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试析高校变配电室电力监控系统的设计与实现
更新时间：2022-12-08点击次数：1084次
试析高校变配电室电力监控系统的设计与实现
任运业
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：配电室智能管理可以有效改善配电室管理效果，为用电安全提供坚实的基础。特别是针对高校来讲，更需要积极推动配电室智能管理。本文分析了高校变配电室电力智能管理的全过程，并根据高校实际情况，对高校变配电室电力监控系统升级的可行性进行了分析。并且通过此次升级实现了预期目标，为确保供配电的安全、持续、稳定运行提供了支持。
关键词：高校；变配电；电力监控
1引言
随着高等院校在校园建设上取得了飞跃性的发展，各类现代化教学用房的投入使用、大量先进教学设施、生活设施得到了广泛应用，校园变配电站电力监控系统的核心作用已经成为高校管理部门在校园规划、建设和管理中所面临的主要任务之一。当前，各高校势必面临各类基础设施老化的问题，为教学科研服务提供可靠、稳定、安全电力保障的高校变配电站也势必进行升级改造。结合当今物联网技术的发展和运用，以往的供电管理系统和设备已经不能满足当前高校管理的要求，因此采用技术先进的设施、采取科学有效的管理方法，从技术上对高校变配电室进行管理运行和保护已显得尤为重要。
2概述
某高校变配电室总容量为10000kVA，其中2500kVA变压器4台，高压柜13面，直流屏3面，低压电容柜10面，低压柜60面，承担校区总建筑面积14万平方米的教学、办公、科研实验及生活服务设施的电力变配电保障。保证上述变配电系统的安全性和可靠性运行是后勤管理部门的首要任务，因此采用配电智能管理系统是提高变配电室运行安全、可靠的现实做法。通过计算机对变电室的设备进行搜集数据、控制设备、测量、调整数据和预警等诸多功能，使变配电管理中心实时掌握变配电设备的运行情况，对变配电设备进行操作。
3电力监控系统的技术实现
3.1实现原则
实现配电智能化统一管理。系统在构架与配置上考虑配电室智能管控的需求，不仅达到变配电管理方面的技术规范及要求，实现配电智能化远程实时掌控[1]。完成设备数据传送和数据共享，进而完成各系统之间的组网，整体上加强系统稳定性、可靠性、兼容性、拓展性。
电力监控系统采用分为本地后台式和基于互联网的形式。基于某高校的性质，宜采用本地后台式系统进行智能管控管理，系统采用专业组态软件，管控系统采用分层分布开放式结构的实时数据库管理系统，支持Windows操作系统，匹配通讯子系统。该系统可以通过本地监控主机实现全校智能电表、空调、PLC、水表、燃气表、热量/冷量表等仪表的远程集抄和远程控制等功能，具体可根据实际情况分步、分项实施拓展部署。
系统采用现场总线控制和以太网络通信方式。现场通信采用485屏蔽线传送数据，保证了系统通信的抗干扰能力和信息交换速度，并为上级管理系统预留通信接口，进行设备数据传送和数据共享，进而完成各系统之间的组网。整体上加强系统稳定性、可靠性、兼容性、拓展性。以Windows操作系统为平台，按照标准传输规约实现装置与软件之间信息传输[2]
3.2系统架构
管理系统为三层架构，分层分布式。一体化、模块化的应用功能、灵活的系统配置、开放式的软硬件平台、丰富的通信接口协议。
3.2.1设备间隔层
该层由配电站的高低压设备的终端数据采集管理设备组成，主要为网络多功能电力仪表、高压综保（可扩展空调控制器、远传水表、远传燃气表、热计量流量计等）。根据高低压设备的类型及柜体结构，分别安装在各个高低压开关柜中，可单独实现监测间隔层和控制各类断路器的目标。间隔层的终端数据采集管理设备能够采集高低压等设备内的相关数据参数，通过通信管理机上传并接收操作指令，对设备进行操作。
3.2.2通信层
通信层是终端数据采集设备与上级管理设备连接的信息桥梁，通过协议转换实现数据的格式的统一，实现设备数据与高速网络的实时互联通信。主要包括：通讯机柜、通信管理机、关电源、以太网交换机及各种通信媒介（屏蔽双绞线、网线）等。
3.2.3控制层
管理主机：集中管理所管控的所有设备，以图形、图表、图标等多种方式实时反馈各类相关设备的数据参数，实现变配电实时监测和报警、远程控制、能耗数据分析等诸多功能。
