浅谈电力监控系统在某港区变电所中的应用

王　峥

(中国建筑设计院有限公司，北京 100044)



浅谈电力监控系统在某港区变电所中的应用

0引言

随着电网现代化程度的不断提高，变配电站正在向集成化、数字化、智能化、在线监控和远程故障诊断等方向飞速发展。而且，电力监控系统的应用能够明显提高数据的可靠性和真实有效性，使电能管理更加规范。通过安装在监控侧的网络电力仪表与变配电站电力监控系统进行通信，可以提供电力系统运行状态数据，提高整个变配电站的运行和维护水平。

1工程概述

本文所述项目为煤炭码头港口项目，位于广西某港口，港区内共建3座6/0.4kV变电所，2座箱式变电站，其中1#变电所为港区中心变电所，负责为2#、3#变电所提供双路6kV电源，并为1#、2#箱式变电站提供单路6kV电源。各变电所及箱式变电站均设在靠近负荷中心的位置。1#变电所位于管理区南部，主要为堆取料机、工艺皮带机、转运站照明和动力、皮带机维修、堆场、道路照明及管理区辅助建筑物供电；2#变电所位于候工楼一层，主要为候工楼、宿舍楼、联检楼、机修车间、材料工具库及流机库、给水加压泵房、进出港大门等生产、生活辅助建筑物供电；3#变电所位于前方管理楼一层，主要为码头卸船机、工艺皮带机、转运站照明动力及皮带机维修供电；1#箱式变电站位于装车楼外，主要为装车楼、转运站照明和动力、皮带机维修及照明高杆灯供电；2#箱式变电站位于T10转运站外，主要为转运站照明和动力、皮带机维修及照明高杆灯供电。

2电力监控系统的配置及功能

2.1系统结构

为全面监视变电所的电力系统，本项目配置了一套电力监控系统，监控主机设置于监控中心(1#变电所所在的办公楼五层)。系统采用西门子Power manager系统，下级子站包括1#、2#、3#变电所和1#、2#箱式变电站，其中1#、2#、3#变电所均设置监控后台，各配置一台通讯管理机和通讯屏，放置在直流屏控制室，管理机向下通过Modbus或其他规约与站内微机保护、多功能仪表、直流屏、变压器温度仪等智能设备通讯，并通过光纤将数据上传至办公楼五层的监控中心，实现各类数据的采集、分析、处理，命令的发布和数据库的建立、管理，并为用户提供人机界面、数据报表，同时具有对下行命令进行操作的权限。

监控系统采用单机单网运行方式，分散、分层、分布式结构设计，按间隔单元划分模块化设计，整个系统分为三层，分别为站控层、通讯管理层和间隔层。

站控层：集中管理本项目的全部变配电设备，负责现场各类数据的采集、分析、处理，命令的发布和数据库的建立、管理，并为用户提供人机界面、数据报表。

通讯管理层：在整个监控系统中起着承上启下的作用，本工程每个监控子站配置1台通讯管理机KBD-R80，实现本站系统智能设备的数据采集、规约转换等功能。通讯管理机采用嵌入式操作系统，向上与上位监控系统采用IEC104协议通讯，向下采用Modbus或其他通讯规约与站内的微机保护、直流屏及智能装置等进行通讯。

间隔层：由各回路的微机保护装置、仪表、直流屏、变压器等组成，采用RS485通讯接口，利用通讯屏蔽双绞线作为传输介质，实现信息的传输。

本工程所有的微机保护装置采用的是西门子7SJ686系列，管理机在与站内的微机保护进行通讯时，采取标准的Modbus协议，可读取各个保护装置上的信息，还可下发遥控命令，实现对断路器的远程操作。

对于站内的其他智能装置，若其带有RS485接口，在供货方提供完整的通讯协议文本的条件下，可将其接入该系统。

2.2系统功能

1)数据采集功能和管理功能

监控系统能够通过智能设备进行通信，对所有模拟量、开关量、脉冲量进行实时和定时数据采集，所有的电量均采用交流直接采样，保证了测量的高精度和实时性。定时数据可根据设定的时间间隔自动转存于硬盘，作为历史记录存档,并开放后台数据库接口，供管控系统读取相关电量数据，通讯接口采用以太网接口，其接口界面位于中心监控室服务器以太网卡处。

2)运行管理功能

在监控界面中，系统的使用者能够清晰地监视电网的运行状态，在设备详细界面中，用户不仅能够获取设备的状况，通过分析判定故障原因，向维护者提供维护帮助，还能根据用户需求设置画面预置数据。

