10 kV變配電監控系統設計研究

賈 聰

(山東省濟寧市醫學院附屬醫院，山東 濟寧 272000)

0 引 言

近年來，我國企業借助變配電室綜合監控系統技術，全程檢測、管理供電設備運行情況，實現了實時監控和智能化管理[1]。配電監控智能化的應用發展影響配電系統的發展方向，其中10 kV變配電監控智能化技術保障配電系統安全、可靠的運行，也是變配電系統發展的必然趨勢[2]。當設備出現故障時，10 kV變配電監控智能化技術可保證信息及時、有效地傳送給工作人員，保障電力系統的穩定運行，避免發生安全供電事故。因此，加強變配電監控系統的運轉對變配電系統的發展有重要意義。

監控系統通過采集、管理數據，實時監控、管理設備運行狀態，完成網絡重構和系統間的通信功能[3]，主要包括設備檢修管理、停電管理、計量以及負荷管理等功能。此外，各功能之間的有效數據包括設備的各項技術參數、用戶信息、網絡信息等。數據之間的交換、共享，可幫助監控系統集中、高效地監控、管理變配電設備。網絡結構方面，變配電室綜合監控系統主要由信息管理層、過程控制層以及現場設備層組成。其中，信息管理層遠程監控、管理設備運行數據，實現遠程維護和數據傳輸功能，保證數據共享。過程控制層輔助現場設備采集數據，并高速傳輸各子系統之間的信息。現場設備層提供變配電室綜合監控系統的數據通信通道。數據管理方面，監控系統采集、管理信息，測量、分析數據，進而實現負荷控制和用電管理等功能[4]。此外，變配電綜合監控系統具有施工簡單、運行可靠和優質供電的特點。整個電力系統中，10 kV配電房屬于中壓部分，與電力末端設備直接相連，且與日常生活緊密聯系[5]。10 kV配電房電力設備主要包括電壓互感器、電流互感器、負荷開關、斷路器、避雷器、高壓接地開關以及各種電力儀表等。10 kV配電房電力設備的正常運行保證生產、生活中的正常供電。

目前，配電監控系統的發展已經歷經四代。第一代為基于專用計算機的系統，第二代是基于通用計算機的系統。這兩代均是基于集中式計算機系統，不具有開放性，且系統維護、升級方面存在極大困難。第三代為基于分布式計算機網絡的系統，匯集了各種最新計算機技術。第四代系統是以計算機為基礎的電力控制及綜合自動化系統，主要釆用神經網絡和面向對象技術擴大、集成系統，滿足了商業化與安全經濟運行的需要[4-6]。此外，第四代系統可以監視、管理工作現場設施，實現采集信息、測量數據、調節參數以及報警等功能。

1 10 kV變配電監控系統設計

10 kV變配電監控系統包括軟件和硬件兩部分，且全部進行模塊化，確保了各子系統之間互不干擾，各自獨立[7]。10 kV變配電監控系統的終端通過通信子系統實時監測饋線運行狀態，并將數據信號傳送至整個系統的控制終端。同時，控制終端通過智能通信控制器完成數據的雙向傳送，控制具體線路的電源。為進一步提高配電系統安全性、可靠性和管理效率，減少發生故障的風險，本文對10 kV變配電自動化監控系統進行設計。

1.1 監控系統設計

本文設計的自動化監控系統為一套完整的綜合自動化系統，包括現場監控層、通信層和管理層。它的總功能主要包括以下四個方面。第一，采集、監視本地信號，如采集、監視各變配電室所有回路內部信號。第二，現代化管理變配電系統，如通過采集實時數據信息，了解變電站工作狀況進行分析。第三，管理電能，如登記并存儲用電負荷量，合理分配用電。第四，保障運行可靠，如做好實時預警，提高工作效率和管理水平，實現電子信息化，完成自動化信息管理[8]。自動化監控系統的結構框圖如圖1所示。

圖1 自動化監控系統結構框架圖

1.2 現場監控層設計

現場監控層的裝置采用獨立分布方式，實施檢測、控制、通信和故障反應等功能。同時，由通信接口連接變壓器溫控儀等第三方設備。現場監控層包括開閉間設計、變配電室監控回路設計、變壓器溫控電路設計以及斷路器控制電路設計。現場監控層與開關柜組裝成智能化開關柜，采集現場信息后由通信層接至現場總線。

1.3 通信層設計

通信層是將現場監控層采集的數據信息傳輸至管理層，包括底層通信、頂層通信等。通信層的數據信息實時交換，數據信息包括現場監控層檢測到的實時數據信息和管理層的數據信息。通信層的設備采用串口服務器，以提供光電隔離的保護作用。采集現場監控層數據后由通信層進行傳輸，完成數據轉換。同時，以太網網關、交換機、通信電纜等設備，設計、組裝通信接口層，完成現場監控層與管理層的實時連接，進而實現數據的實時交換。

1.4 管理層設計

管理層是自動化監控系統的最高管理層，其設施均安放在某一監控室內。為達到用戶需求，管理層的設計需要采用專業的電力軟件和合適的硬件配置。自動化監控系統有一套完整的工作流程，即現場監控層先采集數據信息，然后通信層傳輸數據信息，最后由管理層接收并分析數據信息顯示在屏幕上，由工作人員實時觀測設施的運行狀態。管理層的硬件系統配置包括顯示器、數據服務器、操作員工站、電源和打印機等。軟件系統配置為智能電力監控軟件，可以采集、分析、管理信息等，是安全、可靠的高管理水平智能化系統。系統的軟件可以測量采集的數據信息，其中包括測量輸入電流、輸出電壓、輸出功率因數等狀態量，同時記錄、分析事故因素，完善故障報警、安全保護、自診斷以及自恢復等功能，實現高效率、高水平的控制和管理。

2 結 論

本文采用分層分布的方式設計變配電室監控系統。變配電室監控系統包括軟件和硬件兩部分，且分為現場監控層、通信層和管理層。同時，它將每一子部分模塊化，使各子部分各自獨立，互不干擾。變配電室監控系統通過現場監控層采集現場信息，由通信層將現場信息傳輸至管理層，最終由管理層分析、研究采集的數據信息，從而保證各設備安全、可靠運行。變配電室智能監控系統具有操作簡單、可靠性高和人機界面友好的特點。它通過采集、分析和管理數據等功能，為合理使用電能提供數據支撐，同時使工作人員及時了解設備運行狀況，確保有效地控制運行故障。變配電室監控系統不僅提高了工作效率，而且降低了變配電室的經濟運行成本，提升了經濟效益。實際應用中，需要定期檢查、保養監控系統，做好維護工作，保障系統正常運行。