智能電力監控系統在空管供電保障中的實踐與應用

王傳寶

（民航華東空管局安徽分局，安徽 合肥 230051）

0 引 言

供電是空管設備運行保障的命脈，通信導航設備的正常運行，依賴于供電的穩定、可靠。隨著我國電網的現代化和自動化程度不斷提高，供電系統正在向數字化和智能化進一步發展，為了緊跟時代潮流，空管供電系統勢必要全面引入智能電子設備來適應發展需要。空管智能供電系統可以廣泛應用到設備監控、數據測量、故障報警及遠程控制等多個環節，顯著提高了配電系統的運維和管理水平。

1 空管供電保障現狀和需求

目前，空管供電系統已經具備雙路市電冗余、柴油發電機組應急電源、不間斷電源UPS及直流電源等較為完善的保障手段，但是運行管理中也面臨兩個明顯問題。一是民航高速發展，各地航管樓、塔臺、管制雷達站、甚高頻遙控臺、ADS-B地面站及導航臺等臺站的數量和規模不斷增大，臺站之間距離較遠，設備布局分散，如何提高運行保障品質和工作效率，成為當前空管供電保障的新課題；二是無人值守臺站越來越多，“減員增效”的同時，需保證這些臺站安全可靠、經濟高效運轉，需實現遠程監測和控制。

依托成熟穩定的計算機網絡技術和云存儲、大數據、人工智能等先進手段，將分散的供電設備連接為一個有機的整體，實現供電系統的集中智能化管理將是近階段的必然趨勢。智能電力監控系統通過采集現場設備和智能電力儀表的數據對設備進行實時、不間斷地監控，對監控數據進行分析處理，開發配套數據分析專家系統，減輕人力維護成本的同時，可以提升意外事故的快速反應能力，保障空管供電設備的安全運行。因此，建設適用于空管的智能電力監控系統，無論從運行經濟效益還是安全保障來說，都是具有十分重要的現實意義。

2 系統拓撲結構

監控系統主要實現航管樓、塔臺、管制雷達站、甚高頻遙控臺、ADS-B地面站及導航臺等臺站配電系統的用電監控與電能管理，監控范圍包含高壓柜、變壓器溫控儀、低壓柜、柴油發電機組、不間斷電源UPS及直流電源等。通過油機、UPS等智能設備通信接口或多功能智能電力儀表[1]，系統可采集現場設備或電力儀表的數據，串口服務器對采集數據進行處理，轉換為以太網協議，通過TCP/IP通信協議與電力交換機實現數據傳輸，再上傳至電力監控服務器，從而實現監控機房服務器與現場設備的鏈路連通。電力監控服務器采用雙機備份模式，增強系統結構的冗余度，提高系統運行的可靠性，系統拓撲結構如圖1所示。

智能電力監控系統采用分布式結構，按功能和區域劃分為3層，即現場設備層、網絡傳輸層及主控管理層[2]。

2.1 現場設備層

現場設備層位于供電設備機房現場，主要負責采集現場的各供電系統的運行參數，將數據通過屏蔽雙絞線RS485總線傳輸給串口服務器。一條RS485總線內如果有多套設備，可以采取RS485線串聯的方式。該層主要設備包括多功能智能電力儀表、智能斷路器、設備自身配置的采樣模塊及端子等。這些設備裝在各系統的一次設備的配電柜（箱）內，如低壓配電柜、UPS輸入/輸出柜等。采用RS485通信接口和MODBUS通信協議，且各套設備相對獨立、接線方便，最高傳輸距離達1 km以上，抗干擾能力強。

圖1 智能電力監控系統拓撲結構示意圖

2.2 網絡傳輸層

網絡傳輸層位于現場設備層與主控管理層之間，主要負責將采集的各類參數傳輸至主控管理層的服務器，完成現場設備與值班室監控計算機之間的數據互通。該層主要設備包括串口服務器、交換機及光纖收發器等傳輸設備。現場設備與串口服務器使用RS485線相連，串口服務器與交換機使用網線相連，串口服務器將MODBUS通信協議轉換為TCP/IP通信協議，將現場設備參數通過通信鏈路傳輸至服務器。

