試析高校變配電室電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

任運業(yè)

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(jù)高校實際情況，對高校變配電室電力監(jiān)控系統(tǒng)升級的可行性進行了分析。并且通過此次升級實現(xiàn)了預期目標，為確保供配電的安全、持續(xù)、穩(wěn)定運行提供了支持。

關鍵詞：高校；變配電；電力監(jiān)控

隨著高等院校在校園建設上取得了飛躍性的發(fā)展，各類現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)的核心作用已經(jīng)成為高校管理部門在校園規(guī)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(wěn)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(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展和運用，以往的供電管理系統(tǒng)和設備已經(jīng)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。

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(qū)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(tǒng)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(tǒng)是提高變配電室運行安全、可靠的現(xiàn)實做法。通過計算機對變電室的設備進行搜集數(shù)據(jù)、控制設備、測量、調整數(shù)據(jù)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。

3.1實現(xiàn)原則

實現(xiàn)配電智能化統(tǒng)一管理。系統(tǒng)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(guī)范及要求，實現(xiàn)配電智能化遠程實時掌控[1]。完成設備數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)共享，進而完成各系統(tǒng)之間的組網(wǎng)，整體上加強系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、兼容性、拓展性。

電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分為本地后臺式和基于互聯(lián)網(wǎng)的形式。基于某高校的性質，宜采用本地后臺式系統(tǒng)進行智能管控管理，系統(tǒng)采用專業(yè)組態(tài)軟件，管控系統(tǒng)采用分層分布開放式結構的實時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，支持Windows操作系統(tǒng)，匹配通訊子系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過本地監(jiān)控主機實現(xiàn)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(jù)實際情況分步、分項實施拓展部署。

系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線控制和以太網(wǎng)絡通信方式?，F(xiàn)場通信采用485屏蔽線傳送數(shù)據(jù)，保證了系統(tǒng)通信的抗干擾能力和信息交換速度，并為上級管理系統(tǒng)預留通信接口，進行設備數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)共享，進而完成各系統(tǒng)之間的組網(wǎng)。整體上加強系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、兼容性、拓展性。以Windows操作系統(tǒng)為平臺，按照標準傳輸規(guī)約實現(xiàn)裝置與軟件之間信息傳輸[2]

3.2系統(tǒng)架構

管理系統(tǒng)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(tǒng)配置、開放式的軟硬件平臺、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(shù)據(jù)采集管理設備組成，主要為網(wǎng)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(jù)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(xiàn)監(jiān)測間隔層和控制各類斷路器的目標。間隔層的終端數(shù)據(jù)采集管理設備能夠采集高低壓等設備內的相關數(shù)據(jù)參數(shù)，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(shù)據(jù)采集設備與上級管理設備連接的信息橋梁，通過協(xié)議轉換實現(xiàn)數(shù)據(jù)的格式的統(tǒng)一，實現(xiàn)設備數(shù)據(jù)與高速網(wǎng)絡的實時互聯(lián)通信。主要包括：通訊機柜、通信管理機、關電源、以太網(wǎng)交換機及各種通信媒介（屏蔽雙絞線、網(wǎng)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(shù)據(jù)參數(shù)，實現(xiàn)變配電實時監(jiān)測和報警、遠程控制、能耗數(shù)據(jù)分析等諸多功能。

控制層為電力管控系統(tǒng)運行管理中心，包括監(jiān)控主機、通信管理機、操作臺，打印機及網(wǎng)絡設備等。系統(tǒng)具備與集控中心、上級調度通信的拓展功能。控制層通過本地圖像工作站（或互聯(lián)網(wǎng)圖形服務器）實現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)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(jiān)控的全部設備，實時反饋監(jiān)控信息，實現(xiàn)智能電力監(jiān)控管理系統(tǒng)的配電實時監(jiān)測和報警、配電回路智能設備的遠程控制、能耗數(shù)據(jù)分析等功能。

控制層主要包括：管理系統(tǒng)軟件、圖形工作站、顯示器等外設。

3.3設備間隔層的終端數(shù)據(jù)采集管理設備及實現(xiàn)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(shù)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(tài)、報警信號等。實現(xiàn)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(shù)量11臺，采集內容：故障、報警信息及電力參數(shù)等信息。實現(xiàn)功能：實時監(jiān)測所有高壓柜所需測量的電力數(shù)據(jù)；歷史數(shù)據(jù)；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(shù)量4臺，采集內容：A、B、C、鐵芯線圈實時溫度、變壓器門狀態(tài)、報警信號燈。實現(xiàn)功能：A、B、C鐵芯線圈實時溫度；變壓器門狀態(tài)；風扇啟停工作狀態(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(shù)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(xiàn)功能：實時監(jiān)測所有低壓柜所需測量的電力數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)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(jiān)控裝置，型號ZJK01-IA/G，采集數(shù)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(xiàn)功能：市電輸入監(jiān)測：電壓、電流；控母電壓、合母電壓監(jiān)測；負載電流實時監(jiān)測；母線絕緣接地情況實時監(jiān)測；充電機運行狀態(tài)實時監(jiān)測；直流屏工作狀態(tài)實時監(jiān)測：浮充、均充；異常報警實時監(jiān)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(jù)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(shù)、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(shù)據(jù)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(shù)等常用電力參數(shù)數(shù)據(jù)的采集與存儲。各低壓出線回路的分合閘狀態(tài)、歷史曲線采樣、計算和統(tǒng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。

3.4后臺監(jiān)控系統(tǒng)基本功能實現(xiàn)

