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摘 要：介紹了工廠電力監(jiān)控系統(tǒng)的實際應(yīng)用及工程施工中所遇到的問題和解決措施。
關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控系統(tǒng)Modbus通信協(xié)議多功能電表分布式
0引言
系統(tǒng)功能概要變配電計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以利用計算機通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使變電站值班人員迅速而準確地獲得變電站運行的實時信息，完整地掌握變電站的實時運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)變電站運行的故障并做出相應(yīng)的決策和處理，同時可以使值班管理人員根據(jù)變配電系統(tǒng)的運行情況進行負荷分析、合理調(diào)度、遠控合分閘，減少和避免操作、誤判斷，縮短事故停電時間，實現(xiàn)對工廠變配電系統(tǒng)的現(xiàn)代化運行管理。
1變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架
國內(nèi)外變電站自動化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展大體經(jīng)歷了集中式和分布式兩個階段。
1.1集中式變電站自動化系統(tǒng)架構(gòu)
集中式變電站系統(tǒng)分為現(xiàn)場層、控制層和信息層?，F(xiàn)場層主要包括高壓開關(guān)柜綜合保護繼電器、集合式多功能電表、故障波形記錄器與變壓器溫度儀表等。
控制層采用了1臺PI．C，負責采集各高低壓斷路器分合閘狀態(tài)、手車工作位置以及直流屏故障報警等信號。在主監(jiān)控計算機的控制下，通過PLC輸出模塊將警報信號盤上光字牌
點亮并使聲光報警器動作。另外，控制層使用光纖收容箱和ZC-22通信轉(zhuǎn)換器將現(xiàn)場層的綜保繼電器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RS-232通信方式，將數(shù)據(jù)傳送到電力監(jiān)控計算機。
信息層主要是l臺工控機，安裝了Elipse ScadaV3．0電力監(jiān)控軟件。電力監(jiān)控系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫為SOL Server 2000，用于保存電力監(jiān)控系統(tǒng)采集的各種數(shù)據(jù)以生成用戶所需的報表和趨勢圖等。
集中式變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在的主要問題是：信息層的工控機即前置管理機任務(wù)繁重、引線多，形成了信息的“瓶頸"，降低了整個系統(tǒng)的可靠性。在前置機故障情況下，將失去當?shù)丶斑h方的所有信息及功能；自動化擴展需求的功能難以實現(xiàn)。
1.2分布式變電站自動化系統(tǒng)架構(gòu)
整個變電站自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，按照功能劃分為后臺機系統(tǒng)、服務(wù)器系統(tǒng)和前置機系統(tǒng)3個子系統(tǒng)。后臺機、服務(wù)器、前置機之間采用高速以太網(wǎng)通信，前置機和保護裝置、智能模塊之間采用主流工業(yè)接口(如RS-485等)，內(nèi)嵌IEC 870—5—103、Modbus RTU等通信規(guī)約，同時為企業(yè)管理系統(tǒng)BA、OA、MIS等留有接口，便于企業(yè)內(nèi)部各個系統(tǒng)無縫集成。分布式電力監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖l所示。
圖1分布式電力監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖
1.3分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比集中式系統(tǒng)具有以下明顯的優(yōu)點：
（1）可靠性高，任一部分設(shè)備故障只影響局部，風險分散；當站控層系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)故障，只影響到監(jiān)控部分，而重要的保護、控制功能在間隔層仍可繼續(xù)運行。
（2）間隔層任一智能單元損壞不會導致全站的通信中斷和長期占用全站的通信網(wǎng)絡(luò)。
（3）分布式結(jié)構(gòu)可大大減少電纜，節(jié)約投資，簡化了調(diào)試過程。
2監(jiān)控系統(tǒng)功能
2.1變配電計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)具有如下功能：
（1）變電站實時在線監(jiān)視運行，采用變配電計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)，不僅能對系統(tǒng)各種運行開關(guān)量狀態(tài)和電量參數(shù)進行實時采集和顯示，而且更安全、可靠、直觀。
（2）及時準確地進行故障報警和故障跳閘報警。
（3）可對潛在的事故進行預報警，同時實現(xiàn)各種電量的超限報警。
（4）改善配電系統(tǒng)管理。
（5）供電質(zhì)量(諧波失真度THD／*大、*小、平均值／電壓合格率)實時分析功能，可實時監(jiān)測電網(wǎng)供電質(zhì)量的各項指標，便于分析電網(wǎng)故障原因。
3應(yīng)用過程中應(yīng)注意的問題
（1）電力監(jiān)控系統(tǒng)在工廠實際應(yīng)用過程中應(yīng)注意如下問題：在電力監(jiān)控硬件的選用上應(yīng)注重質(zhì)量穩(wěn)定、保護功能齊全的硬件。曾經(jīng)某項目選用l臺研華工控機(EIX；-4504 NPORT)，在使用不到1年的時間就發(fā)生故障，導致現(xiàn)場區(qū)域的電力監(jiān)控癱瘓，無法實時監(jiān)測各變電站高低壓開關(guān)設(shè)備狀態(tài)和變壓器工作溫度等重要參數(shù)，現(xiàn)場的電量統(tǒng)計報表也無法正常生成。雖然聯(lián)系原廠家進行維修，但是由于維修時間超過半個月，給用戶帶來很大的不便。
