大型楼宇电力监控管理系统概述

武 鑫

北京大兴国际机场管理中心 北京 102602

1 电力监控管理系统架构及系统构成

1.1 系统总体结构

1）电力监控管理系统是一个相对独立的系统，对开闭站、变电室、发电机房及电气小间等不同层面的电力设备进行实时监控。

2）总值班室设置电力监控管理系统工程师主站，对整个楼宇电力系统进行监控。在每个开闭站、变配电所和发电机房设置一个现场控制站，对本站的所有变、配电设备进行连续不断的实时监控，各现场控制站设置工控机（兼做分站服务器）及通讯管理机，工控机与通讯管理机通过工业交换机相联，实现了楼宇开闭站、变配电所和发电机房无人值守、集中管理的功能。

3）现场控制站采用多功能表分散配置的方式，将现场多功能仪表、I/O 模块、传感器、变送器等现场监控元件安装在开关柜内，工控机、工业交换机及电源装置安装在现场专用的监控柜中，然后将采集的所有运行/故障状态信号和运行参数等信息通过通讯网络上传至工程师主站。

1.2 网络架构

1）建筑设备网为电力监控管理系统所有开闭站、变配电所、发电机房监控提供专用的光纤环网，用于连接各控制分站及工程师主站。

2）末端电气小间设置通信管理机接入建筑设备网完成对末端第三方设备的监控。

3）现场控制站通信管理机、弱电小间通信管理机与现场监控仪表或设备之间，可编程控制器（PLC）与其扩展模块间通过现场总线相连，构成现场总线控制系统。

1.3 现场控制站

1）现场控制站采用集中配置的方式，将通信管理机、工业交换机、可编程序控制器（PLC）、UPS电源、直流电源等设备统一安装在现场专用的监控柜中，通过网线和通讯线与高、低压配电柜及其它变配电设备相连，然后将采集的所有运行参数和状态信号等信息通过网络上传至工程师主站电力监控管理系统；各现场控制站可接收来自工程师主站电力监控管理系统的远程控制命令，对本变电站相应的配电设备进行控制；本变电站的低压进线出现失电故障时，现场控制站能自动进行故障应急处理。

2）本系统现场控制站及工程师主站均可对来自电力监控管理系统的控制命令设置优先级。

1.4 工程师主站

1）工程师主站设若干服务器或工作站，还设有动态、实时全面反映所有下属的开闭站、变电站运行状况和运行参数的模拟显示大屏。现场控制站设静态模拟屏，画面反映变配电系统的主接线形式，显示断路器当前状态等信号。

2）通过服务器将电力监控系统的所有运行参数和状态上传至楼宇电力监控系统。

1.5 系统构成

电气设备监控管理系统按监控功能分为：现场监控层、现场管理层和系统管理层。

1）现场监控层

变电站/发电机房内的现场监控层包括：集中安装在监控柜中的监控装置和元件以及分散配置在配电柜或其他配电设备内的监控装置和元件两部分。包括微机综保装置、无功补偿控制器、变压器温控器、直流屏控制器、可编程序控制器（PLC）、电能质量监测仪表、综合电量监测仪表、母线测温装置、温湿度探测器等。变电站外的现场监控层包括：电气小间内的UPS/EPS/ATSE控制器、电子电度表等设备。

2）现场管理层

现场管理层包括：变电站/发电机房内的前端监控计算机、通信管理机、工业交换机、UPS电源、直流电源等设备。具有双向通讯功能，向上通过以建筑设备网连接系统管理层工程师主站的监控计算机，与它们交换数据和信息，向下则通过工业控制现场总线、及网线连接网络电力仪表、综保，从仪表采集本站的各种信息和数据，经过处理后的运行状态及参数除在前端机上就地显示外还上传到工程师主站。值班人员既可以通过前端机查阅本站的各种实时或历史数据以及报警等事件记录，也可以通过前端机对本站的断路器进行远程操作。前端机还接收来自工程师主站的远程控制或调度命令，并自动转发给相关设备去执行。

3）系统管理层

位于总值班室的工程师主站属于系统管理层，由若干服务器、工作站、网络交换机、动态模拟屏、网络视频存储、短信报警装置、UPS电源等设备组成，他们负责所有系统数据的存储、管理、分析、发布、显示、报警……

2 电力监控管理系统功能

2.1 10kV中压配电系统监控功能

1）电力监控管理系统所需参数与信号通过微机综合继电保护器以联网的方式提供，若微机综合继电保护器不能完全满足要求，开关柜则按电力监控功能要求预留所需测控参数与信号的接线端子排。

