基于分布式配置的智能化配電監控系統

尤章金，王 健，王文生

YOU Zhang-jin, WANG Jian, WANG Wen-sheng

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

0 引言

北京亦莊經濟技術開發區某小區電力監控管理系統是根據《北京電力公司配網自動化技術原則》和《亦莊供電公司配網自動化規劃》設計、研發的，該監控系統具備上述文件規定的配網自動化所要求的全部功能。可真正實現對10kV開閉站、配電室的智能化監控，滿足無人或少人值守的要求。

北京亦莊經濟技術開發區某小區的供電系統由一個開閉站、五個配電室和一個箱式變電站組成。它們分別位于小區的各處。在小區與調度所的光纜尚未敷設完成前，由小區開閉站值班室進行集中監控。最終要求由亦莊供電公司調度所進行遠程監控。

系統采用分布式配置。自動監控配電柜及其他變、配電設備的標準化專用監控單元分別安裝在各配電柜中，其中配電室的主控單元位于聯絡柜內。專用電源及通訊設備安裝在監控箱內。

1 系統結構

系統由主監控站、設在各配電室400V低壓配電柜內的標準化專用監控單元（如400V進線柜監控單元、400V母聯柜監控單元、400V饋出柜監控單元）、10kV環網柜內的10kV環網柜監控單元及其他配套設備組成。

圖1 分布式電力監控系統結構圖

主監控站由主監控計算機及其外圍設備、UPS電源等構成，位于開閉站的值班室內。主監控站計算機通過現場總線與開閉站的保護管理機、1#配電室的變壓器溫控器及10kV環網柜、400V配電柜內的監控單元通信；主監控站與2#～5#配電室和6#箱式變壓器間通過光纖環網通信。在這6個站點分別設有工業級10/100M自愈光纖交換機。

主監控站計算機向上通過以太網按104規約與配網自動化系統主站進行通信，實現主站對開閉站、2#～5#配電室和箱變的遙信、遙測和遙控。系統結構如圖1所示。

系統按監控功能可分為：現場監控層、網絡通訊層和系統管理層。

1.1 現場監控層

現場監控層采用分布式配置，主要包括：分別配置在各配電室配電柜內的各種標準化專用現場監控單元、10kV微機綜保裝置、無功補償控制器、變壓器溫控器、直流屏控制器等。現場監控層原理如圖2所示。圖3和圖4分別是安裝有監控單元的400V配電柜和10kV環網柜的現場照片。

圖2 采用分布式配置的單個配電室現場監控站原理框圖

1.2 網絡通訊層

網絡通訊層由串口服務器、以太網交換機、光纖交換機及光纜、通訊電纜等組成。主要負責現場監控設備之間的通訊和現場監控設備與監控計算機之間的通訊。

1.3 系統管理層

系統管理層處于整個系統的最頂層，即位于開閉站值班室的主監控站的高性能工控機、打印機、UPS及其他附屬設備等。其主要任務是采集、存儲、計算、統計、管理、判斷并顯示所有現場數據；并向現場監控層設備發送遙控命令，以完成相應的操作，如分閘、合閘、報警等。

圖3 安裝有監控單元的400V配電柜

圖4 安裝有監控單元的10kV環網柜

另外，系統通過以太網還可以實現與智能建筑設備管理系統(IBMS)、能源管理系統、消防系統和供電局電力調度系統等系統的通訊，將變配電設備的相關數據和信息上傳，接受并執行來自它們的相關控制指令，如電力調度系統命令、火災強切命令等。

2 系統功能

基于分布式配置的智能電力監控系統技術先進，功能強大且完善，自動化程度高。該系統能對整個變配電系統進行全面、實時、準確、有效、智能化的監控管理，通過對變配電系統的運行狀況和電能質量自動進行連續不斷的監控管理，極大的提高了變配電系統的供電的質量及可靠性，并實現供電管理的自動化，實現了無人或少人值守的要求。

系統具有如下基本功能：

1）數據采集、處理及動態顯示

系統通過遙信功能采集遠方開關的狀態信號，如是否合閘，是否儲能等；通過遙測功能主要采集現場設備的重要運行參數。如三相電壓、電流、功率、電能和諧波含量等。所采集的數據可根據用戶需求進行存儲和動態顯示。