（2）在電力監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)平衡好計算機監(jiān)控系統(tǒng)與電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)系。監(jiān)控主機的首要任務(wù)是實時地觀察變電站內(nèi)各高低壓開關(guān)設(shè)備的工作狀態(tài)以及報警信號，而電能數(shù)據(jù)采集是監(jiān)控主機的次要任務(wù)。但在系統(tǒng)應(yīng)用中，現(xiàn)場大量的多功能電表采集數(shù)據(jù)也接人監(jiān)控主機，造成監(jiān)控主機既要負責與變電站內(nèi)各綜保繼電器數(shù)據(jù)通信，又要和現(xiàn)場大量的多功能電表進行通信，導致監(jiān)控主機系統(tǒng)資源被大量占用，系統(tǒng)工作速度放慢，甚至發(fā)生死機現(xiàn)象。解決辦法為增加l臺IBM Server運行SQL Server2000的工作計算機，把監(jiān)控系統(tǒng)分成操作主機與數(shù)據(jù)庫主機，改善數(shù)據(jù)庫占用計算機資源太大的問題。
（3）系統(tǒng)報警應(yīng)及時準確，報警與現(xiàn)場故障時間同步，*低報警反應(yīng)時間小于1秒，不能出現(xiàn)任何誤動作或誤報警。由于系統(tǒng)綜保繼電器的通信連接采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，當連接的綜保繼電器數(shù)量較多時，監(jiān)控主機的一次掃描周期就需要半分鐘以上，當其中1臺綜保繼電器發(fā)出的報警信息正好在主機掃描周期剛剛結(jié)束時發(fā)出，待掃描到新的報警信息時間還需要1個周期，系統(tǒng)報警時間將會超過1分鐘，因此不能及時地進行報警。解決辦法為優(yōu)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和通信協(xié)議，變被動的系統(tǒng)掃描查詢報警信息模式為報警單元發(fā)出報警信息后系統(tǒng)主動接受和判別的模式，以提高系統(tǒng)報警響應(yīng)時間。
（4）在電力監(jiān)控工程施工中還應(yīng)注意電力監(jiān)控系統(tǒng)的線路不能影響繼電保護系統(tǒng)，繼電保護的控制回路不能進入站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)只是用來顯示，安全可靠性等級較低的系統(tǒng)不能影響等級更高的系統(tǒng)；做好系統(tǒng)各報警點的功能測試，在系統(tǒng)完成后一定要進行各高低壓開關(guān)位置狀態(tài)和報警功能的測試，以防發(fā)生誤報和漏報。
4安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
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(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護裝置等設(shè)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(yīng)用電力自動化技術(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(jiān)測、控制、通信等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)對變電站各方位的控制和管理，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。
4.2應(yīng)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(shè)計、施工和運行維護。
4.3系統(tǒng)架構(gòu)
Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標準網(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。
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(guān)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(shè)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?qū)ε潆娀芈愤b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(nèi)各配電節(jié)點的用電情況。
（8）用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)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(quán)限。
（9）網(wǎng)絡(luò)拓撲圖：支持實時監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
（10）電能質(zhì)量監(jiān)測：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)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(nèi)的設(shè)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(shè)備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。
（15）APP訪問：設(shè)備數(shù)據(jù)頁面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。