控制管理经通讯网络实现了对智能设备的远程控制，且控制操作的优先级高于设备信息采集和反馈。

3)数据处理

该系统对数据处理的操作包括：(1)对模拟量进行合理性校验、上下限比较。(2)对开关量进行实时扫描，分辨率≤2ms。(3)对开关变位事件做记录输出并告警。(4)对重要历史数据进行处理并存盘。

4)事件记录与报警

当出现开关事故变位、遥测越限、保护动作和其他报警信号时，系统能发出音响提示，并自动推送报警画面。其中，报警音响会根据报警等级的不同发出不同的音响提示，且报警提示需经操作员确认后方能手动复位，整个报警事件会被记录到监控系统数据库中。

5)显示、查询及打印功能

操作者可以根据配电系统的实际情况随时建立、编辑修改主接线图和报表格式，图和报表具有制作灵活、易于修改并与监控软件自然对接的特点。

系统软件能自动存储历史数据和历史事件，用户可按照设备、数据类型、时间段等项目进行自定义查询。

6)图形显示功能

系统能显示整个配电系统网络图，并动态刷新显示配电系统和各变电所主接线图、系统和保护测控装置配置图，在主接线图上实时显示各开关运行状态、在线运行参数等。

7)报表显示功能

系统不仅支持配电系统和各变电所电气运行日报表的编辑、显示、打印等功能，还能自动生成日、月、年报表。报表数据来源于历史数据库，支持手动生成历史任意时段的运行报表，此外，系统还支持各种自定义报表。

8)历史事件及数据的查询

当某些事件产生时，可定义追忆数据的测点和周期，启动相关的事故追忆记录。

事故追忆记录中的历史事件包括报警事件(有定值越限报警触发的事件)、操作事件(监控主机对保护测控装置进行的整定、遥控操作、参数修改等)、一般事件(通信故障等)，同时，历史事件可按时间、类别进行查询和显示，显示的内容包括日期及时间、事件内容，其中，在越限事件的事件内容中还包括了越限值。

9)安全保护功能

为了使实时系统能够安全稳定地运行，为整个系统提供可靠的安全保护措施，所有的系统操作员都能够根据权限大小被赋予以下特性：(1)对系统及各种活动的使用范围，如用户名、口令字、操作权及操作范围等。(2)对重要的控制使用双口令密码。(3)对操作员的重要操作给予记录，如对主变抽头和断路器及电动隔离开关控制操作的内容、时间、结果及人员姓名的记录，以备后期查询。

10)趋势曲线

趋势曲线(包括实时曲线和历史曲线两类)支持鼠标拖拽与Zoom 功能。在系统的实时显示库中，趋势曲线可实时刷新；在显示历史库中，趋势曲线还可根据数据时间和最大/最小刻度进行调整。

此外，用户还可以根据需要修改曲线，并返写到历史数据中。

11)自诊断功能

若所有数据采集、控制、保护等主要元件模块出现故障，系统能自诊断出故障部位，报警并闭锁故障元件，保证其他部分的正常工作，并能将故障内容及发生时间记录在事件一览表中。同时，该系统还具有失电保护、通电自检、自复位至原运行状态的能力。

