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摘 要：介紹了工廠電力監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)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(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以利用計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使變電站值班人員迅速而準(zhǔn)確地獲得變電站運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息，完整地掌握變電站的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站運(yùn)行的故障并做出相應(yīng)的決策和處理，同時(shí)可以使值班管理人員根據(jù)變配電系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行負(fù)荷分析、合理調(diào)度、遠(yuǎn)控合分閘，減少和避免操作、誤判斷，縮短事故停電時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對工廠變配電系統(tǒng)的現(xiàn)代化運(yùn)行管理。
1變電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架
國內(nèi)外變電站自動(dòng)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(gè)階段。
1.1集中式變電站自動(dòng)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(hù)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(tái)PI．C，負(fù)責(zé)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(bào)警等信號(hào)。在主監(jiān)控計(jì)算機(jī)的控制下，通過PLC輸出模塊將警報(bào)信號(hào)盤上光字牌
點(diǎn)亮并使聲光報(bào)警器動(dòng)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(jì)算機(jī)。
信息層主要是l臺(tái)工控機(jī)，安裝了Elipse ScadaV3．0電力監(jiān)控軟件。電力監(jiān)控系統(tǒng)的后臺(tái)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(bào)表和趨勢圖等。
集中式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在的主要問題是：信息層的工控機(jī)即前置管理機(jī)任務(wù)繁重、引線多，形成了信息的“瓶頸"，降低了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。在前置機(jī)故障情況下，將失去當(dāng)?shù)丶斑h(yuǎn)方的所有信息及功能；自動(dòng)化擴(kuò)展需求的功能難以實(shí)現(xiàn)。
1.2分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)
整個(gè)變電站自動(dòng)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(tái)機(jī)系統(tǒng)、服務(wù)器系統(tǒng)和前置機(jī)系統(tǒng)3個(gè)子系統(tǒng)。后臺(tái)機(jī)、服務(wù)器、前置機(jī)之間采用高速以太網(wǎng)通信，前置機(jī)和保護(hù)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(shí)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(gè)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(diǎn)：
（1）可靠性高，任一部分設(shè)備故障只影響局部，風(fēng)險(xiǎn)分散；當(dāng)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(hù)、控制功能在間隔層仍可繼續(xù)運(yùn)行。
（2）間隔層任一智能單元損壞不會(huì)導(dǎo)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(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)具有如下功能：
（1）變電站實(shí)時(shí)在線監(jiān)視運(yùn)行，采用變配電計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，不僅能對系統(tǒng)各種運(yùn)行開關(guān)量狀態(tài)和電量參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和顯示，而且更安全、可靠、直觀。
（2）及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行故障報(bào)警和故障跳閘報(bào)警。
（3）可對潛在的事故進(jìn)行預(yù)報(bào)警，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各種電量的超限報(bào)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(shí)時(shí)分析功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)供電質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)，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(shí)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(hù)功能齊全的硬件。曾經(jīng)某項(xiàng)目選用l臺(tái)研華工控機(jī)(EIX；-4504 NPORT)，在使用不到1年的時(shí)間就發(fā)生故障，導(dǎo)致現(xiàn)場區(qū)域的電力監(jiān)控癱瘓，無法實(shí)時(shí)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(jì)報(bào)表也無法正常生成。雖然聯(lián)系原廠家進(jìn)行維修，但是由于維修時(shí)間超過半個(gè)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(jì)算機(jī)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(jī)的首要任務(wù)是實(shí)時(shí)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(bào)警信號(hào)，而電能數(shù)據(jù)采集是監(jiān)控主機(jī)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(jī)，造成監(jiān)控主機(jī)既要負(fù)責(zé)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(jìn)行通信，導(dǎo)致監(jiān)控主機(jī)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(jī)現(xiàn)象。解決辦法為增加l臺(tái)IBM Server運(yùn)行SQL Server2000的工作計(jì)算機(jī)，把監(jiān)控系統(tǒng)分成操作主機(jī)與數(shù)據(jù)庫主機(jī)，改善數(shù)據(jù)庫占用計(jì)算機(jī)資源太大的問題。
（3）系統(tǒng)報(bào)警應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確，報(bào)警與現(xiàn)場故障時(shí)間同步，*低報(bào)警反應(yīng)時(shí)間小于1秒，不能出現(xiàn)任何誤動(dòng)作或誤報(bào)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(dāng)連接的綜保繼電器數(shù)量較多時(shí)，監(jiān)控主機(jī)的一次掃描周期就需要半分鐘以上，當(dāng)其中1臺(tái)綜保繼電器發(fā)出的報(bào)警信息正好在主機(jī)掃描周期剛剛結(jié)束時(shí)發(fā)出，待掃描到新的報(bào)警信息時(shí)間還需要1個(gè)周期，系統(tǒng)報(bào)警時(shí)間將會(huì)超過1分鐘，因此不能及時(shí)地進(jìn)行報(bào)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(dòng)的系統(tǒng)掃描查詢報(bào)警信息模式為報(bào)警單元發(fā)出報(bào)警信息后系統(tǒng)主動(dòng)接受和判別的模式，以提高系統(tǒng)報(bào)警響應(yīng)時(shí)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(hù)系統(tǒng)，繼電保護(hù)的控制回路不能進(jìn)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(jí)較低的系統(tǒng)不能影響等級(jí)更高的系統(tǒng)；做好系統(tǒng)各報(bào)警點(diǎn)的功能測試，在系統(tǒng)完成后一定要進(jìn)行各高低壓開關(guān)位置狀態(tài)和報(bào)警功能的測試，以防發(fā)生誤報(bào)和漏報(bào)。