2.3 主控管理層

主控管理層位于監控機房或值班室，主要負責將設備參數進行進一步分析和處理，通過監控軟件進行人機交互。該層主要設備包括供電監控服務器和前置機、打印機、報警音響等。一級航空管制單位的供電監控服務器應采用雙機備份模式，提高監控系統冗余度。

3 系統功能

開發智能電力監控系統，通過軟件進行設備配置、數據庫變量配置及界面設計等，系統提供簡單、易用、良好的人機交互界面，實現設備管理、報警管理、數據存儲分析、報表功能及臺站供電“五遙”等功能。

3.1 用戶管理

安全是空管設備運行保障第一準則，供電監控系統承載著重要業務，同樣需要保證其系統和運行環境的安全。為了防止外來人員或網絡攻擊對系統進行隨意篡改，軟件對系統用戶的權限進行了設置，同時可以防止值班員誤操作導致系統變化帶來風險和損失。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作，如隨意修改系統名稱、參數變量等。將用戶等級由高到低分為開發人員、管理人員、值班人員3個等級，每個等級的用戶賦予不同的操作權限.例如，值班員僅有監測權限，管理員和系統工程師添加系統修改權限等。

3.2 遙信功能

配電監測主界面可以分別顯示不同臺站的高壓、低壓供電系統電氣一次系統圖，不同顏色代表該配電系統設備的開、關兩種狀態，并實時動態刷新。設備通信狀態界面可以顯示各個數據采集點的連通狀態，包含具體的設備個數、地點、IP地址，實時顯示所有設備的通信狀態并定期刷新。對于突然發生故障或傳輸中斷的部位，系統能夠第一時間檢測并用顏色標注，值班員發現該故障部位后及時進行處理，以保證系統各個部分通信正常，數據能夠定時傳輸至服務器。

3.3 遙測功能

配電監測為該系統的核心功能，通過此項功能可以查看各設備和供電回路的主要電參量，數據實時刷新，值班員定期進行巡視和監測。監測主要數據包括設備或回路的名稱、交流三相電壓和電流（直流設備則監測直流電壓和電流）、交流電頻率、負荷或輸出回路電流、有功和無功功率、視在功率及功率因數等。

3.4 遙控功能

由于各臺站布局分散，在緊急情況下需要對設備進行遠程操作，實現如開關的分合閘、柴油發電機組的啟停等，通過監控中心值班員遠程操作，實現設備的可靠、持續運行，彌補無人值守臺站的缺點。

3.5 遙調功能

遙調主要用于遠程調整設備運行參數，在不停機的情況下改善設備運行狀態。例如，夏季用電高峰造成電壓波動過大，可以通過遙調功能實現變壓器的有載調壓，實現輸出電壓趨于穩定。

3.6 遙視功能

視頻監控技術已在空管設備保障領域中靈活應用，配合成熟的安防技術，在供電設備機房安裝攝像頭，將現場監控圖像實時傳輸至監控系統，值班員通過更為直觀的圖像，更加易于掌握設備運行情況，保障水平的進一步提高。

3.7 運行參數記錄

設備運行參數、事件及報警記錄均實時存儲在系統后臺數據庫中，如果需要查詢某一時間段的記錄，只需通過設置查詢記錄的時間節點，即可立即查詢該時間段內某一設備或回路的運行參數記錄和報表。主要數據包括交流三相電壓和電流、直流電壓和電流、交流電頻率、有功和無功功率、功率因數、電容補償及變壓器溫度等。該功能可以為事件追溯查詢提供準確的數據支持，便于分析事件原因。異常的運行參數可以及時提醒值班員對設備進行檢查，排除設備潛在的安全隱患。