2）運行監視和操作

可多窗口顯示，畫面可縮放，漫游，調用方便。顯示一次系統接線圖，報警信息，負荷曲線圖，負荷和電壓實時和計劃曲線，系統裝置運行狀態圖和報警信息等。遙測量越限監視，遙信變位報警，事故信號及報警信號的告警顯示。通過界面，可發送遙控，遙調等命令，遠程開關分合閘操作，自動調節與投切。

3） 遠動功能

系統支持就地和遠方兩種操作方式，即用戶可以在本地就行操作，也可以通過遠方主控計算機進行操作。當用戶選擇遠方操作方式時，本地操作方式將失效；當用戶選擇就地操作方式時，遠方操作方式將失效。這種互鎖機制，有效防止了因誤操作而導致的不良后果。

4）故障應急處理、負荷自動管制

當出現進線失電故障時，系統有自投自復、自投手復、手動和合環四種應急處理方式。而負荷自動管制功能用以防止變壓器超負荷，可根據實際需要選擇是否使用。另外，當進行合環操作時，合環選掉功能可防止母聯電流過大而導致系統故障。

5） 事故報警和報警處理

擁有聲，光，色和多媒體語言等多種報警方式；具備越限，故障等報警功能；可按動作原因，性質和報警級別等進行檢索；提供報警確認，禁止和恢復等手段。事故報警可自動彈出相關畫面。報警和事件信息可長期存檔。

6） 用戶管理，歷史數據及報表處理

為保證軟件運行和數據庫操作的安全性，系統提供了用戶管理功能，將用戶分成操作員、系統管理員、工程配置員三個等級，不同等級的用戶操作權限不同。

按預設的周期和方式，自動完成歷史數據的記錄，分析和存儲。具有自動存檔功能，可長期保存所需的重要歷史數據。并可通過商用制表軟件(Excel,CrystalReport等)自動生成高質量任意定義的日，月，年報表和自由報表。可對報表作直接修改，可定時或人工打印。

3 智能化電力監控管理軟件

JZN03電力監控管理軟件，具有實時數據庫、圖形界面、報警、控制、統計和打印、歷史紀錄、通訊、自診斷等功能，支持OPC通信和Web Server等功能。用戶界面友好、設備驅動完善、軟件接口開放，運行穩定，完全滿足樓控、供配電等系統的管理和監控。

圖5 JZN03電力監控管理軟件運行界面

為本系統設計的管理軟件具有用戶管理，實時數據采集、處理和動態顯示，事件告警及記錄，歷史數據管理，報表管理，數據分析和曲線分析等功能。運行界面如圖5所示。

4 分布式配置的智能化配電監控系統的特點

分布式配置的智能化配電監控系統是一種硬件和軟件都已實現標準化、系列化、產品化的配網自動化系統。它的特點主要有：

1）設計選型方便：設計師只要根據配電柜的具體要求，如是進線柜、母聯柜還是饋出柜，若是饋出柜，回路數是多少即可選定所需監控單元的型號。

2）與目前常用的配網自動化產品相比功能更強、更全：如上所述分布式配置的智能化配電監控系統不僅具有本地/遠方監控功能，可實現“四遙”，而且具有其它系統不具備的故障自動應急處理、負荷自動管制和不停電倒閘功能。這就是采用這套系統后可以真正做到配電室無人值守的原因。

3）系統具有極高的可靠性：為了保證遙控及故障自動應急處理、負荷自動管制等控制功能的可靠、準確，該系統的控制器都采用PLC。PLC是按照工業現場惡劣環境設計制造的，它具有極強的抗干擾能力和長期可靠運行的能力。

此外，所有的監控單元都已實現了標準化、系列化、產品化。不僅可以按正規的工藝要求進行生產和檢驗，還可以在出廠前按實際系統的要求在仿真系統上進行系統調試和試運行。從而進一步保證了系統硬件和軟件的可靠性。

4）安裝施工方便：各監控單元事先由配電柜生產廠按要求安裝在相應的配電柜中，在配電柜出廠前完成配線、檢查和調試。設備到現場后只需連接通信電纜和電源線等即可，安裝相當簡單方便。

5 結束語

1）本系統于2009年4月完成現場調試，順利通過用戶驗收并投入運行，系統穩定可靠，至今未出現任何故障，得到用戶好評。

2）本項目的成功實施表明：本項目的技術方案是科學的、合理的、可行的。

3）本系統采用分布式配置，達到了預期的效果，滿足了用戶需求，并有效降低了設計和施工成本。