎn)品選型手冊,2022.07.
安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊，2022.05.
作者簡介：
劉細鳳，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事微機保護測控裝置和電力監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)與應用。
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