5系統(tǒng)硬件配置
應(yīng)用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 |
電力監(jiān)控系統(tǒng) | Acrel- 2000Z |
| 電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報警及記錄等。 |
網(wǎng)關(guān) | ANet- 2E8S1 |
| 8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入，ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT 等協(xié)議上傳，支持斷點續(xù)傳、XML、JSON進行數(shù)據(jù)傳輸、支持標準8GB SD卡（32GB）、支持不同協(xié)議向多平臺轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；每個設(shè)備的多個報警設(shè)置。輸入電源：AC/DC 220V，導軌式安裝。 |
35kV/10kV/6kV 微機保護裝置 | AM6-* AM5SE-* |
| 適用于6-35kv配電線路、主變、配電變壓器、電動機、電容器、PT監(jiān)測/PT并列、母聯(lián)/備自投等中高壓柜微機保護 |
35kV/10kV/6kV 弧光保護 | ARB5-M |
| 主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，配置弧光保護（8組）、失靈保護（4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、11個跳閘出口； |
ARB5-E | 擴展單元，多可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號： | ||
ARB5-S |
| 弧光探頭，可安裝于中壓開關(guān)柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜?；」馓筋^的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域； | |
35kV/10kV/6kV 進線柜電能質(zhì)量 在線監(jiān)測 | APView500 |
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內(nèi)存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網(wǎng)接口（＋1維護網(wǎng)口）＋1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 |
35kV/100kV/6kV 高壓柜智能操控、 節(jié)點測溫 | ASD500 |
| 5寸大液晶彩屏動態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4～20mA輸出； |
35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量 | APM830 |
| 三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD顯示； |
35kV/10kV/6kV 高壓柜除凝露溫濕度控制器 | WHD72面板式 |
| 支持測量并顯示2路溫度，2路濕度。 |
WHD20R導軌式 |
| 支持測量并顯示2路溫度，2路濕度。 | |
變壓器繞組 溫度檢測 | ARTM-8 |
| 8路溫度巡檢，預埋PT100，RS485接口，2路繼電器輸出； |
0.4KV低壓進出線柜接頭測溫 | ARTM-Pn-E |
| 無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊； |
ATE400 |
| 合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125C，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； | |
0.4KV低壓柜內(nèi)環(huán)境溫濕度 | AHE100 |
| 無線溫濕度傳感器，溫度精度：±1℃，濕度精度：±3％RH，發(fā)射頻率：5min，傳輸距離：200m，電池壽命：≥3年（可更換） |
ATC600 |
| 兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m，ATC600-C可接收AHE傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，1路485,2路報警出口。 | |
0.4KV低壓進線柜多功能電力儀表 | AEM96 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計，正反向無功電能統(tǒng)計；2-31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）；電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級；工作溫度：-10℃～+55℃；相對濕度：≤95不結(jié)露 |
0.4KV低壓出線柜多功能電力儀表 | AEM72 |
| 三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計，正反向無功電能統(tǒng)計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、低壓出線分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規(guī)格3x1.5(6)A,有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 |
參考文獻：
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[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.