軟件內容包括：應用軟件（某型－3000計算機監(jiān)控系統(tǒng)）、操作系統(tǒng)、SCADA軟件、圖形顯示軟件、打印制表軟件、內部網(wǎng)絡通信軟件、實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)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(tǒng)以實時數(shù)據(jù)庫為主控與被控設備的結合點，實時數(shù)據(jù)庫具有各被控設備的控制命令區(qū)，各種操作控制命令寫入實時數(shù)據(jù)庫，通過通信控制器執(zhí)行。

3.4.2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關、刀閘、分狀態(tài)、開關手車的工作、試驗位置狀態(tài)、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(xù)運行的非正常信號。正常遙信狀態(tài)的傳送，系統(tǒng)優(yōu)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(tài)的遙信點，可進行操作命令，手工設定遙信點的狀態(tài)，或禁止對遙信點的搜集。數(shù)據(jù)庫中記錄數(shù)據(jù)點手工設置和禁止采集的狀態(tài)，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(shù)COS?和頻率，直流屏遙測量，變壓器溫度等參數(shù)數(shù)據(jù)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(shù)，同時數(shù)據(jù)實時刷新，發(fā)生參數(shù)遙測量超限，主機報警，系統(tǒng)畫面出現(xiàn)報警窗口，并以不同顏色相區(qū)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(tǒng)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(shù)據(jù)及時的傳送回管理主機，實現(xiàn)管理主機對各種測控設備運行的監(jiān)控。元器件、字符、圖形等均可與實時數(shù)據(jù)或“虛遙信/虛遙測"信號關聯(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實現(xiàn)，并可根據(jù)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(jù)要求可實現(xiàn)語音報警。

3.4.8事故

當事故發(fā)生時，在顯示器上自動推出故障信息窗口，內容包括：故障發(fā)生地點、對象、性質、時間及相關故障數(shù)據(jù)，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(xiàn)時，管理主機畫面顯示具體內容，包括對象、性質、發(fā)生時間及相關預告數(shù)據(jù)，如越限電壓、單相接地等。

3.4.10參數(shù)處理

管理主機收到測控裝置和儀表傳來的參數(shù)，進行計算處理并保存至管理主機系統(tǒng)的分類數(shù)據(jù)庫中。

3.4.11數(shù)據(jù)歸檔和統(tǒng)計報表功能

管理主機設有報表管理平臺，保存上述的參數(shù)數(shù)據(jù)、操作狀態(tài)、報警信息的所有記錄，可隨時查詢分析；管理主機系統(tǒng)具有報表生成工具，根據(jù)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(shù)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(tǒng)能夠實時數(shù)據(jù)跟蹤分析處理，支持開關量或模擬量，系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(tǒng)設有設備管理程序，監(jiān)控裝置的運行情況及監(jiān)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(xiàn)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(tài)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(tǒng)同時支持人工填寫日志功能，系統(tǒng)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(jù)需要（圖形打印、報表打印、事件打印）打印出來。

3.4.17數(shù)據(jù)查詢

通過設置設備或時間在系統(tǒng)中查詢各類實時、歷史數(shù)據(jù)，可按時間區(qū)間、按系統(tǒng)類別、按報警級別、按間隔方式等。也可按變量列表、數(shù)據(jù)數(shù)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(tǒng)提供按等多類別查詢方式。

3.4.18自診斷自糾錯

管理系統(tǒng)服務器互為熱備份，并具有故障自診斷能力。系統(tǒng)具有程序管理器，能對整個系統(tǒng)的運行狀況實施監(jiān)控，當系統(tǒng)軟件中有個別模塊運行發(fā)生故障時，可對其復位。針對監(jiān)控設備的故障報警信息、故障信息均記錄在系統(tǒng)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(zhí)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(jiān)控兩種密碼及正確的編號后，獲權控制操作、修改數(shù)據(jù)，記錄信息。

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(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。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、網(wǎng)絡技術和信息傳輸技術，集保護、監(jiān)測、控制、通信等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)、農網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實現(xiàn)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(wěn)定、經(jīng)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(yè)，建筑，學校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設計、施工和運行維護。

4.3系統(tǒng)架構

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設計，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。

4.4系統(tǒng)功能

（1）實時監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)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(shù)。

（5）實時告警：具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠對配電回路遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

（6）歷史事件查詢：對事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

（7）電能統(tǒng)計報表：系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內各配電節(jié)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(wǎng)絡拓撲圖：支持實時監(jiān)視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構。

（10）電能質量監(jiān)測：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。

（11）遙控功能：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的設備進行遠程遙控操作。

（12）故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)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(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)測點位數(shù)量等概況信息，設備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

（15）APP訪問：設備數(shù)據(jù)頁面顯示各設備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

某高校配電室電力監(jiān)控系統(tǒng)升級改造完成后實現(xiàn)了配電室變配電監(jiān)控自動化管理。通過此次升級，實現(xiàn)了預期的目標，實現(xiàn)了對校內配電室各高低壓電回路的數(shù)據(jù)集成和監(jiān)控，實時監(jiān)測供配電的電力參數(shù)和運行狀態(tài)，確保了供配電的安全、持續(xù)、穩(wěn)定運行。同時，能夠及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，杜絕斷電事故，實現(xiàn)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(lián)網(wǎng)和5G時代的到來，新技術、新設備的更新?lián)Q代將會日新月異，總結某高校電力監(jiān)控系統(tǒng)的技術實現(xiàn)，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。

[1]黃光銳.智能電力監(jiān)控系統(tǒng)在供電保障中的實踐與應用[J].數(shù)碼世界,2020,5.

[2]李煥.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].吉林大學,2019.

[3]崔智婕,陳姍姍,等.智能電力監(jiān)控系統(tǒng)在配電系統(tǒng)中的應用[J].節(jié)能,2017,5.

[4]史震，常明，朱曉立，董建波.試析某高校電力監(jiān)控系統(tǒng)在配電室的應用.

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.

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