控制层为电力管控系统运行管理中心，包括监控主机、通信管理机、操作台，打印机及网络设备等。系统具备与集控中心、上级调度通信的拓展功能。控制层通过本地图像工作站（或互联网图形服务器）实现系统统一管理功能，为用户提供良好的人机交互界面、集中管理需要的本地已监控的全部设备，实时反馈监控信息，实现智能电力监控管理系统的配电实时监测和报警、配电回路智能设备的远程控制、能耗数据分析等功能。
控制层主要包括：管理系统软件、图形工作站、显示器等外设。
3.3设备间隔层的终端数据采集管理设备及实现功能详述
高压柜：采集装置为微机保护测控装置，型号RNP800，采集数量9台，采集内容：三相电压、三相电流、有功、无功、频率、开关状态、报警信号等。实现功能：断路器分、合闸报警信号；速断动作跳闸报警；过流动作跳闸报警；超温报警；超温跳闸报警；接地刀闸信号（如有）；手车工作位置信号（试验位置、工作位置）；断路器位置信号（如有试验位置、工作位置）；机构弹簧储能信号；电压、电流实时曲线、历史曲线分析；通讯异常报警；综保装置异常报警；就地远方信号。
另设置高压柜电力多功能测控仪表，型号为PD1134E，检测数量11台，采集内容：故障、报警信息及电力参数等信息。实现功能：实时监测所有高压柜所需测量的电力数据；历史数据；开关分合闸报警信号；报表。
变压器：采集装置为温控器，型号BWDK-Q201，采集数量4台，采集内容：A、B、C、铁芯线圈实时温度、变压器门状态、报警信号灯。实现功能：A、B、C铁芯线圈实时温度；变压器门状态；风扇启停工作状态；超温报警、跳闸信号。
低压柜：采集装置为电力多功能测控仪表，型号PD1134E，采集数量65台，采集内容：三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、电度、分合闸信号。实现功能：实时监测所有低压柜所需测量的电力数据；数据实时曲线、历史曲线分析；开关分合闸报警信号；报表。
直流屏：采集装置为直流电源监控装置，型号ZJK01-IA/G，采集数量一套3台。采集内容：市电电压、充电电流、控母电压、合母电压、放电电流、母线绝缘接地情况、异常报警。实现功能：市电输入监测：电压、电流；控母电压、合母电压监测；负载电流实时监测；母线绝缘接地情况实时监测；充电机运行状态实时监测；直流屏工作状态实时监测：浮充、均充；异常报警实时监测等。
3.3.1保护测控装置RNP800功能详述
三段定时限过流保护、过流后加速保护（可受复压判据控制）、过负荷保护、过负荷告警、充电保护、反时限过流保护、两段低压保护、过压保护、低周减载、三相多次重合闸、偷跳重合（即不对应重合）、零序过压告警、三段零序过流保护（可受零序电压闭锁）、零序后加速、零序过流告警、两段低压侧零序过流保护、独立的接地选线功能、PT断线、CT断线、控制回路断线、装置失电告警、合闸可检同期、检线路无压、检母线无压或不检、5路非电量保护（重瓦斯、轻瓦斯、高温跳闸、高温告警、压力释放）、4路非电量控制、故障、告警、闭锁、重合闸等事件记录、两套保护定值及保护投退、故障录波。
遥测量：各类电压、各类电流、各类有功、各类无功，功率因数、频率、线路侧同期电压频率、有功电度、无功电度、温度、基波及各次谐波。另有遥信量、遥控量、对时功能、数据掉电保存等多个功能。
3.3.2电力多功能测控仪表AE+201功能详述
遥测：各类电流电压、有功、无功，频率、功率因数等常用电力参数数据的采集与存储。各低压出线回路的分合闸状态、历史曲线采样、计算和统计低压柜各出线回路，开关分合闸信息、故障及报警信息；日、月、年用电量，可自由生成历史数据和报表。
遥信：不少于6路。遥控：断路器控制开关动作。谐波分析：给出电压电流1～13次谐波的比例数据。
3.4后台监控系统基本功能实现
软件内容包括：应用软件（某型－3000计算机监控系统）、操作系统、SCADA软件、图形显示软件、打印制表软件、内部网络通信软件、实时数据库、历史数据库、绘图软件、与保护及智能设备的接口通信软件。
3.4.1遥控功能
系统以实时数据库为主控与被控设备的结合点，实时数据库具有各被控设备的控制命令区，各种操作控制命令写入实时数据库，通过通信控制器执行。
3.4.2遥信功能
遥信分为位置状态遥信和保护信号。位置遥信包括各种开关、刀闸、分状态、开关手车的工作、试验位置状态、变压器分接开关位置、温度检测设备的限位等。保护信号分为事故信号和预告信号。事故信号指使设备停电、停运的信号，预告信号指不影响设备继续运行的非正常信号。正常遥信状态的传送，系统优先传送故障信号和遥信变位信号。