3.8 負荷電流（回路）曲線

負荷電流（回路）曲線功能是應用某一回路的負荷電流數據，在任一時間段內生成一條負荷電流曲線，利于值班員對該時間段內的負荷變化情況進行分析和記錄，及時了解運行負荷的變化，采取相應措施。例如，夏季用電高峰時期，值班員通過負荷曲線發現用電負載明顯增多，則可以通過開啟備用變壓器或者合理調配負載等技術手段，實現用電高峰平穩過度，保障供電系統的安全運行。借助該項功能，用戶還可以對負荷的變化趨勢進行分析，通過歷年來縱向數據比較，判斷負荷的變化趨勢，進而對系統進行擴容或限容，優化供電系統整體結構。

3.9 報表管理

報表管理是運行參數記錄功能的擴展和延續。為了排除繁瑣的抄表工作，提高工作效率和數據的準確性，報表管理和打印功能應運而生。報表管理功能可以把用戶事先設計好的表格導入系統，把系統中的數據按照邏輯自動填入表格相應位置，代替人工進行“抄表”。本程序還可以根據用戶的需要，設定具體時間點錄入數據和自動打印。

3.10 事件報警

針對設備和電網各類故障與異常狀況，監控系統有效進行監測，并根據邏輯判斷異常事件發生的類型，連同事件發生的時間和部位發出一條報警信息，提醒值班員及時進行處理。該報警功能為實時報警，平時在后臺自動啟動，有報警時彈出告警窗口和發出聲音提示。

根據現場采集的數據類型和開關狀態量，報警信息分為設備故障、電壓和電流超限、頻率超限、開關分合閘、柴油發電機組啟動和停止、UPS電池逆變供電及變壓器溫度過高等多種。根據不同設備的不同故障原因，值班員判斷故障發生的類型和部位，為做好檢修和處置提供參考。

3.11 歷史記錄查詢

通過歷史記錄查詢功能，用戶可以查詢到過去的事件記錄和報警信息。歷史記錄查詢可以按照時間和空間分別進行，既能查詢到任一時間段內發生的全部事件和報警信息，也可以查詢到某一區域內的設備在過去不同時間段發生的事件和報警信息。事件信息包含系統操作記錄、故障記錄及通信中斷記錄等，報警信息包含報警時間、報警部位及報警類型等。

3.12 Web發布

服務器具備Web發布功能，與服務器同處于局域網內的上位機，可以通過瀏覽器對服務器進行登錄和訪問，成為工作站。工作站與服務器相比，沒有遙控和修改系統的權限，但包含遙信、遙測、遙視全部功能。

4 經濟與實用價值

智能電力監控系統的應用可以大大提升運行經濟效益和安全保障水平。減少臺站人員，降低人力成本；減少臺站現場巡檢頻次，降低維護成本；減少紙質數據抄錄保存，降低運行管理成本；遠程監視控制，減少應急處置成本。同時，通過對監控數據的分析，制定針對性的設備維護策略，以有效提升設備運行管理水平；通過24 h不間斷監控，及時發現各類供電故障，快速高效進行處置，以有效提升安全保障能力。

5 結 論

智能電力監控系統可以對設備進行24 h不間斷監測，出現問題立即報警，有效縮短應急處置時間；自動采集數據生成報表，降低人力維護成本，免去人員到現場抄表等繁瑣的工作，緩解壓力，預防人為筆誤等原因造成數據錯誤的風險；歷史數據的記錄和存儲，便于查找故障時間、故障原因和事后追溯；生成設備參數曲線，進行數據的縱向比較，分析設備運行性能和發展態勢，有利于發現設備安全隱患，制定合理的維護檢修計劃。智能電力監控系統對提升空管供電保障能力和工作效率至關重要，將成為空管供電運行保障不可或缺的一部分，為飛行安全做出更好的服務。