淺談電力監控系統在某港區變電所中的應用

王　崢

(中國建筑設計院有限公司，北京 100044)

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淺談電力監控系統在某港區變電所中的應用

0引言

隨著電網現代化程度的不斷提高，變配電站正在向集成化、數字化、智能化、在線監控和遠程故障診斷等方向飛速發展。而且，電力監控系統的應用能夠明顯提高數據的可靠性和真實有效性，使電能管理更加規范。通過安裝在監控側的網絡電力儀表與變配電站電力監控系統進行通信，可以提供電力系統運行狀態數據，提高整個變配電站的運行和維護水平。

1工程概述

本文所述項目為煤炭碼頭港口項目，位于廣西某港口，港區內共建3座6/0.4kV變電所，2座箱式變電站，其中1#變電所為港區中心變電所，負責為2#、3#變電所提供雙路6kV電源，并為1#、2#箱式變電站提供單路6kV電源。各變電所及箱式變電站均設在靠近負荷中心的位置。1#變電所位于管理區南部，主要為堆取料機、工藝皮帶機、轉運站照明和動力、皮帶機維修、堆場、道路照明及管理區輔助建筑物供電；2#變電所位于候工樓一層，主要為候工樓、宿舍樓、聯檢樓、機修車間、材料工具庫及流機庫、給水加壓泵房、進出港大門等生產、生活輔助建筑物供電；3#變電所位于前方管理樓一層，主要為碼頭卸船機、工藝皮帶機、轉運站照明動力及皮帶機維修供電；1#箱式變電站位于裝車樓外，主要為裝車樓、轉運站照明和動力、皮帶機維修及照明高桿燈供電；2#箱式變電站位于T10轉運站外，主要為轉運站照明和動力、皮帶機維修及照明高桿燈供電。

2電力監控系統的配置及功能

2.1系統結構

為全面監視變電所的電力系統，本項目配置了一套電力監控系統，監控主機設置于監控中心(1#變電所所在的辦公樓五層)。系統采用西門子Power manager系統，下級子站包括1#、2#、3#變電所和1#、2#箱式變電站，其中1#、2#、3#變電所均設置監控后臺，各配置一臺通訊管理機和通訊屏，放置在直流屏控制室，管理機向下通過Modbus或其他規約與站內微機保護、多功能儀表、直流屏、變壓器溫度儀等智能設備通訊，并通過光纖將數據上傳至辦公樓五層的監控中心，實現各類數據的采集、分析、處理，命令的發布和數據庫的建立、管理，并為用戶提供人機界面、數據報表，同時具有對下行命令進行操作的權限。

監控系統采用單機單網運行方式，分散、分層、分布式結構設計，按間隔單元劃分模塊化設計，整個系統分為三層，分別為站控層、通訊管理層和間隔層。

站控層：集中管理本項目的全部變配電設備，負責現場各類數據的采集、分析、處理，命令的發布和數據庫的建立、管理，并為用戶提供人機界面、數據報表。

通訊管理層：在整個監控系統中起著承上啟下的作用，本工程每個監控子站配置1臺通訊管理機KBD-R80，實現本站系統智能設備的數據采集、規約轉換等功能。通訊管理機采用嵌入式操作系統，向上與上位監控系統采用IEC104協議通訊，向下采用Modbus或其他通訊規約與站內的微機保護、直流屏及智能裝置等進行通訊。

間隔層：由各回路的微機保護裝置、儀表、直流屏、變壓器等組成，采用RS485通訊接口，利用通訊屏蔽雙絞線作為傳輸介質，實現信息的傳輸。

本工程所有的微機保護裝置采用的是西門子7SJ686系列，管理機在與站內的微機保護進行通訊時，采取標準的Modbus協議，可讀取各個保護裝置上的信息，還可下發遙控命令，實現對斷路器的遠程操作。

對于站內的其他智能裝置，若其帶有RS485接口，在供貨方提供完整的通訊協議文本的條件下，可將其接入該系統。

2.2系統功能

1)數據采集功能和管理功能

監控系統能夠通過智能設備進行通信，對所有模擬量、開關量、脈沖量進行實時和定時數據采集，所有的電量均采用交流直接采樣，保證了測量的高精度和實時性。定時數據可根據設定的時間間隔自動轉存于硬盤，作為歷史記錄存檔,并開放后臺數據庫接口，供管控系統讀取相關電量數據，通訊接口采用以太網接口，其接口界面位于中心監控室服務器以太網卡處。

2)運行管理功能

在監控界面中，系統的使用者能夠清晰地監視電網的運行狀態，在設備詳細界面中，用戶不僅能夠獲取設備的狀況，通過分析判定故障原因，向維護者提供維護幫助，還能根據用戶需求設置畫面預置數據。