2）监视10kV中压配电柜所有进线、出线和母联断路器/负荷开关的开关状态及故障报警等，包括：断路器/负荷开关状态信号、故障跳闸信号、接地故障信号、断路器位置信号、弹簧储能状态信号、接地刀位置信号、隔离手车位置信号、自动/手动状态信号、控制回路断线信号，以及综合继电保护器的故障跳闸信号和内部故障信号等。

3）监测10kV中压配电柜进线、出线和母联的三相电流、三相电压、零序电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能等。

4）开闭站电能质量监测10kV中压配电柜进线电压瞬变、电压骤升、电压中断、电压波动等，且在故障发生时自动记录电压和电流的瞬态波形；监测稳态电压不平衡度、频率变化、电压和电流的总谐波含量以及谐波功率等。

5）变配电所电能质量监测10kV进线的电压凹陷、电压不平衡度、频率变化、电压和电流的总谐波含量等，还可捕捉稳态波形。

2.2 低压配电系统监控与控制功能

1）监测功能

监视所有变配电所低压配电柜内的开关状态及故障报警，包括：断路器状态信号、故障跳闸信号、自动/手动状态信号、框架断路器电机储能及内部故障信号等。

2）控制功能要求

所有变配电所低压配电柜内的断路器通／断控制有四种操作方式：手动操作、电动操作、远程操作和全自动控制操作。低压配电系统中所有需远程分断投切的断路器配置了电操或分励脱扣器，系统可提供遥控或自动控制分合闸功能。

2.3 变压器监控功能

具有标准接口的变压器温控器，通过现场总线适配器（通讯模块）接入电力监控系统现场控制机，通过专业管理软件，对变压器三相绕组温度、超温报警、铁芯温度、外壳门行程开关、冷却风机运行状态和故障报警等各类信号进行监测。

2.4 直流电源监控功能

具有标准接口的直流装置，通过现场总线适配器（通讯模块）接入电力监控系统现场控制机，通过专业管理软件，对所有直流屏监测如下信号和参数：输出母线电压信号；过、欠电压报警，装置失电报警，绝缘下降信号；系统接地故障信号；直流故障信号；高频开关电源模块故障信号等。

2.5 UPS监控功能

具有标准接口的UPS，通过现场总线适配器（通讯模块）接入电力监控系统现场控制机，对所有不间断电源UPS监测如下信号和参数：逆变器工作电压、电流及过载、过流、过压、过温等报警信号；电池电压、电流、内阻、浮充、均充等信号；维修旁路开关状态信号等。

2.6 自备应急柴油发电机组监控功能

具有标准接口的柴油发电机组控制装置，通过现场总线适配器（通讯模块）接入电力监控系统现场控制机，对所有柴油发电机组进行以下监测和报警：发电机工作状态、输出频率、电压、电流、功率因数等参数；油箱液位超限、油压过低、油温过高及启停故障等报警信号等。

3 系统可靠性设计

3.1 选用高可靠的元件设备

现场监控元件、设备都具有抗干扰能力强、可靠性高、电磁兼容性好的优点。

3.2 系统在任何情况下都具备可操作性

电力监控系统具有用四种控制方式，保证了在任何情况下，包括失去所有电源供应时的可操作性。

此外，现场控制站可在完全失电的情况下继续工作30分钟，工程师主站可自主运行1小时，这大大提升了整个供电系统供电的可靠性。

3.3 强大的运行监控和故障处理能力

在进线失电或变压器、中压配电柜出现故障时，系统会自动进行应急处理和负荷管制，与人工操作相比，可大大缩小停电范围，缩短停电时间。

当输出回路出现故障，断路器脱扣时，不仅监控计算机屏幕上有图标、颜色的改变和文字提示，同时还发出声报警，运行参数超值时亦然。因此，非常便于工作人员及时进行处置，尽早恢复供电。

由于每个变电站的运行监控和故障自动应急处理程序驻留在该站PLC的CPU中，即使管理层通信网络因故中断，电力监控系统仍然具备监控变电站正常运行和故障的自动应急处理的能力[2]。

3.4 双机热备

因监控的设备多、范围大，采集的信息和数据量非常大且对系统的可靠性要求较高时，故在中控室设置两台电力监控系统服务器，且互为热备，大大提高了管理层的可靠性。

4 结束语

大型楼宇电力系统复杂且各级电力设备设施数量繁多，搭建电力监控管理系统，对诸如高压柜、变压器、柴油发电机组、主进柜、母联柜、馈出柜、ATSE等设备进行有效监控与管理，既能高效整合、分析各类电力数据，又能确保对电力故障实时监测并快速响应，是楼宇可靠安全运行的必要保证。