3.4.3禁止或强制处理
因故信号临时不能正确反映真实状态的遥信点，可进行操作命令，手工设定遥信点的状态，或禁止对遥信点的搜集。数据库中记录数据点手工设置和禁止采集的状态，在主接线图上用不相应的颜色标注。
3.4.4遥测功能
变电室内测量对象的三相相电压、三相线电压，三相电流，有功功率，无功功率，有功电度，无功电度，功率因数COS和频率，直流屏遥测量，变压器温度等参数数据均传送管理主机[3]。
管理主机的主接线图上可显示上述各类参数，同时数据实时刷新，发生参数遥测量超限，主机报警，系统画面出现报警窗口，并以不同颜色相区别，遥测量恢复后，避免提示，同时颜色复原，上述过程存入系统历史记录。
3.4.5权限管理
管理主机为管理操作平台，可设定权限进行管理和控制，对各种操作设定权限控制。
3.4.6信息处理、显示
测控装置和测控仪表将各种的数据及时的传送回管理主机，实现管理主机对各种测控设备运行的监控。元器件、字符、图形等均可与实时数据或“虚遥信/虚遥测"信号关联。如遥信量状态、遥测量得值、装置的通信状态等。
3.4.7报警
多种报警方式，如灯光、图文、讯响、打印、模拟盘等报警方式，即可独立报警，也可组合报警，报警的发生可在控制层和间隔层同时实现，并可根据管理主机的职责范围有针对性地报警。同时，可分为预告性和事故性报警，根据要求可实现语音报警。
3.4.8事故
当事故发生时，在显示器上自动推出故障信息窗口，内容包括：故障发生地点、对象、性质、时间及相关故障数据，如短路电流等。画面上的故障设备自动闪烁，按复归键后停止闪烁。
3.4.9预告
设备故障信号出现时，管理主机画面显示具体内容，包括对象、性质、发生时间及相关预告数据，如越限电压、单相接地等。
3.4.10参数处理
管理主机收到测控装置和仪表传来的参数，进行计算处理并保存至管理主机系统的分类数据库中。
3.4.11数据归档和统计报表功能
管理主机设有报表管理平台，保存上述的参数数据、操作状态、报警信息的所有记录，可随时查询分析；管理主机系统具有报表生成工具，根据运行要求自动生成各种报表：日报表、月报表、年报表，同时包括电流、电压、功率、频率、电度及各种代数计算的结果值。各类报表均可打印。
3.4.12事故追忆记录
系统能够实时数据跟踪分析处理，支持开关量或模拟量，系统保存不少于1个月的事故追忆记录，可以按类别查询、分析和打印。
3.4.13故障数据记录
当所需保护设备制定的保护事故分段动作时，及时记录事故动作时间、原因和相应模拟量、开关量的状况信息。
3.4.14故障事件记录
系统设有设备管理程序，监控装置的运行情况及监控装置发回的被控对象的运行情况，报告装置在运行中对检测到的被控对象及装置本身所出现的异常情况或事件的记录。记录故障设备名称、编号、故障的原因和时间及相关的状态信息。
3.4.15日志管理
自动生成全日志、事故及异常日志、事故跳闸日志、操作日志和维修日志等。系统同时支持人工填写日志功能，系统具有防止伪造人工填写日志的措施。
3.4.16信息打印功能
所有操作、警报、报表信息均可根据需要（图形打印、报表打印、事件打印）打印出来。
3.4.17数据查询
通过设置设备或时间在系统中查询各类实时、历史数据，可按时间区间、按系统类别、按报警级别、按间隔方式等。也可按变量列表、数据数值、曲线、模拟图、日志事件，设备报告事件记录、录播故障记录、事故追忆记录等多种方式。系统提供按等多类别查询方式。
3.4.18自诊断自纠错
管理系统服务器互为热备份，并具有故障自诊断能力。系统具有程序管理器，能对整个系统的运行状况实施监控，当系统软件中有个别模块运行发生故障时，可对其复位。针对监控设备的故障报警信息、故障信息均记录在系统中生成日志文件，并可通过故障查询窗口查询并可及时打印。
3.4.19执行闭环操作
可设置操作管理权限，只有正确输入操作和监控两种密码及正确的编号后，获权控制操作、修改数据，记录信息。
4 安科瑞电力监控解决方案
4.1概述
针对用户变电站（一般为35kV及以下电压等级），通过微机保护装置、开关柜综合测控装置、电气接点无线测温产品、电能质量在线监测装置、配电室环境监控设备、弧光保护装置等设备组成综合自动化的综合监控系统，实现了变电、配电、用电的安全运行和全面管理。监控范围包括用户变电站、开闭所、变电所及配电室等。