控制管理經通訊網絡實現了對智能設備的遠程控制，且控制操作的優先級高于設備信息采集和反饋。

3)數據處理

該系統對數據處理的操作包括：(1)對模擬量進行合理性校驗、上下限比較。(2)對開關量進行實時掃描，分辨率≤2ms。(3)對開關變位事件做記錄輸出并告警。(4)對重要歷史數據進行處理并存盤。

4)事件記錄與報警

當出現開關事故變位、遙測越限、保護動作和其他報警信號時，系統能發出音響提示，并自動推送報警畫面。其中，報警音響會根據報警等級的不同發出不同的音響提示，且報警提示需經操作員確認后方能手動復位，整個報警事件會被記錄到監控系統數據庫中。

5)顯示、查詢及打印功能

操作者可以根據配電系統的實際情況隨時建立、編輯修改主接線圖和報表格式，圖和報表具有制作靈活、易于修改并與監控軟件自然對接的特點。

系統軟件能自動存儲歷史數據和歷史事件，用戶可按照設備、數據類型、時間段等項目進行自定義查詢。

6)圖形顯示功能

系統能顯示整個配電系統網絡圖，并動態刷新顯示配電系統和各變電所主接線圖、系統和保護測控裝置配置圖，在主接線圖上實時顯示各開關運行狀態、在線運行參數等。

7)報表顯示功能

系統不僅支持配電系統和各變電所電氣運行日報表的編輯、顯示、打印等功能，還能自動生成日、月、年報表。報表數據來源于歷史數據庫，支持手動生成歷史任意時段的運行報表，此外，系統還支持各種自定義報表。

8)歷史事件及數據的查詢

當某些事件產生時，可定義追憶數據的測點和周期，啟動相關的事故追憶記錄。

事故追憶記錄中的歷史事件包括報警事件(有定值越限報警觸發的事件)、操作事件(監控主機對保護測控裝置進行的整定、遙控操作、參數修改等)、一般事件(通信故障等)，同時，歷史事件可按時間、類別進行查詢和顯示，顯示的內容包括日期及時間、事件內容，其中，在越限事件的事件內容中還包括了越限值。

9)安全保護功能

為了使實時系統能夠安全穩定地運行，為整個系統提供可靠的安全保護措施，所有的系統操作員都能夠根據權限大小被賦予以下特性：(1)對系統及各種活動的使用范圍，如用戶名、口令字、操作權及操作范圍等。(2)對重要的控制使用雙口令密碼。(3)對操作員的重要操作給予記錄，如對主變抽頭和斷路器及電動隔離開關控制操作的內容、時間、結果及人員姓名的記錄，以備后期查詢。

10)趨勢曲線

趨勢曲線(包括實時曲線和歷史曲線兩類)支持鼠標拖拽與Zoom 功能。在系統的實時顯示庫中，趨勢曲線可實時刷新；在顯示歷史庫中，趨勢曲線還可根據數據時間和最大/最小刻度進行調整。

此外，用戶還可以根據需要修改曲線，并返寫到歷史數據中。

11)自診斷功能

若所有數據采集、控制、保護等主要元件模塊出現故障，系統能自診斷出故障部位，報警并閉鎖故障元件，保證其他部分的正常工作，并能將故障內容及發生時間記錄在事件一覽表中。同時，該系統還具有失電保護、通電自檢、自復位至原運行狀態的能力。

2.3微機保護的配置及功能

1)6kV進線、母聯保護

每回進線配置一臺7SJ686裝置，分散安裝于各開關柜內，可實現以下功能：

(1)保護功能,包括相過流保護、速斷保護、接地故障保護、欠壓/過壓保護、備自投(通過邏輯編程實現)。

(2)測量功能，可以測量三相電流值、電壓值、有功功率、無功功率、電度、頻率及功率因數等。

(3)監控功能，具有16個可編程輸入和7個可編程輸出，能夠監視開關柜手車、彈簧等信號；可以監視各種事故；預告信號報警；閉鎖；故障錄波。

2)6kV變壓器、電容柜、PT柜饋線保護

每回饋線配置一臺7SJ686裝置，分散安裝于各開關柜內，可實現以下功能：

(1)保護功能，包括相過流保護、速斷保護、接地故障保護、變壓器非電量保護及溫度保護。

(2)測量功能，可以測量三相電流值、電壓值、有功功率、無功功率、電度、頻率及功率因數等。

(3)監控功能，具有9個可編程輸入和6個可編程輸出，能夠監視開關柜手車、彈簧等信號；監視各種事故；預告信號報警；閉鎖；故障錄波。

3)6kV電動機饋線保護

每回饋線配置一臺7SJ686裝置，分散安裝于各開關柜內，可實現以下功能：

(1)保護功能，包括相過流保護、低電壓保護(具有PT斷線閉鎖和報警功能)、零序電流保護、工藝連鎖跳閘、電機啟動保護、電機堵轉保護及熱過負荷保護。

(2)測量功能，可以測量三相電流值、電壓值、有功功率、無功功率、電度、頻率及功率因數等。

(3)監控功能，具有9個可編程輸入和6個可編程輸出，能夠監視開關柜手車、彈簧等信號；監視各種事故；預告信號報警；閉鎖；故障錄波。

2.4與其他系統接口

系統能夠提供標準的通訊規約和協議(如 IEC61850、DNP3.0、CDT、1801、IEC870-5-103、 Modbus、以太網、TCP/IP等)與其他監控系統、DCS系統進行通信，可采用多種通訊介質和通信接口(RS485/232和工業以太網)，將采集到的設備運行狀態和電氣參數遠程上傳，并接收上級調度、遙控、遙調命令。