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(jí)），通過微機(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點(diǎn)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(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動(dòng)化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運(yùn)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(dòng)化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級(jí)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(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、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(jí)的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實(shí)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(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。
4.2應(yīng)用場所
適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。
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(jì)，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(biāo)準(zhǔn)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(shí)時(shí)監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號(hào)。
（2）電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量。
（3）曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。
（4）運(yùn)行報(bào)表：查詢各回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)。
（5）實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護(hù)動(dòng)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(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
（7）電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表：系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)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(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。
（9）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實(shí)時(shí)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(gè)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(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測。
（11）遙控功能：可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。
（12）故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)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(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)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(diǎn)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(hào) | 圖 片 | 保護(hù)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(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計(jì)量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報(bào)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?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳、XML、JSON進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、支持標(biāo)準(zhǔn)8GB SD卡（32GB）、支持不同協(xié)議向多平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；每個(gè)設(shè)備的多個(gè)報(bào)警設(shè)置。輸入電源：AC/DC 220V，導(dǎo)軌式安裝。 |
35kV/10kV/6kV 微機(jī)保護(hù)裝置 | AM6-* AM5SE-* |
| 適用于6-35kv配電線路、主變、配電變壓器、電動(dòng)機(jī)、電容器、PT監(jiān)測/PT并列、母聯(lián)/備自投等中高壓柜微機(jī)保護(hù) |
35kV/10kV/6kV 弧光保護(hù) | ARB5-M |
| 主控單元，可接20路弧光信號(hào)或4個(gè)擴(kuò)展單元，配置弧光保護(hù)（8組）、失靈保護(hù)（4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、11個(gè)跳閘出口； |
ARB5-E | 擴(kuò)展單元，多可以插接6塊擴(kuò)展插件，每個(gè)擴(kuò)展插件可以采集5路弧光信號(hào)： | ||
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(jìn)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(dòng)/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點(diǎn)波形采樣、觸發(fā)及定時(shí)錄波，波形實(shí)時(shí)顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲(chǔ)，內(nèi)存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網(wǎng)接口（＋1維護(hù)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(diǎn)測溫 | ASD500 |
| 5寸大液晶彩屏動(dòng)態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲(chǔ)能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗(yàn)電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠(yuǎn)方/就地、分合閘、儲(chǔ)能旋鈕預(yù)分預(yù)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(shí)、高壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)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(shí)時(shí)及需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，66種報(bào)警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)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(dǎo)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(yù)埋PT100，RS485接口，2路繼電器輸出； |
0.4KV低壓進(jìn)出線柜接頭測溫 | ARTM-Pn-E |
| 無線測溫采集可接入60個(gè)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(dòng)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(bào)警出口。 | |
0.4KV低壓進(jìn)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(jì)，正反向無功電能統(tǒng)計(jì)；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(jí),無功電能精度2級(jí)；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(jì)，正反向無功電能統(tǒng)計(jì)；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(jí)，無功電能精度2級(jí) |
參考文獻(xiàn)：
[1]郭丹春.工廠變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用
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