Acrel-2000Z电力监控系统是安科瑞电气股份有限公司根据电力系统自动化及无人值守的要求，针对35kV及以下电压等级研发出的一套分层分布式变电站监控管理系统。该系统是应用电力自动化技术、计算机技术、网络技术和信息传输技术，集保护、监测、控制、通信等功能于一体的开放式、网络化、单元化、组态化的系统，适用于35kV及以下电压等级的城网、农网变电站和用户变电站，可实现对变电站控制和管理，满足变电站无人或少人值守的需求，为变电站安全、稳定、经济运行提供了坚实的保障。
4.2应用场所
适用于轨道交通，工业，建筑，学校，商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。
4.3系统架构
Acrel-2000Z电力监控系统采用分层分布式设计，可分为三层：站控管理层、网络通信层和现场设备层，组网方式可为标准网络结构、光纤星型网络结构、光纤环网网络结构，根据用户用电规模、用电设备分布和占地面积等多方面的信息综合考虑组网方式。
4.4系统功能
（1）实时监测：直观显示配电网的运行状态，实时监测各回路电参数信息，动态监视各配电回路有关故障、告警等信号。
（2）电参量查询：在配电一次图中，可以直接查看该回路详细电参量。
（3）曲线查询：可以直接查看各电参量曲线。
（4）运行报表：查询各回路或设备时间的运行参数。
（5）实时告警：具有实时告警功能，系统能够对配电回路遥信变位，保护动作、事故跳闸等事件发出告警。
（6）历史事件查询：对事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。
（7）电能统计报表：系统具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况。
（8）用户权限管理：设置了用户权限管理功能，可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。
（9）网络拓扑图：支持实时监视并诊断各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构。
（10）电能质量监测：可以对整个配电系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。
（11）遥控功能：可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。
（12）故障录波：可在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况。
（13）事故追忆：可自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时稳态信息。
（14）Web访问：展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息，设备通信状态，用电分析和事件记录。
（15）APP访问：设备数据页面显示各设备的电参量数据以及曲线。
5系统硬件配置
6结语
某高校配电室电力监控系统升级改造完成后实现了配电室变配电监控自动化管理。通过此次升级，实现了预期的目标，实现了对校内配电室各高低压电回路的数据集成和监控，实时监测供配电的电力参数和运行状态，确保了供配电的安全、持续、稳定运行。同时，能够及时发现安全隐患，杜绝断电事故，实现了无人值守，为教学科研的电力安全运维保驾护航。随着物联网和5G时代的到来，新技术、新设备的更新换代将会日新月异，总结某高校电力监控系统的技术实现，其目的在于更好地提升高校后勤管理水平和工作效率，满足教学和科研需要。
参考文献
[1]黄光锐.智能电力监控系统在供电保障中的实践与应用[J].数码世界,2020,5.
[2]李焕.基于物联网技术的智能电力监控系统研究[D].吉林大学,2019.
[3]崔智婕,陈姗姗,等.智能电力监控系统在配电系统中的应用[J].节能,2017,5.
[4]史震，常明，朱晓立，董建波.试析某高校电力监控系统在配电室的应用.
[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.
作者简介
任运业，现任职于安科瑞电气股份有限公司。
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