2.3微机保护的配置及功能

1)6kV进线、母联保护

每回进线配置一台7SJ686装置，分散安装于各开关柜内，可实现以下功能：

(1)保护功能,包括相过流保护、速断保护、接地故障保护、欠压/过压保护、备自投(通过逻辑编程实现)。

(2)测量功能，可以测量三相电流值、电压值、有功功率、无功功率、电度、频率及功率因数等。

(3)监控功能，具有16个可编程输入和7个可编程输出，能够监视开关柜手车、弹簧等信号；可以监视各种事故；预告信号报警；闭锁；故障录波。

2)6kV变压器、电容柜、PT柜馈线保护

每回馈线配置一台7SJ686装置，分散安装于各开关柜内，可实现以下功能：

(1)保护功能，包括相过流保护、速断保护、接地故障保护、变压器非电量保护及温度保护。

(2)测量功能，可以测量三相电流值、电压值、有功功率、无功功率、电度、频率及功率因数等。

(3)监控功能，具有9个可编程输入和6个可编程输出，能够监视开关柜手车、弹簧等信号；监视各种事故；预告信号报警；闭锁；故障录波。

3)6kV电动机馈线保护

每回馈线配置一台7SJ686装置，分散安装于各开关柜内，可实现以下功能：

(1)保护功能，包括相过流保护、低电压保护(具有PT断线闭锁和报警功能)、零序电流保护、工艺连锁跳闸、电机启动保护、电机堵转保护及热过负荷保护。

(2)测量功能，可以测量三相电流值、电压值、有功功率、无功功率、电度、频率及功率因数等。

(3)监控功能，具有9个可编程输入和6个可编程输出，能够监视开关柜手车、弹簧等信号；监视各种事故；预告信号报警；闭锁；故障录波。

2.4与其他系统接口

系统能够提供标准的通讯规约和协议(如 IEC61850、DNP3.0、CDT、1801、IEC870-5-103、 Modbus、以太网、TCP/IP等)与其他监控系统、DCS系统进行通信，可采用多种通讯介质和通信接口(RS485/232和工业以太网)，将采集到的设备运行状态和电气参数远程上传，并接收上级调度、遥控、遥调命令。

系统具有网络扩展功能，进行系统扩展(如配电系统扩建、改造等)时，可以保持原有监控计算机上的监控界面不变，只需增加相应的硬件、新的监控界面以及监控计算机站点即可实现系统的扩展。

3本项目电力监控系统的构成

电力系统采用典型的三层结构，即站控层、通讯管理层、间隔层。

电力监控系统主要由以下设备组成：

1)监控中心

(1)监控中心设置在1#变电所的办公楼五楼，站控层配置1台监控主机、1台HP1108打印机、1部报警音响、1台网络交换机及1台UPS。

(2)将1#、2#、3#变电所监控系统接入到监控中心，根据实际距离，如果超过100m范围则使用光纤通讯，保证通讯的稳定性与准确性，防止干扰。监控中心电力监控系统图如图1所示。

图1　监控中心电力监控系统图

2)1#变电所

(1)1#变电所配置1台监控主机、1台HP1108打印机、1部报警音响、1台网络交换机及1台UPS。

(2)通讯管理层配置1台通讯管理机R80，负责采集站内微机保护装置、智能仪表及变压器的信息，以IEC104规约上传至站控层监控主机。

(3)2台箱式变电站各配1台通讯管理机，负责采集智能仪表信息并上传至站控层监控主机。由于2台箱式变电站距离较远(距离1#变配电所大约1km)，可以增加2对光纤收发器，以光纤通道传输数据，以保证监控主站对箱式变电站内智能仪表数据采集的速度和质量。1#变电所电力监控系统图如图2所示。

图2　1#变电所电力监控系统图

3)2#、3#变电所

(1)2#变电所配置1台监控主机、1台HP打印机、1部报警音响、1台网络交换机及1台UPS。

(2)通讯管理层配置1台通讯管理机R80，负责采集站内微机保护装置、智能仪表及变压器的信息，以IEC104规约上传至站控层监控主机。

(3)UPS保证对监控主机的不间断供电。

2#和3#变电所的电力监控系统图分别如图3～4所示。

图3　2#变电所电力监控系统图

图4　3#变电所电力监控系统图

4结束语

综上所述，本文以智能电力监控系统的三层网络拓扑结构为核心，结合实际变配电系统的工程案例，分析了电力监控系统的功能和性能指标。在变配电室内设置电力监控系统，配置的智能多功能电力仪表具有实施简明、投资少等显著优点，可以方便实时地监控配电系统的运行状态，并对现场的用电设备进行统一管理，免去了工作人员到现场记录的繁琐工作。同时，系统对各种用电设备的历史运行数据和进行状态了分析，便于维护人员了解设备状况，制定详细的设备维护计划，提高了人员效率。此外，根据建立的电能计量体系，可以实时了解、分析整个变配电系统的总体能耗，并及时提出降耗计划，采取节能降耗措施，逐步提高工业场地或大型建筑等的供电可靠性，提高供电质量、经济效益和管理水平。

参考文献

[1]中国建筑标准设计研究院,全国民用建筑工程设计技术措施[D].北京:中国计划出版社,2009.

[2]任致程,周中.电力电测数字仪表原理与应用指南[D].北京:中国电力出版社,2007.

[3]顾静楠,倪中明.电力监控软件在中化平原智能配电系统中的应用[Z].江苏安科瑞电器制造有限公司,2015.

Application of Power Monitoring System in a Port Substation

Wang Zheng

王峥

(中国建筑设计院有限公司，北京 100044)

摘要结合某港口工程供配电系统中的电力监控系统案例，论述电力监控系统在实施阶段的解决方案，该系统不仅方便值班人员的现场操作，也提高了管理水平和供电质量，具有简单实用、投资少等优点，进一步实现了配电系统的集中化、数字化及智能化。

关键词电力监控系统数据采集通讯管理层通讯接口

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