系統具有網絡擴展功能，進行系統擴展(如配電系統擴建、改造等)時，可以保持原有監控計算機上的監控界面不變，只需增加相應的硬件、新的監控界面以及監控計算機站點即可實現系統的擴展。

3本項目電力監控系統的構成

電力系統采用典型的三層結構，即站控層、通訊管理層、間隔層。

電力監控系統主要由以下設備組成：

1)監控中心

(1)監控中心設置在1#變電所的辦公樓五樓，站控層配置1臺監控主機、1臺HP1108打印機、1部報警音響、1臺網絡交換機及1臺UPS。

(2)將1#、2#、3#變電所監控系統接入到監控中心，根據實際距離，如果超過100m范圍則使用光纖通訊，保證通訊的穩定性與準確性，防止干擾。監控中心電力監控系統圖如圖1所示。

圖1　監控中心電力監控系統圖

2)1#變電所

(1)1#變電所配置1臺監控主機、1臺HP1108打印機、1部報警音響、1臺網絡交換機及1臺UPS。

(2)通訊管理層配置1臺通訊管理機R80，負責采集站內微機保護裝置、智能儀表及變壓器的信息，以IEC104規約上傳至站控層監控主機。

(3)2臺箱式變電站各配1臺通訊管理機，負責采集智能儀表信息并上傳至站控層監控主機。由于2臺箱式變電站距離較遠(距離1#變配電所大約1km)，可以增加2對光纖收發器，以光纖通道傳輸數據，以保證監控主站對箱式變電站內智能儀表數據采集的速度和質量。1#變電所電力監控系統圖如圖2所示。

圖2　1#變電所電力監控系統圖

3)2#、3#變電所

(1)2#變電所配置1臺監控主機、1臺HP打印機、1部報警音響、1臺網絡交換機及1臺UPS。

(2)通訊管理層配置1臺通訊管理機R80，負責采集站內微機保護裝置、智能儀表及變壓器的信息，以IEC104規約上傳至站控層監控主機。

(3)UPS保證對監控主機的不間斷供電。

2#和3#變電所的電力監控系統圖分別如圖3～4所示。

圖3　2#變電所電力監控系統圖

圖4　3#變電所電力監控系統圖

4結束語

綜上所述，本文以智能電力監控系統的三層網絡拓撲結構為核心，結合實際變配電系統的工程案例，分析了電力監控系統的功能和性能指標。在變配電室內設置電力監控系統，配置的智能多功能電力儀表具有實施簡明、投資少等顯著優點，可以方便實時地監控配電系統的運行狀態，并對現場的用電設備進行統一管理，免去了工作人員到現場記錄的繁瑣工作。同時，系統對各種用電設備的歷史運行數據和進行狀態了分析，便于維護人員了解設備狀況，制定詳細的設備維護計劃，提高了人員效率。此外，根據建立的電能計量體系，可以實時了解、分析整個變配電系統的總體能耗，并及時提出降耗計劃，采取節能降耗措施，逐步提高工業場地或大型建筑等的供電可靠性，提高供電質量、經濟效益和管理水平。

參考文獻

[1]中國建筑標準設計研究院,全國民用建筑工程設計技術措施[D].北京:中國計劃出版社,2009.

[2]任致程,周中.電力電測數字儀表原理與應用指南[D].北京:中國電力出版社,2007.

[3]顧靜楠,倪中明.電力監控軟件在中化平原智能配電系統中的應用[Z].江蘇安科瑞電器制造有限公司,2015.

Application of Power Monitoring System in a Port Substation

Wang Zheng

王崢

(中國建筑設計院有限公司，北京 100044)

摘要結合某港口工程供配電系統中的電力監控系統案例，論述電力監控系統在實施階段的解決方案，該系統不僅方便值班人員的現場操作，也提高了管理水平和供電質量，具有簡單實用、投資少等優點，進一步實現了配電系統的集中化、數字化及智能化。

關鍵詞電力監控系統數據采集通訊管理層通訊接口

AbstractTaking the example the power monitoring system of power supply system in a port project, the solution of power monitoring system in the implementation phase is discussed. The system not only facilitates on-site operation of the duty stuff, but improves the management level and the quality of power supply; moreover, it has the advantages of simple, practical and less investment, and further realizes the centralized, digital and intelligent of the distribution system.

Keywordspower monitoring system, data acquisition, communication management layer, communication interface